超高压对金线鱼鱼肉肠凝胶特性的影响

仪淑敏，马兴胜，励建荣，*，余永名，李睿智，马永钧，贺稚非，季广仁

（1.渤海大学食品科学研究院，渤海大学化学化工与食品安全学院，辽宁锦州121013；2.浙江兴业集团有限公司，浙江舟山316101；3.西南大学食品科学学院，重庆400715；4.锦州笔架山食品有限公司，辽宁锦州121000）

金线鱼（Nem ipterus virgatus）隶属于鲈形目（Per-ciformes）、金线鱼科（Nem ipteridae），体呈椭圆形，稍延长，一种重要的海产经济鱼类，其肉质鲜美，具有丰富的营养价值，是鱼糜制品重要的加工原料。凝胶强度和弹性是衡量鱼糜制品品质的重要指标，是硬度、延展性及粘性等凝胶特性的综合体现。蛋白质的凝胶特性是肉质品加工中最重要的功能特性[1]。较高的凝胶强度和弹性，使鱼糜制品具有较好的口感和较大的商品价值。提高鱼糜制品的凝胶特性，是鱼糜制品加工的技术关键。

目前，关于提高鱼糜制品凝胶性能的研究就较多，如微波、欧姆等改变加热方式[2-3]；添加糖类[4]、乳清蛋白[5]、大豆分离蛋白[6]、谷氨酰胺转氨酶[7-9]等均可以在一定程度上改善其凝胶性能，但实际应用中尚存在较大限制。近年来，超高压（UHP）技术已成为食品加工的研究热点，高压诱导的蛋白凝胶与热诱导的蛋白凝胶相比，具有较高的凝胶强度、弹性和白度[10-11]。鱼糜的主要成分是蛋白质，由此推测超高压可以有效地提高鱼糜制品的凝胶特性。目前，国内外关于超高压对金线鱼鱼糜凝胶特性的影响鲜有报道，因此，本文以金线鱼鱼肉肠为研究对象，分析了超高压处理对金线鱼（Nemipterus virgatus）鱼肉肠凝胶强度、弹性和色度值的影响，通过HE组织染色法观察不同压力诱导的凝胶组织构造，从凝胶特性和色度这一角度初步揭示了超高压诱导鱼糜凝胶形成的机制。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

金线鱼鱼糜 青岛锦灿食品有限公司；马铃薯淀粉和食盐 食品级，锦州大润发超市；HE（苏木素-伊红）染色试剂盒 北京诺博莱德科技有限公司。

HPP.L2-600/0.6型超高压设备 天津市华泰森淼生物工程技术有限公司；ZB-20型斩拌机 诸城市瑞恒食品机械厂；TA.XT.PLUS型质构仪 英国Stable Micro System公司；CR-400型色彩色差计日本M inolta公司；CM 1850型冷冻切片机 德国Leica公司；Eclipse Ti-S倒置显微镜日本尼康。

1.2 实验方法

1.2.1 鱼肉肠制备 冷冻金线鱼鱼糜→4℃解冻6h→空斩2min→2.5%NaCl盐斩3min→15%马铃薯淀粉、15%的冰水斩拌15～20min→灌肠（直径25mm）→高压处理。

压力分别为0.1、200、300、400、500MPa，保压时间为5、10、15、20min，温度为25℃。以40/90℃两段水浴处理为对照组1，25℃常压未处理为对照组2。所有样品均于4℃贮藏备用。

1.2.2 凝胶强度的测定 将1.2.1制备的样品从4℃冰箱中取出，室温静置30m in，去肠衣并切成2.5cm×2.5cm的圆柱体[12]。选择TA.XT.PLUS（SMS）型质构仪分析鱼糜凝胶的凝胶强度。参数设定：探头型号P/0.5；测前速度1mm/s；测试速度1mm/s；测后速度1mm/s；压缩距离15mm；触发力：10g。每组样品平行5次。

1.2.3 凝胶弹性的测定 样品处理同1.2.2，采用TAXT-PLUS（SMS）型质构仪分析鱼糜凝胶的弹性。参数设定：探头型号P/50；测前速度1mm/s；测试速度1mm/s；测后速度1mm/s；压缩比40%；触发力：5g。每组样品平行5次。

1.2.4 白度的测定 采用CR-400色差计分析鱼糜凝胶的L*（亮度），a*（红色/绿色）和b*（黄色/蓝色），每组样品平行5次。按如下公式计算白度[13]：

1.2.5 凝胶组织构造的测定 样品处理同1.2.2，去肠衣并切成5mm×5mm×3mm的小块，包埋于OCT液后，-22℃下冻藏20m in，采用冷冻切片机将其切成10μm薄片，贴于载玻片上，通过HE染色法染色后[14]，光学显微镜下放大200倍后进行观察。

