超高壓對鯉魚肉糜-MgCl2凝膠特性的影響

李 釗，秦 榮，袁孝瑞，劉 玉，趙巖巖, ，盧河東，王樹勛，王書賢，訾紅麗，周海旭，趙圣明

（1.河南科技學院食品學院，河南新鄉 453003；2.淮陰工學院生命科學與食品工程學院，江蘇淮安 223003；3.新鄉縣市場監督管理局，河南新鄉 453731）

鯉魚是我國目前養殖和消費量最大的一種淡水魚。鯉魚由于具有營養豐富，肉質口感細膩且市場價格低廉等優勢，深受我國消費者的喜愛[1?2]。采用鯉魚魚糜制成的魚丸和魚肉腸等魚糜制品近年來也備受關注[3]。但是鯉魚等淡水魚與海水魚相比，肌原纖維蛋白的凝膠性能較差，影響鯉魚魚糜制品的食用品質。為了改善淡水魚糜加工過程中凝膠性能差等缺點，提高淡水魚魚糜制品的市場競爭力，目前，食品加工中常用的物理方法（包括超高壓、電磁場、超聲波等）[4?6]和化學方法（包括多糖、轉股酰胺酶和金屬離子等）[7?10]都已經被應用于改善淡水魚糜品質方面的研究。

超高壓作為一種非熱加工技術，可以通過改善蛋白質結構，提高魚肉蛋白凝膠的功能特性，改善魚糜制品的品質[11]。Wang等[12]的研究表明超高壓可以顯著提高金線魚糜的凝膠特性。氯化鈉通過導致肉中的鹽溶性蛋白溶出，促進蛋白形成有序的凝膠結構，從而提高凝膠肉制品的品質[13]。但是眾所周知，食鹽的攝入量與高血壓和心腦血管疾病密切相關[14]，因此實現肉制品的低鹽化，對改善人體健康具有重要的意義。氯化鎂和氯化鈉同屬于氯化物，是低鹽肉制品的開發中研究較多的一種替代鹽[15]。有研究表明，氯化鎂部分替代氯化鈉，可以增加豬肉肌原纖維蛋白的溶解度，提高肉蛋白的凝膠特性[16]。近年來，在低鹽肉制品研究中，超高壓與鈉鹽替代鹽的結合處理用于改善低鹽肉制品品質的研究報道已經越來越多[17?19]。但是關于超高壓與氯化鎂部分替代食鹽相結合用于改善鯉魚魚糜凝膠品質的研究還未見相關報道。因此，本文以新鮮鯉魚魚糜為原料，通過分析其持水性、色澤、質構和流變特性等，研究超高壓和氯化鎂部分替代氯化鈉對鯉魚魚糜凝膠品質的改善作用，為提高低鹽淡水魚糜制品的品質提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮活鯉魚 重量約1000 g，河南新鄉某農貿市場；無水氯化鎂 分析純，國藥集團滬試試劑有限公司；食鹽 食品級，山東肥城精制鹽廠有限公司。

Sartious電子精密天平 北京賽多利斯天平有限公司；T25高速勻漿器 德國IKA公司；CR-400色差計 日本美能達公司；HAAKEMARS流變儀、離心機Thermo scientific公司； UMC-5C斬拌機

德國Stephan公司；TA-XT plus質構儀 英國Stable Micro Systems（SMS）公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 鯉魚魚糜的制備 在低溫條件下，將鮮活鯉魚去頭尾、內臟、去皮脫骨后進行采肉，首先去除魚肉中肉眼可見的結締組織和脂肪，然后用5倍于魚肉質量的冰水漂洗三次后，放入斬拌機中斬拌5 min，參考潘杰等[13]的方法以及本研究前期的預實驗，確定NaCl和MgCl2的添加量分別為2.0%和0.3%（質量分數）魚糜重量，然后再斬拌5 min，使NaCl和MgCl2分散均勻，得到魚糜混合體系。

1.2.2 超高壓處理 參考Cando等[4]的方法，取上述攪拌魚糜樣品60 g左右放入干凈的聚乙烯袋中，然后進行真空包裝。將真空包裝好的樣品放置在超高壓裝置中，樣品分別經過100、200、300和400 MPa處理10 min，以未經高壓處理的樣品為對照。樣品受壓前后均保藏于4℃冰箱中。

