几种添加物对草鱼鱼糜制品凝胶品质改良的影响

杨贤庆，丁利，2，马海霞，李来好，程琳丽，2

1(中国水产科学研究院南海水产研究所，农业部水产品加工重点实验室，国家水产品加工技术研发中心，广东广州，510300)2(上海海洋大学食品学院，上海，201306)

鱼糜凝胶强度的大小和白度的高低是衡量鱼糜质量好坏的重要指标［1］。在鱼糜中，变性淀粉具有优良的性能，具体表现在可提高产品的凝胶性能，降低制品成本，拥有良好的黏着性和吸水性，同时还使鱼糜的持水性和白度得到提高［2－5］。魔芋胶由于能通过自身所形成的凝胶体系和凝胶保水性能保护蛋白质，可通过提高水分的活度减少或阻止油脂粒子的渗出和迁移［6］，同时魔芋胶又可作为一种可溶性膳食纤维［7－9］，兼具食品胶和膳食纤维的双重功效，因此在鱼糜加工领域具有较大的应用价值。乳清蛋白、大豆蛋白能够使内源性热激活蛋白酶得到抑制，从而使鱼糜的质构特性得到改善［10－12］。Benjakul等［13］的研究表明，共同使用乳清浓缩蛋白和钙离子可以使热带鱼鱼糜的凝胶特性得到有效改善。根据Yongsawat-digul等［14］的研究，乳清蛋白和鸡蛋清对蜥鱼鱼糜的蛋白自溶有很好的抑制作用，从而提高鱼糜凝胶形成能力。目前在改善鱼糜品质方面，大多研究集中在单独使用变性淀粉、魔芋精粉或蛋清蛋白粉上，对于将三者共同使用，研究其对鱼糜品质影响的报道较少。此外，草鱼生长迅速，是我国淡水养殖鱼类中产量最大的鱼类，且富含蛋白质和不饱和脂肪酸等营养元素，可作为加工鱼糜的良好原料。

本文通过研究木薯变性淀粉、魔芋精粉及蛋清蛋白粉添加量对草鱼鱼糜凝胶强度和白度的影响，探索以草鱼为原料制备鱼糜制品的最佳配方，为草鱼鱼糜制品的加工提供理论依据，为草鱼鱼糜制品的产业化提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜活草鱼，(质量(条)＞1 000 g，购于广州市水产市场);木薯变性淀粉(食品级)，上海兰德淀粉科技有限公司;特级魔芋精粉(食品级)，湖北强森魔芋科技有限公司;蛋清蛋白粉(食品级)，浙江省长兴艾格生物制品有限公司;食盐市购。

1.2 仪器与设备

QTS－25型质构仪，美国 Brookfield公司;ZB－50型斩拌机，揭东县港美吴哲食品机械厂;FW100高速匀浆组织捣碎机，天津市泰斯特仪器有限公司;FMP400AS制冰机，美国格兰特有限公司;HH－2孔数显恒温水浴锅，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司;HR2006型飞利浦搅拌机，飞利浦有限公司;FA1104N电子分析天平，上海民桥精密科学仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 草鱼鱼糜凝胶制备

鲜活草鱼→预处理→冰水冲洗→采肉→漂洗、去腥(3次漂洗，盐水质量浓度为2.5 g/L，整个过程加冰使鱼肉温度保持在10℃左右)→脱水→斩拌(加入改良剂，加冰使鱼肉温度保持在15℃左右，斩拌后使鱼糜含水量保持在82% ～83%)→灌肠→二段加热凝胶化→冰水中冷却→4℃保存24 h［15］

1.3.2 鱼糜凝胶强度的测定

用QTS－25型质构仪测定鱼糜凝胶强度。将灌肠后的样品切成直径2 cm、高度3 cm的圆柱体。选用直径为11.3 mm的球形探头，下压距离为15 mm，测试力4.5 g，以60 mm/min的速度测得破断强度(g)和凹陷深度(mm)。鱼糜凝胶强度(g·cm)为两者的乘积。

1.3.3 鱼糜白度的测定

将鱼肠切成厚3 mm的薄片，用WSC-S测色色差计对样品的色泽进行测定，色差计采用标准白板校正，记录样品的L*、a*、b*值。白度W采用的公式计算:

每组试验重复5次，其结果取5次测定的平均值。

2 结果与分析

2.1 木薯变性淀粉添加量对鱼糜凝胶特性的影响

选取6个水平的木薯变性淀粉添加量(质量分数，下同)，研究其对鱼糜凝胶强度和白度的影响，结果见图1.