2 结果与分析

2.1 不同压力及保压时间对鱼肉肠凝胶强度的影响

图1 不同压力及保压时间下鱼肉肠凝胶强度的变化Fig.1 Change of gel strength of fish sausage at different pressure and time

凝胶强度是指凝胶崩裂或断裂时单位面积所受的力，反应凝胶内部结构的坚实程度，是衡量鱼糜制品品质一项重要指标。由图1可知，较短保压时间内，压力增加，鱼肉肠凝胶强度增大；较低压力下，保压时间增加，凝胶强度增大。且在保压时间为15m in及压力为300MPa附近凝胶强度达到最大值，压力继续增大，凝胶强度降低，特别500MPa下，凝胶强度显著下降。凝胶强度的大小主要与蛋白质变性及其所形成的空间网络结构有关[15-17]。鱼糜主要成分是蛋白质，随着压力的增大，蛋白质的性质改变，同时蛋白质分子结构中暴露出更多的巯基基团，巯基含量的增加促使蛋白质凝胶性能得到提高[18]；另外，一定的高压作用下，蛋白质分子被迫伸展，双螺旋结构打开，使蛋白质原本的空间结构被打乱，重新缔结成空间网络结构，淀粉及水分充填在网络结构中，赋予凝胶网络结构一定的硬度和延展性，凝胶强度增大；同时，高压也能够促进淀粉的溶胀和凝胶化，淀粉凝胶的形成也促进整体的凝胶强度[19]。压力继续增大，凝胶强度降低，可能是由于过高的压力使蛋白质变性过快，导致网络结构交联度降低，使凝胶强度减小；此外，过高压力也能破坏所形成的网络结构，导致蛋白质分子间网络结构中相互作用力减小，凝胶强度降低。经过热处理的鱼糜的凝胶强度小于超高压处理的，这可能是由鱼肉肠在受热过程中，内外蛋白质变性不均匀，形成的不规则网络结构所致。未处理的鱼肉肠凝胶强度远小于超高压和热处理的，主要是由于蛋白质没有发生变性，即使常温放置也能放生缓慢的凝胶化反应，但其凝胶强度远不及超高压和热处理的凝胶强度。

2.2 不同压力及保压时间对鱼肉肠弹性的影响

凝胶弹性是指当外力促使凝胶变形后，除去外力时凝胶所能恢复到变性前状态的程度。弹性反映的是固体力学性质的物理量，只有发生了变形并且具有恢复形变的能力，才能说明该样品具有弹性，发生了凝胶行为，否则就是流动的，因此弹性可作为衡量鱼糜制品凝胶特性的一项重要指标[20]。由图2可知，同一保压时间（5～15m in）下，随着压力增加弹性增加，且在压力400MPa、保压时间15min时弹性达到最大值，压力继续增大至500MPa时，弹性降低；在同一压力（200、300MPa）下，随着保压时间增加，弹性增加，在400、500MPa压力下，随着保压时间增加，弹性呈先增加后降低变化趋势，尤其在500MPa，保压时间15m in时就开始出现显著降低。由保压时间和压力变化对弹性结果的影响得知：在较低的压力下，蛋白质变性、聚合的程度较小，凝胶程度较低，弹性较小。当压力升高时，短时就可以达到完全变性，因此会出现在400MPa/15m in和500MPa/10m in达到最大值现象。凝胶弹性大小与蛋白质所形成的空间立体网络结构及其均匀程度有关。有研究指出，超高压会促使蛋白质发生变性，蛋白质分子展开，双螺旋结构解离，解螺旋后的肌球蛋白按一定方式排列，与肌动蛋白形成肌动球蛋白，并连接成肌动球蛋白重链，逐渐形成凝胶的立体网络结构，而凝胶的弹性的大小主要取决于尾部螺旋解开的程度，解开程度越大弹性越大。由此推测压力促进蛋白质分子的伸展和双螺旋结构解离，使蛋白质形成空间立体网络结构，且400MPa保压15m in时，所形成的空间立体网络结构更加均匀致密。陆海霞等[21]在关于超高压对秘鲁鱿鱼肌原纤维蛋白凝胶特性的研究中报道，300～400MPa压力下处理25min所形成的肌原纤维蛋白凝胶硬度和弹性均较高。随着压力继续增加，弹性降低，可能是由于过高的压力破坏了凝胶的空间立体网络结构，使网络结构孔隙变大甚至破裂所致。

图2 不同压力及保压时间下鱼肉肠弹性的变化Fig.2 Change of springness of fish sausage at different pressure and time