1.2.3 鯉魚魚糜凝膠的制備 參考王健一等[20]方法略有改進。將經過超高壓處理的鯉魚魚糜樣品取出直接卷成圓柱形，用橡皮筋固定好形狀后采用兩段式加熱法獲得魚糜凝膠。首先在40℃條件下凝膠化40 min，再將溫度調至到90℃加熱30 min，加熱處理完成后立即用冰水迅速冷卻，然后4℃冷藏24 h后用于測定各項指標。

1.2.4 蒸煮得率的測定 參考趙巖巖等[21]方法，首先用吸水紙除去4℃冷卻12 h的魚肉糜凝膠表面的滲出液，然后分別測量不同壓力處理的魚肉糜凝膠重量，蒸煮得率按照以下公式計算，平行測定5次。

式中：M1為魚肉糜凝膠重量，g；M2為生魚肉糜重量，g。

1.2.5 保水性（WHC）的測定 參考計紅芳等[22]的方法，首先將樣品切成15 mm厚的圓柱體，測量質量記為M1，然后將鯉魚魚糜凝膠樣品用濾紙包好后置于50 mL離心試管中，在4℃、5000 r/min條件下離心10 min。取出離心后樣品，測量重量記為M2，每個壓力下做5組。通過如下公式計算樣品的保水性：

式中：M1為魚肉糜凝膠重量，g；M2為生魚肉糜重量，g。

1.2.6 色澤的測定 使用色差儀對肉糜凝膠中心位置進行測定，記錄樣品的L*值、a*值和b*值。其中L*表示亮度，a*表示紅度值，b*表示黃度值，每個樣品均勻選取5個點進行測定。

1.2.7 質構和凝膠強度的測定 質構測定參考Zhao等[23]方法略做修改。將魚糜凝膠樣品制成直徑2.5 cm，高2 cm的圓柱體。測定參數為：選擇TPA模式，P/36R探頭；測前速度5.0 mm/s，測中速度2.0 mm/s，測后速度5.0 mm/s，壓縮比為40%，觸發力為5 g，觸發類型為自動。每組樣品平行測定5次。凝膠強度的測定參數為：選擇Return To Start模式，P/0.5探頭；測前速度1.0 mm/s，測中速度1.0 mm/s，測后速度5.0 mm/s，穿透比50%，數據采集速度100 pps。每組樣品平行測定5次。

1.2.8 流變性質的測定 參考Li等[24]方法略作修改。將鯉魚魚糜樣品置放于兩個50 mm圓形平板探頭之間，間隙為1 mm，用P35 TiL平板探頭采用升溫程序進行測定。測定參數為：樣品起始溫度20℃，保持10 min后以2℃/min的升溫速率上升至90℃，振蕩頻率為0.1 Hz。測定升溫過程中樣品儲能模量（G'）的變化。

1.3 數據處理

所有試驗數據采用SPSS 20.0軟件進行分析，試驗結果以平均值±標準差表示，采用Duncan檢驗進行顯著性分析，繪圖采用Excel 2013軟件。

2 結果與分析

2.1 超高壓對鯉魚魚糜-MgCl2凝膠蒸煮得率的影響

不同壓力處理對鯉魚肉糜-MgCl2（0.3%）蒸煮得率的影響見圖1A。由圖1A可知，隨著處理壓力的升高，鯉魚魚糜凝膠的蒸煮得率呈先升高后降低的趨勢。與對照組相比，當處理壓力為200 MPa時，鯉魚魚糜蒸煮得率最高，達到93.14%，主要因為適當的壓力可以促進蛋白質的解聚，并提高蛋白質的溶解性，從而增強了自由水與蛋白質之間的結合能力[13]。當處理壓力超過300 MPa時，蒸煮得率明顯下降。可能是由于過高的壓力處理使魚糜中蛋白質分子二級空間結構被破壞，蛋白質結構變松散，促使蛋白質分子內部疏水基團暴露出來，最終降低了魚糜中蛋白質結合水分的能力[25]。

圖1 不同壓力處理對鯉魚魚糜-MgCl2凝膠蒸煮得率（A）和保水性（B）的影響Fig.1 Effect of different pressure treatments on the cooking yield (A)and water holding capacity (B)of carp surimi-MgCl2 gel

