加熱方式對混合魚糜凝膠特性的影響

張一鳴，李思儀，沈曉溪，石晨暉，尚宏麗

（錦州醫科大學食品科學與工程學院，遼寧錦州 121001）

加熱處理是魚糜制品重要的加工步驟，魚糜加熱成魚糜凝膠的過程中，蛋白質在凝膠形成過程中分為兩個階段，即為凝膠化階段和凝膠劣化階段。低于50 ℃是魚糜凝膠化階段，又稱為低溫凝膠化，肌原纖維蛋白在鹽分的作用下溶出，形成松散的網狀結構，蛋白從溶膠變為凝膠；50～70 ℃時是凝膠劣化的階段，魚糜中蛋白質可以被內源性組織蛋白酶所降解，迫使魚糜中蛋白質網絡斷裂，從而造成凝膠劣化[1?3]。因此，在魚糜生產過程中要盡量避開這個溫度段，降低凝膠劣化的程度，當溫度達到85 ℃以上后，進入魚糕化階段，凝膠變成有序、非透明狀，魚糜凝膠強度明顯增大。因此加熱的方式可直接影響魚糜凝膠的形成[4]。傳統的水浴加熱、高溫蒸汽加熱、微波加熱、超高壓熟制等都是應用范圍較廣的魚糜加熱方式[5]。其中，微波加熱因具有加熱時間短、加熱速度快的特點，可以快速經過魚糜凝膠劣化區間，能夠有效改善魚糜的凝膠特性，但同時因為快速經過魚糜凝膠的階段，會影響肌原纖維蛋白的展開以及后續的交聯[6]。所以在原有基礎上采用將水浴與微波相結合的水浴微波聯用法比單獨的微波加熱法制備的混合魚糜制品既可以在40 ℃低溫凝膠狀態下保持穩定又可以快速經過凝膠劣化階段。目前，在魚糜的加熱選擇中，大多還是選擇水浴二段加熱法，也有研究者研究出不同的加熱方式，用來彌補水浴二段加熱法的不足，但是不同研究人員認為的好壞加熱方式也不一樣[7?8]，所以在此研究基礎上將不同加熱方式進行比較。

本文選擇外源添加馬鈴薯淀粉、谷氨酰胺轉氨酶（TGase）以及蛋清蛋白的鰱魚與鱈魚的混合魚糜為原料，研究5 種不同加熱方式（水浴二段加熱、微波加熱、水浴微波聯用、蒸汽加熱、高壓熟制）對混合魚糜凝膠特性的影響，結合質構儀、SDS-PAGE 凝膠電泳和掃描電鏡技術分析，選取適合的加熱方式為產出品質優質的混合魚糜制品提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冷凍鰱魚糜、冷凍鱈魚糜 湖北洪湖市井力水產食品有限公司；聚乙烯材料腸衣 鵬翼腸衣工廠店；谷氨酰胺轉氨酶（酶活100 IU/g） 江蘇一鳴生物股份有限公司；食鹽、馬鈴薯淀粉 市售；蛋清蛋白粉 蘇州歐福蛋業股份有限公司；tris 鹽 天津大茂試劑公司；2.5%戊二醛 山東利爾康醫療器械股份有限公司；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、無水乙醇 天津化學試劑廠；考馬斯亮藍R-250、甘氨酸、溴酚藍、SDS（十二烷基硫酸鈉） 中國醫藥集團上海化學試劑公司；冰乙酸、甲醇（均為AR） 沈陽試劑廠；實驗室自制重蒸水和三蒸水。

TA-XT Plus 型質構儀 英國Stable Micro System公司；SS300 型三足離心機 上海浦東天本離心機械有限公司；CT15RT 型臺式高速冷凍離心機 上海天美生化儀器設備工程有限公司；SC-80C 型全自動色差計 北京康光儀器有限公司；HH 型數顯恒溫水浴鍋 江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠；85-2B 雙數顯恒溫磁力攪拌器 濟南歐萊博技術有限公司；BYNJ1-3 實驗室微波爐 長沙巴躍儀器有限公司；164-5050電泳儀 美國伯樂Bio-Rad；KYKY-EM8000F 型掃描電鏡 北京中科科儀股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 混合魚糜的制備 將鰱魚與鱈魚魚糜在室溫下解凍，鰱魚魚糜與鱈魚魚糜按照5:1的比例復合，再添加0.4%谷氨酰胺轉氨酶，16%馬鈴薯淀粉以及4%蛋清蛋白粉調節至水分含量為70%，加入2.5%NaCl 擂潰成型后將其灌入準備好的腸衣中[9]。