由图1可知，鱼糜凝胶强度和白度随着木薯变性淀粉添加量的增加均呈增大趋势，二者呈正相关，这与刘海梅的研究结果一致［16］。其原因可能是木薯变性淀粉含有更多的支链，而淀粉中含有更多直链可能会对颗粒的膨胀有抑制作用［17］。而木薯变性淀粉吸水膨胀形成凝胶填充于蛋白质凝胶的网络结构中，从而使鱼糜凝胶的网络结构更加致密［18］。因此淀粉中支链含量越高，淀粉的膨胀程度就越高，而添加支链含量高的淀粉的鱼糜凝胶强度就越高［19］。且淀粉吸水膨胀可增加鱼糜的透明度，从而增加了鱼糜的白度，进而改善了鱼糜凝胶的品质。但当木薯变性淀粉添加量达到和超过16%时，鱼糜凝胶强度和白度的增势趋缓，原因可能是过度增加木薯变性淀粉添加量，就会使木薯变性淀粉在草鱼鱼糜中的膨胀程度达到饱和，从而导致鱼糜凝胶强度和白度不再增加。可见，鱼糜本身的品质和所添加淀粉的性质是影响草鱼鱼糜制品的品质的重要因素。

2.2 魔芋精粉添加量对鱼糜凝胶特性的影响

图2表明，适当添加魔芋精粉量可增加鱼糜凝胶强度和白度，原因可能是魔芋精粉的胶凝作用增强了鱼糜凝胶强度，这与Xiong等［20］人的研究结果一致。而魔芋精粉本身形成的凝胶亮度较高，增加了鱼糜的白度。但刘海梅等［21］人的研究认为魔芋精粉显著降低了鲢鱼鱼糜凝胶强度，这说明鱼糜凝胶强度受魔芋精粉的用量、鱼的种类等因素的影响。当魔芋精粉的添加量为0.9%时，草鱼鱼糜凝胶强度显著降低，说明魔芋精粉添加量过高时不利于鱼糜凝胶网络结构的形成。可能是由于魔芋精粉增强了鱼糜凝胶中的亚微粒子的负电荷和静电排斥力，为水合作用提供了更加稳定的场所，引起了离子水合作用和蛋白质－多糖复合物的溶解，导致了凝胶强度的下降。过高的魔芋精粉添加量使鱼糜白度显著降低，因此，在实际应用中，魔芋精粉的添加量不应太高。

图1 木薯变性淀粉添加量对鱼糜凝胶的影响Fig.1 Effect of cassava modified starch on textural properties of surimi gel

图2 魔芋精粉添加量对鱼糜凝胶的影响Fig.2 Effect of konjac flour on textural properties of surimi gel

2.3 蛋清蛋白粉添加量对鱼糜凝胶特性的影响

由图3可知，添加蛋清蛋白粉可改良草鱼鱼糜的凝胶强度。添加量为0% ～4%时，鱼糜凝胶强度和白度呈逐步增长趋势，在添加量4%时，凝胶强度达到了最大值881.8(g·cm)，比对照样品提高了2.03倍。这可能是因为蛋清蛋白粉作为一种黏合剂，可以和蛋白质基质相互作用，蛋清蛋白粉和肌原纤维蛋白的相互作用加强了凝胶网络结构。此外，蛋清蛋白粉中的活性成分也可能使凝胶强度得到了提高。而蛋清蛋白粉本身呈乳白色，其白度高于草鱼鱼糜，进而对鱼糜白度产生了正面的影响。当添加量超4%时，鱼糜凝胶强度呈现下降趋势，这与国外学者对某些海水鱼糜的研究结果［22］相似.可能是由于过多的蛋清蛋白粉能稀释肌原纤维蛋白或干扰肌原纤维蛋白的交联作用，从而抑制凝胶网络的形成。

图3 蛋清蛋白粉添加量对鱼糜凝胶的影响Fig.3 Effect of egg white protein powder on textural properties of surimi gel

2.4 改良草鱼鱼糜凝胶品质的响应面试验分析

2.4.1 改良草鱼鱼糜凝胶品质数学模型的建立与显著性分析

按照Box-Benhnken试验设计原理，根据单因素的试验结果，考察木薯变性淀粉(X1)、魔芋精粉(X2)及蛋清蛋白粉(X3)对草鱼鱼糜凝胶强度(Y)和和白度(Z)的影响。试验因素编码及水平见表1，试验设计方案与方差分析结果如表2、表3所示。表2中共有17个试验点，包括12个析因点和5个零点。试验号1～12为析因试验，试验号13～17为中心试验。析因点代表自变量取值在X1、X2、X33个变量所构成的三维顶点，零点代表中心水平，重复5次用来估计试验误差。

表1 Box-Benhnken试验设计因素编码表Table 1 Box-Behnken central composite design factors coding table

2.4.2 鱼糜凝胶强度的回归分析

通过Design-Expert 8.05软件对表2中的数据进行多元回归拟合后，得到响应值(Y)和各因素(X1、X2、X3)的多元二次回归方程:

表2 Box-Benhnken试验设计与试验结果Table 2 Box-Behnken central composite design arrangement and experimental results

表3 凝胶强度试验模型的ANOVA分析结果Table 3 Variance analysis(ANOVA)for the fitted quadratic regression model of gel strength