2.2 超高壓對鯉魚魚糜-MgCl2凝膠保水性的影響

不同壓力處理對鯉魚肉糜-MgCl2（0.3%）凝膠保水性的影響見圖1B。由圖1B可知，隨著處理壓力的升高，鯉魚肉糜-MgCl2凝膠保水性呈現先升高后降低的趨勢。與對照組相比，當處理壓力為200 MPa時保水性最高可達到95.24%。適當的壓力可以促使蛋白質解聚，提高其溶解性，促進魚糜蛋白的伸展和交聯，增強蛋白質與水分子之間的水化作用，有助于均勻致密的凝膠網絡結構形成，從而提高了凝膠的保水性[25?26]。但是當處理壓力超過300 MPa時，鯉魚肉糜-MgCl2凝膠的保水性呈顯著下降趨勢（P<0.05）。過高的壓力可能破壞蛋白質與鈉離子和鎂離子之間的相互作用，破壞凝膠網絡結構，導致凝膠的保水性降低；另外過高的壓力還可能導致肌節斷裂，導致肌絲結構中的水分流失，導致保水性降低[8,27]。

2.3 超高壓對鯉魚魚糜-MgCl2凝膠色澤的影響

不同壓力處理對鯉魚肉糜-MgCl2（0.3%）凝膠色澤影響見表1。由表1可知，隨著處理壓力的增加，鯉魚魚糜凝膠的L*值呈現上升趨勢，a*和b*值呈現下降趨勢。與對照組相比，當處理壓力為400 MPa時，L*值上升，而a*值和b*值明顯下降。陳燕婷等研究表明超高壓處理可以導致帶魚魚糜的L*值升高，a*值和b*值下降，并認為L*值的升高可能是高壓可促進緊密凝膠結構的形成，鎖住更多的水分，從而減少光的散射[28]。但是本研究的結果發現適當的壓力可提高鯉魚魚糜凝膠的保水性，過高的壓力導致保水性降低，因此，隨著處理壓力增加導致的鯉魚肉糜凝膠L*值升高可能是因為高壓作用可以導致肌紅蛋白變性或者失去亞鐵血紅素，從而使L*值升高，a*值下降[29]。

表1 不同壓力處理對鯉魚魚糜肉糜-MgCl2凝膠色澤的影響Table 1 Effect of different pressure treatments on the color of carp surimi-MgCl2 gel

2.4 超高壓對鯉魚魚糜-MgCl2凝膠質構的影響

不同壓力處理對鯉魚肉糜-MgCl2（0.3%）凝膠質構影響見表2。由表2可知，隨著處理壓力的增加鯉魚魚糜凝膠的硬度、彈性、內聚性和咀嚼性均呈現先升高后降低的趨勢。當處理壓力為200 MPa時，樣品的硬度、彈性、內聚性以及咀嚼性均達到最高，分別達到3327.25、0.983、0.652和1678.25 g，顯著優于對照組（P<0.05）。高壓處理使魚糜體積縮小，有助于蛋白質之間化學鍵和疏水作用力的形成，促進蛋白質之間發生交聯形成緊密的凝膠結構，使凝膠結構更穩定，從而導致硬度、彈性、內聚性和咀嚼性升高[30]。才衛川等[31]的研究表明，適當的壓力可通過增加肉糜的團聚性，從而提高凝膠的硬度，但是過高的壓力會破壞肌原纖維蛋白結構，從而導致硬度降低。

表2 不同壓力處理對鯉魚魚糜肉糜-MgCl2凝膠質構的影響Table2 Effect of different pressuretreatmentson the textureof carp surimi-MgCl2 gel