1.2.2 混合魚糜凝膠的制備 將灌好的混合魚糜通過不同加熱方式進行加熱，然后迅速放入涼水中使其凝膠化后放入4 ℃冰箱冷藏保存，待測。

1.2.3 混合魚糜五種不同加熱方式 根據目前研究出的加熱方式整理如表1。

表1 不同加熱方式的加熱時間Table 1 Heating time of different heating modes

1.2.4 凝膠強度的測定 將混合魚糜凝膠切成高為20 mm的圓柱體，選擇用5 mm的通用柱形探頭的質構儀對樣品進行兩次壓縮，測前速度為2 mm/s，測試中的速度和測試后的速度共同選擇1 mm/s，壓縮百分比為50%，停留時間為5 s；破斷強度為測試過程中第一個出現的峰的最大力，凹陷深度為第一個峰對應的壓縮距離，破斷強度與凹陷深度的乘積即為求得的凝膠強度值[13]。

1.2.5 持水性的測定 將混合魚糜凝膠切成大約3 mm 厚度的薄片并稱重量（W1），先將3 張濾紙置于下方，上面再放2 張濾紙，用5 kg的重物壓制并保持2 min，取出濾紙，再次稱重（W2），持水性按式（1）計算[14]:

式中：W1—第一次稱重的質量（g）；W2—第二次稱重的質量（g）。

1.2.6 白度的測定 將混合魚糜凝膠切成約5 mm厚度的薄片，白度值需要用全自動測色色差計來測定，混合魚糜凝膠樣本每一個取3 片，每片測定5 次，取5 次測試值得平均值。白度按式（2）計算[15]：

注：L*—亮度；a*—正值偏紅，負值偏綠；b*—正值偏黃，負值偏藍。

1.2.7 質構的測定 將混合魚糜凝膠切成高為20 mm的圓柱體，各組魚糜平行測定5 次，選擇用5 mm的通用柱形探頭的質構儀,測試前的速度選擇為2.00 mm/s,測試中的速度為1.00 mm/s,選擇測試后速度為1.00 mm/s,選擇壓縮百分比為50%,并且兩次壓縮間隔的時間為5.00 s,觸發力5.0 g[16]。

1.2.8 SDS-PAGE 凝膠電泳分析 稱取3 g 混合魚糜凝膠樣品，切碎后置于27 mL，85 ℃的5%的SDS 溶液中，均質15 min 后，將含有均質液的離心管放于85 ℃的水浴鍋中保溫1 h，冷卻后在25 ℃，4000 r/min 下離心10 min，取上清液，與上樣緩沖液按1:1 比例混合，沸水浴4 min，采用8%分離膠和5%濃縮膠進行電泳分離，蛋白上樣量為 15 μL。電泳結束后用0.1%（m/V）的考馬斯亮藍 R-250 染色液（含有50%的甲醇，10%的乙酸）染色1 h，然后用脫色液（含有50%的甲醇，10%的乙酸）蛋白質條帶清晰即為脫色成功[17]。

1.2.9 掃描電鏡（SEM）微觀結構觀察 參考余永名等[18]的方法，略作修改。將混合魚糜凝膠切成3 mm×3 mm×3 mm 小塊，用 2.5%的戊二醛固定12 h，去除固定液后用磷酸鹽緩沖液（0.2 mol/L，pH7.2）漂洗3 次，每次5 min，再分別用體積分數為 30%、50%、70%、90%、95%和100%的乙醇各脫水一次，15 min/次，再將樣品放入真空冷凍干燥機中干燥8 h，離子濺射鍍金，用掃描電子顯微鏡觀察微觀結構。

1.3 數據處理

采用Excel 2010 軟件處理數據和繪圖，選用SPSS 21.0 軟件對數據進行方差分析（ANOVA），P<0.05 為差異性顯著。所有指標檢測均測定三次取平均值[19]。

2 結果與分析

2.1 不同加熱方式對混魚糜凝膠強度的影響

凝膠強度即凝膠破斷力和破斷距離的乘積，是反映復合魚糜凝膠性能的一個重要指標[20]。由圖1可知，不同加熱方式對混合魚糜凝膠強度影響力不同，水浴微波聯用法加熱的混合魚糜凝膠強度顯著（P<0.05）高于其余四種方法制備的混合魚糜凝膠強度。水浴微波聯用的混合魚糜凝膠強度相比于傳統水浴二段法增強了22.4%，較單獨微波加熱法增強了14.8%，與高壓熟制法相比增強了34.9%，比蒸汽加熱法增強了43.9%，而凝膠強度增強是由于混合魚糜在經過40 ℃水浴1 h的低溫凝膠化后，再用微波爐快速加熱使混合魚糜快速經過凝膠劣化階段，進而改善混合魚糜凝膠強度，使混合魚糜凝膠強度達到最優值。