热处理鱼肉肠的弹性低于超高压处理的弹性，可能是由于二段90℃加热时，凝胶在50～70℃升温过程中，丝氨酸碱性蛋白酶活性最大，催化蛋白质凝胶劣化，导致弹性降低。常压未处理凝胶弹性远低于超高压和水浴处理凝胶弹性，由于蛋白质在常压下没有发生变性。

2.3 不同压力及保压时间对鱼肉肠色度值的影响

由图3～图5得知，随压力和保压时间增加，L*增加，a*降低，b*先降低，在400MPa后趋于不变，凝胶的白度值增加（图6）。对于肉制品而言，光在其中的散色是由凝胶结构、肌原纤维蛋白质以及散色粒子的大小所决定的[22]。因此，白度主要取决于蛋白质变性与聚合程度以及其表面的光学特性[23-26]。超高压处理的白度和L*值的增加，可能是由于同一时间内鱼糜内部所有分子遭受相同压力，蛋白质同时发生变性，形成一个均匀的不透明的凝胶体，均匀的蛋白质变性使得凝胶的亮度和白度增加[27]。另外，物体表面光反射率越大，白度值越高，反之亦然。白度的增加可能与凝胶致密的空间网络结构有关。Kang等报道了致密的凝胶三维网络结构会反射更多的光，使凝胶白度增加[20，28]。由此可以推测高压促进了蛋白质的聚合，形成空间网络结构。热处理凝胶a*（红值）远低于未处理和高压处理凝胶，这可能是由于受热过程中肌红蛋白发生氧化形成高铁肌红蛋白[29]。与热处理和常压未处理凝胶相比，超高压处理b*值显著降低，可能是由于高压促进鱼肉肠中淀粉溶胀和凝胶化，淀粉的溶胀和凝胶化会使b*值降低[17，30]。另外，鱼糜在受热过程中，蛋白质发生的美拉德反应也会使凝胶的b*值增加，白度值下降。

图3 不同压力及保压时间鱼肉肠L*的变化Fig.3 Change of L*value of fish sausage at different pressure and time

图4 不同压力及保压时间下鱼肉肠a*变化Fig.4 Change of a*value of fish sausage at different pressure and time

图5 不同压力及保压时间下鱼肉肠b*的变化Fig.5 Change of b*value of fish sausage at different pressure and time

图6 不同压力及保压时间下鱼肉肠白度值的变化Fig.6 Change ofwhiteness value of fish sausage at different pressure and time

2.4 不同压力下鱼肉肠的组织构造变化

HE染色法，全称苏木精—伊红染色法（hematoxylin-eosin staining），能将细胞核染成深蓝色，细胞质、胶原纤维、肌原纤维及嗜酸性颗粒被染成粉红色或浅红[31]。由图7知，所有样品的肌肉纤维组织（肌原纤维、胶原纤维和细胞质）都被染成红色，且呈网状结构。与热处理和常压未处理凝胶相比，超高压诱导凝胶具有较规则的网状结构，随压力增加，孔隙减小，似圆度增加，且在300MPa、保压时间为15min时，凝胶网状结构的均匀致密程度最高。这可能是由高压诱导蛋白质发生均匀变性，聚合形成空间立体的凝胶网络结构；随压力继续增大，孔隙增大，网络结构破裂，可能是由于过高的压力使所形成的的网络结构变性或遭到破坏。热处理凝胶组织较疏松，孔隙较大，且不规则，可能与热诱导的蛋白质变性不均匀及受热过程中凝胶发生膨胀有关。

图7 不同压力下鱼肉肠微观构造的变化（200×）Fig.7 Change ofmicrostructure of fish sausage at different pressure（200×）

3 结论

超高压可以有效地提高金线鱼鱼肉肠凝胶强度、弹性、亮度（L*）和白度，改善其品质。保压时间为15m in及压力为300～400MPa时凝胶强度和弹性达到最大值，且在300MPa，鱼糜凝胶网络结构的孔隙较小，似圆度较高，均匀致密程度最高。压力继续增加，凝胶强度减小，弹性降低，尤其在500MPa下显著降低；压力在400MPa以下时，保压时间在15m in内，随时间增加，凝胶强度增加，弹性增大；保压时间继续增加，凝胶强度和弹性均降低，但变化不显著；L*和白度值随压力增大而增大，在400～500MPa达到最大值且趋于稳定；保压时间在15m in内，随时间增加，L*和白度增加；保压时间继续增加，L*和白度值变化趋势不明显。由于本研究仅考察四个指标的变化，尚不能全面解释超高压诱导鱼糜凝胶形成的复杂机制。因此，可结合如圆二色性、拉曼光谱等分析技术对凝胶形成中蛋白质的二级结构及构象进行深入研究。

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