2.5 超高壓對鯉魚魚糜-MgCl2凝膠強度的影響

不同壓力處理對鯉魚肉糜-MgCl2（0.3%）凝膠強度影響見圖2。由圖2可知，隨著處理壓力的上升鯉魚肉糜-MgCl2凝膠的凝膠強度呈現先升高后降低的趨勢，與對照組相比，當處理壓力為200 MPa時鯉魚魚糜的凝膠強度最高，達到3277 g，顯著高于對照組（P<0.05）。而當處理壓力超過300 MPa時，凝膠強度顯著降低（P<0.05）。Ye等[8]研究表明，200 MPa的壓力處理可以顯著提高鰱魚魚糜的凝膠強度，可能是因為超高壓處理可以增強魚糜蛋白質之間的交聯程度，同時使受壓的蛋白質暴露出更多的基團，這些基團可以與鹽離子之間相作用，可增加含鹽聚合物的數量從而達最終改善魚糜凝膠的凝膠強度[32]。此外，魚糜內源蛋白酶活性也是影響魚糜凝膠強度的重要因素，高壓可以通過抑制魚糜的內源性蛋白酶的活性，減少蛋白酶對蛋白網絡結構的降解，從而改善凝膠強度[33]。但是過高的壓力可能加劇蛋白質的變性，降低蛋白之間的相互作用，導致了魚糜凝膠蛋白的交聯度降低，不利于其中的凝膠網絡結構的形成，從而會使形成的凝膠強度降低[25]。

圖2 不同壓力處理對鯉魚魚糜-MgCl2凝膠強度的影響Fig.2 Effect of different pressure treatments on the gel strength of carp surimi-MgCl2

2.6 超高壓對鯉魚魚糜-MgCl2凝膠儲能模量（G'）的影響

流變學變化是研究食品加工過程中蛋白組分功能變化的重要手段之一。儲能模量又稱為彈性模量，代表流體中的彈性部分，可以有效反映凝膠三維網絡結構形成過程中貯存的能量以及凝膠強度[34]，G'值越高表明凝膠強度越好。如圖3所示，鯉魚肉糜-MgCl2凝膠在加熱過程中可分為三個變化階段：階段一（20～47℃），隨著溫度的升高，鯉魚肉糜-MgCl2（0.3%）凝膠的G'值也不斷升高，可能是因為在此溫度范圍內，肌球蛋白開始變性，導致蛋白之間發生聚集交聯，形成不穩定的凝膠網絡結構[20]。階段二（47～58℃），隨著溫度升高，鯉魚肉糜-MgCl2（0.2%）凝膠的G'值開始下降，主要是因為魚糜內源轉谷氨酰胺酶在50℃左右的活性最高，導致凝膠劣化。階段三（58～80℃），隨著溫度的進一步升高，肌球蛋白結構完全解螺旋，在二硫鍵和疏水作用下，蛋白質交聯聚集形成結構更加穩定的不可逆凝膠網絡結構[35]。與未經壓力處理的對照組相比，隨著處理壓力的上升鯉魚肉糜-MgCl2凝膠G'值呈現先升高后降低的趨勢，當處理壓力為200 MPa時肉糜-MgCl2凝膠的G'值最高，明顯高于對照組。而當處理壓力超過300 MPa時，G'值明顯降低。適當的壓力處理可導致肌球蛋白的部分變性，當溫度升高時，促進蛋白質的進一步凝膠化，形成更加穩定的凝膠網絡結構。而當處理壓力超過300 MPa后，過高的壓力導致蛋白質過度變性，過度變性的蛋白不易聚集形成緊湊、穩定的凝膠網絡結構，導致加熱過程中的G′曲線特征峰的消失[36]。這與王健一等[20]和Wang等[12]的研究結果類似，適當的壓力可以提高金線魚糜的G'值，而過高的壓力導致G'值降低。

圖3 不同壓力處理對鯉魚魚糜-MgCl2凝膠儲能模量（G'）的影響Fig.3 Effect of different pressure treatments on the storage modulus(G')of carp surimi-MgCl2 gel

3 結論

本研究結果表明適當的壓力處理可以改善鯉魚肉糜-MgCl2凝膠的品質。與0.1 MPa（常壓狀態）的對照組相比，隨著處理壓力的升高，鯉魚肉糜-MgCl2凝膠L*值呈現上升趨勢，a*和b*值呈現下降趨勢，蒸煮得率、保水性、質構特性、凝膠強度和儲能模量呈先升高后降低的趨勢，在200 MPa時分別達到最高值；當壓力大于300 MPa時，過高的壓力可能破壞蛋白質與鈉離子和鎂離子之間的相互作用，導致凝膠網絡結構被破壞，最終導致凝膠蒸煮得率、保水性、質構特性和儲能模量均呈降低趨勢。因此，超高壓結合氯化鎂在低鹽淡水魚糜肉制品開發方面具有一定的應用前景。