圖1 不同加熱方式對混合魚糜凝膠強度影響Fig.1 Effect of different heating modes on gel strength of mixed surimi gel

2.2 不同加熱方式對混合魚糜凝膠持水性的影響

混合魚糜凝膠持水性是指魚糜凝膠經過重力壓制前后能將水分保持在其微觀結構中的能力[21]，是判斷混合魚糜凝膠優劣的一個重要參數，較高的持水性是優質混合魚糜的重要特點，其值越高表示凝膠中游離水份越少。通過圖2 可以明顯看出，加熱方式顯著影響（P<0.05）混合魚糜凝膠的持水性，根據朱玉安等[22]研究表明，微波加熱法制備的魚糜在蒸制和煮制中持水性最大，而本文在此基礎上選擇五種加熱方式，并將水浴和微波聯用，此時水浴微波聯用組制備的混合魚糜凝膠持水性高于其他四組加熱方式。水浴微波聯用法制備的混合魚糜持水性高是因為魚糜從溶膠變為凝膠的過程中，魚糜中肌原纖維蛋白在前期低溫水浴過程中充分展開，有助于后期微波加熱中蛋白間的交聯作用，相對于其他四種加熱方式，水浴微波聯用加熱可以使魚糜凝膠結構更為緊密（圖5c）將魚糜凝膠中的水分保留的更高。

圖2 不同加熱方式對混合魚糜凝膠持水性影響Fig.2 Effect of different heating modes on water holding capacity of mixed surimi gel

2.3 不同加熱方式對混合魚糜凝膠白度的影響

由圖3 看出，不同加熱方式下加熱的混合魚糜凝膠白度有所不同，水浴微波聯用法制備的混合魚糜凝膠白度值顯著（P<0.05）高于水浴二段加熱、微波加熱、蒸汽加熱以及高壓法。因為高溫處理不僅影響混合魚糜凝膠中水分子的重新排列，而且破壞蛋白質分子間的非共價鍵，影響共價鍵的破壞和形成，兩者都會改變凝膠的白度。陳海華等[23]研究指出魚糜凝膠的白度變化與蛋白變性的程度有關，而水浴微波聯用法法可以使混合魚糜凝膠快速經過凝膠劣化溫度段，減小蛋白質變性，所以白度也會高于其他加熱方法。

圖3 不同加熱方式對混合魚糜凝膠白度影響Fig.3 Effect of different heating methods on the whiteness of mixed surimi gel

2.4 不同加熱方式對混合魚糜凝膠質構的影響

由表2 可知，五種不同的加熱方式對混合魚糜凝膠的硬度、彈性、膠粘性、咀嚼性和內聚性等質構特性有顯著（P<0.05）影響。對于不同加熱方式下的混合魚糜凝膠的硬度值，由大到小排列為：水浴微波聯用>微波加熱>高壓熟制>水浴二段加熱>蒸汽加熱，且水浴微波聯用法制備的混合魚糜凝膠硬度顯著（P<0.05）高于其他方法。水浴微波聯用法中先在40 ℃水浴下1 h，這一階段添加物谷氨酰胺轉氨酶（TGase）催化魚糜蛋白分子之間形成ε-（γ-谷氨酰胺）賴氨酸共價交聯鍵，隨后因為微波加熱時間快速的特點使形成的ε-（γ-谷氨酰胺）賴氨酸共價交聯鍵不易被分解[24]，可以讓混合魚糜形成穩定且致密的三維網狀結構（如圖5c 所示），增強其持水性進而增強混合魚糜凝膠硬度[25]。而不同加熱方式下的混合魚糜凝膠的彈性、膠粘性、咀嚼性的值由大到小排列為：水浴微波聯用>微波加熱>水浴二段法加熱>高壓熟制>蒸汽加熱，且水浴微波聯用下混合魚糜凝膠的彈性、膠粘性、咀嚼性顯著（P<0.05）高于其他加熱方式，這可能使由于微波加熱可以使混合魚糜快速經過凝膠階段，減少劣化現象，所以微波方式在加熱過程中可以在短時間內制備出凝膠特性較好的混合魚糜凝膠。對于魚糜的內聚性，不同加熱方式的混合魚糜凝膠沒有顯著性變化（P>0.05）。

表2 不同加熱方式對混合魚糜凝膠質構的影響Table 2 Effects of different heating modes on gel texture of mixed surimi gel