由表3的方差分析结果可知，该试验模型方程极显著(P=0.000 7＜0.01)，失拟项不显著(P=0.138 5＞0.05)，说明回归模型与实际值拟合的较好。回归方程的二次项相关系数R2=95.33%，，表明大约有95%的变异存在于3个自变量当中，仅有约5%的总变异不能用回归模型解释。因此，该回归方程可以对鱼糜凝胶强度影响因素的真实值加以分析和预测。通过表3中的P值，可以看出木薯变性淀粉的一次项和各因素的二次项均达到了极显著水平(P＜0.01)，但各因素之间的交互作用均不显著，其交互作用的响应曲面见图4。通过F值还可知，各因素对鱼糜凝胶强度的影响显著性次序为木薯变性淀粉＞魔芋精粉＞蛋清蛋白粉，说明各影响因素和响应值之间不是简单的线性关系。

图4 各因素的交互作用对鱼糜凝胶强度的影响Fig.4 Response surface plots demonstrating the pairwise interactive effects of three conditions on surimi gel

由图4可知，鱼糜凝胶强度随着木薯变性淀粉添加量的增加而显著增大，这与之前的单因素试验结果一致，变化比较显著;鱼糜凝胶强度随魔芋精粉和蛋清蛋白粉添加量的增加而呈现先增大后减小的趋势，但是变化的趋势相对于木薯变性淀粉较平缓。

进一步用Design-Expert 8.05软件对回归模型进行典型性分析，根据软件中的Optimization分析得出优化结果，经优化后，为使鱼糜凝胶强度达到最大，各因素的最佳添加量为木薯变性淀粉18.82%，魔芋精粉0.59%，蛋清蛋白粉4.16%，此时鱼糜凝胶强度的理论最大值为2 355.48(g·cm)。根据优化后的添加量，分别进行三组验证性试验，在此条件下，测得鱼糜凝胶强度为2 332.26(g·cm)，与理论值相比误差小于1.5%。

2.4.3 白度的可靠性分析

从表4中可以看出，木薯变性淀粉的一次项、魔芋精粉的二次项和蛋清蛋白粉的二次项均对鱼糜的白度呈极显著性影响(P＜0.01)，木薯变性淀粉的二次项和蛋清蛋白粉对鱼糜的白度影响显著(P＜0.05)，而魔芋精粉的一次项和3个自变量的交互项对鱼糜白度的影响不显著(P＞0.05)。二次项相关系数R2为95.11%，大于90%，说明此模型的相关度很好，可以用于鱼糜白度的模拟和分析。失拟项P=0.212 7＞0.05，不显著，说明该模型的拟合度较好，可以充分解释响应中的变异。

表4 白度试验模型的ANOVA分析结果Table 4 Variance analysis(ANOVA)for the fitted quadratic regression model of whiteness

采用逐步回归法得出木薯变性淀粉、魔芋精粉和蛋清蛋白粉对鱼糜白度的优化方程，方程如下:

运用Design-Expert 8.05软件，根据白度的回归方程绘制响应面分析图，可以较直观地反应各自变量的交互作用。图5显示了各自变量对鱼糜白度的影响效果。可以看出随着木薯变性淀粉添加量的增加，鱼糜白度呈显著增加，当木薯变性淀粉添加量达到16%时，鱼糜白度增长趋势趋于平缓。魔芋精粉的添加量对鱼糜白度的影响不明显，变化幅度较小。而随着蛋清蛋白粉添加量的增加，鱼糜白度呈先增加后减小的趋势。为了使鱼糜白度最大，对优化方程进行Optimization分析，求得各自变量的最佳条件组合:木薯变性淀粉添加量为19.32%，魔芋精粉的添加量为0.61%，蛋清蛋白粉添加量为4.60%。此条件下，鱼糜白度的预测值为73.72。为了检验该白度试验模型的可靠性，按此优化条件进行了3组验证性试验，得出3次结果的实测平均值为73.51，与预测值比较接近。

图5 各因素的交互作用对鱼糜白度的影响Fig.5 Response surface plots demonstrating the pairwise interactive effects of three conditions on whiteness

3 结论

(1)由单因素试验的结果可知，添加适量的木薯变性淀粉、魔芋精粉和蛋清蛋白粉均能提高鱼糜凝胶强度和白度。

(2)本实验基于Box-Benhnken响应曲面试验设计，建立了两个响应值(鱼糜凝胶强度和白度)和3个自变量(木薯变性淀粉、魔芋精粉和蛋清蛋白粉)间的相互作用数学模型，由方差分析结果得知:一次项X1，二次项对鱼糜凝胶强度和白度都有极显著影响(P＜0.01)。且木薯变性淀粉对响应值的贡献最大。凝胶的透明性可增加白度值，但凝胶强度过大会降低鱼糜的口感，影响感官。

(3)根据试验回归模型，综合考虑成本及鱼糜的口感、色泽等评价指标，通过试验确定了草鱼鱼糜凝胶品质改良剂的最佳添加量:木薯变性淀粉19%，魔芋精粉0.60%，蛋清蛋白粉4.5%。在此条件下，草鱼鱼糜凝胶强度和白度的的预测值分别为2 352.57(g·cm)、73.72，实际则分别为2 330.68(g·cm)、73.49，分别为预测值的99.10%、99.69%。此试验模型能较好的反映实际情况，可用于鱼糜凝胶强度和白度的预测。

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