2.5 不同加熱方式的混合魚糜凝膠SDS-PAGE 凝膠電泳

由圖4 可知，水浴微波聯用混合魚糜凝膠（第1 道）和水浴二段加熱混合魚糜凝膠（第2 道）其肌球蛋白重鏈（MHC）條帶明顯細于微波加熱，因為微波加熱速度快的特點，使魚糜快速通過凝膠化，而水浴二段法和水浴微波聯用法都會使魚糜在40 ℃下MHC 充分交聯，MHC的數量會隨著低溫凝膠化時間的延長而減少，形成 MHC 聚集體，MHC 聚集體因分子過大而無法進入分離膠[26?27]。但是蒸汽加熱混合魚糜凝膠（第4 道）和高壓熟制混合魚糜凝膠（第5 道）的MHC 完全消失，說明這兩種方法制備得混合魚糜凝膠蛋白質發生了降解現象。水浴微波聯用法制備的混合魚糜凝膠（第1 道）其肌動蛋白（Actin）含量顯著多于其他四種加熱方式，在魚糜肌原蛋白中，肌球蛋白和肌動蛋白含量占75%，肌球蛋白重鏈（由肌球蛋白和肌動蛋白組成）是與魚糜凝膠化過程相關的重要蛋白質[27?28],由以上結論可得出水浴和微波聯用法制備的混合魚糜凝膠蛋白質保留程度顯著高于其他四組加熱方式。

圖4 混合魚糜凝膠SDS-PAGE 圖Fig.4 SDS-PAGE of mixed surimi gel

2.6 不同加熱方式的魚糜凝膠掃描電鏡微觀結構觀察

由圖5a 可知，傳統水浴加熱的混合魚糜凝膠網狀結構較為稀疏，有較大的孔洞且空隙較大，這樣的網絡結構不牢固，不能抵抗外界施加的力，造成持水能力減弱，而圖5d 中通過蒸汽加熱法制備的混合魚糜凝膠的凝膠結構呈現出大小不一的凝膠孔洞，凝膠網絡的致密性下降，且可以觀察到部分組織有斷裂的現象，使得混合魚糜凝膠的持水力、凝膠強度、彈性等下降。圖5e 中混合魚糜凝膠在高壓條件下，混合魚糜凝膠網狀結構較為致密，但是表面較為粗糙，有少許孔隙，這可能由于水分狀態和蛋白質結構在高壓處理后的魚糜中發生了變化的結果[29]，這與前面持水性結果吻合。由圖5b 和圖5c 可以看出，單獨微波和水浴微波聯用下的混合魚糜凝膠孔隙較小結構較為緊密，可以形成均一穩定的結構，這可能是因為快速微波加熱產生的熱效應使聚集的蛋白質發生膨脹，這樣可以讓魚糜吸收足夠熱量，顯著提高了斷裂力和的影響研究[J].食品科技，2018，43（10）：195?199.［Zheng J,Ma A N,Hu A J,et al.Effect of heating method on quality of compound vegetable fish pills[J]. Food Technology，2018，43（10）：195?199.］

圖5 不同加熱方式的魚糜凝膠的微觀結構圖Fig.5 Microstructure of surimi gels with different heating modes

［5］曹洪偉.微波對魚糜加工過程中肌球蛋白和關鍵酶結構的影響[D].無錫:江南大學,2019.［Cao H W.Effects of microwave on myosin and key enzymes structure in surimi processing[D].Wuxi:Jiangnan University,2019.］形變力[30]，但是兩種微波加熱方法中，水浴微波聯用法制備的混合魚糜凝膠相對于單獨微波加熱表面較為平滑，結構更為緊密，這可能是因為前期1 h的低溫凝膠化階段，有效提高混合魚糜凝膠的質構特性。通過觀察混合魚糜凝膠微觀結構，水浴微波聯用法凝膠結構最致密，可以制備出凝膠特性強的混合魚糜凝膠。

3 結論

在5 種不同加熱方式中，水浴微波聯用法制得的混合魚糜制品持水力為94.33%，白度為83.75，凝膠強度為2979.47 g·cm，硬度為21.50 N，彈性4.30 mm，膠粘性20 N，咀嚼性49.27 mJ 均顯著（P<0.05）高于其他加熱方式所制得的混合魚糜凝膠，并通過掃描電鏡圖顯示水浴微波聯用法制備的混合魚糜凝膠三維網狀結構緊密，凝膠孔洞較小且表面平滑，結合SDSPAGE 凝膠電泳分析得出，水浴微波聯用法制得的混合魚糜凝膠主要蛋白質成分保留較好。在五種加熱方式中水浴微波聯用法可以制備出品質優良的混合魚糜凝膠制品，可為混合魚糜制品的改良提供參考。