可得然胶与卡拉胶和黄原胶复配对肌原纤维蛋白功能特性的影响

（东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030）

肌原纤维蛋白（myofibrillar protein，MP）是组成肌肉中肌原纤维的一种重要的蛋白质，约占肌肉中总蛋白质的50%～55%，其在影响加工肉制品质量方面起着关键作用[1]。由于肌原纤维蛋白经热诱导过程能够形成三维凝胶网络结构，因此其对肉制品的功能特性具有决定性的作用[2]。此外，持水性（water holding capacity，WHC）也是肌原纤维蛋白凝胶重要的功能特性，它可以直接影响凝胶网络中所包含的水量，最终影响产品的品质[3]。然而，肌原纤维蛋白独特的功能特性（乳化特性和凝胶特性等）受到各种因素的影响，如原料肉质量、pH值、离子强度等[4]。因此，从更实际的角度来看，添加不同的天然聚合物（如非肉类蛋白、食品胶、可溶性膳食纤维等）似乎是一种更容易有效促进肌原纤维蛋白功能特性的方法，最终获得品质更好的肉制品。在所有这些天然聚合物中，一些食品胶（比较常见的是卡拉胶和黄原胶等）能够显著提高肌原纤维蛋白功能特性，而且添加量较低（一般在0.5%～1.0%左右），在相关肉制品的生产中被广泛应用。

卡拉胶（carrageenan，CAR），又称角叉菜胶，它是从海藻类植物提取出来的一种硫酸酯线性多糖，根据硫酸酯结合状态的不同，卡拉胶有κ型、I型、λ型等多种类型。肉蛋白凝胶形成过程中，κ-卡拉胶对肌原纤维蛋白凝胶的保水性和凝胶强度起到增强作用，熟肉制品例如香肠、午餐肉中已经进行了广泛的应用[5]。黄原胶（xanthan gum，XG）是一种胞外酸性多糖，具有低浓度高粘度的特性（1%水溶液的粘度相当于明胶的100倍），其具有良好的增稠作用，可降低油相和水相的不相溶性，提高食品体系的乳化性和稳定性[6]。黄原胶溶液优良的悬浮性、假塑性和使用安全性，在肉制品中可显著提高产品的持水性、嫩度等食用品质。与此同时，在肉制品中使用一些具有特殊功能特性的食品胶也成为现今研究的热点。可得然胶（curdlan，CUD）是由葡萄糖通过β-D-（1→3）糖苷键形成的线性大分子，具有良好的凝胶性、持水性、增稠性、对疏水性物质有着良好的包容性等，并且其悬浊液加热后具有既能形成硬而有弹性的热不可逆性凝胶又能形成热可逆性凝胶的特性。在我们前期的研究中发现，将可得然胶添加到肉制品中，能够有效的降低产品的蒸煮损失、提高乳化稳定性，并且显著改善产品感官品质[7]。实际肉类制品加工中，将不同种类的食品胶复配会产生协同增效的功能，可以使肉制品的质地、风味以及口感等品质得到改善，而且还具有使用方便、工艺简单、成本较低等优势。因此，本研究将CUD分别与CAR 和 XG 以不同比例（1 ∶9、3 ∶7、5 ∶5、7 ∶3、9 ∶1，质量比）复配，按照0.3%添加量添加到肌原纤维蛋白中，研究复合食品胶对肌原纤维蛋白乳化性、凝胶特性以及微观结构的影响，从而能够为复配食用胶在肉制品中的合理应用提供一定的理论依据和应用指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

猪背部最长肌：大润发超市北大荒食品；可得然胶（食品级，纯度99%）：日本东京Dongye国际的株式会社；卡拉胶、黄原胶：烟台精协海洋科技发展有限公司；试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

AL-104型精密电子天平：上海梅特勒-托利多仪器设备有限公司；DK-8B电热恒温水浴锅：上海惊宏实验设备有限公司；GL-21M冷冻离心机：湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；FE28梅特勒-托利多台式pH计/酸度计：深圳市德优平科技有限公司；T18高速匀浆机：德国IKA公司；美谱达UV-1800紫外可见分光光度计：浙江赛德仪器设备有限公司；TA-XT plus型质构分析仪：英国Stable Micro System公司；ZE-6000色差计：日本色电工业株式会社；S-3400N扫描电子显微镜：日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 MP的提取

根据Xiong等[8]的方法进行肌原纤维蛋白的提取。将瘦肉切碎，加入4倍体积的预先配制成的蛋白提取液进行均质，均质时间为60 s。在4℃条件下，用冷冻离心机离心在3 500 r/min下离心15 min，倒掉上清，重复3次。然后加入4倍体积的0.1 mol/L NaCl溶液匀浆，在上述离心条件下重复3次。最后一次将均质溶液用4层纱布进行过滤，得到的溶液用0.1 mol/L HCl调节pH为6.0，继续离心，收集沉淀。提取的肌原纤维蛋白置于4℃的冰箱备用。进行测定需先将样品放置室温30 min，再进行指标测定。

1.3.2 复合蛋白体系及凝胶制备

本试验共分为3组，不添加食用胶的肌原纤维蛋白对照组，黄原胶和卡拉胶分别与可得然胶复配形成CUD+XG 和CUD+CAR 组，选取比例均为1∶9，3∶7，5∶5，7∶3，9∶1（质量比），将食用胶以 0.3%的添加量添加到40 mg/mL的肌原纤维蛋白中。复合体系在一定转速下搅拌30 min，测量其乳化活性和乳化稳定性。将复合蛋白体系于80℃水浴加热30 min制备凝胶，冷却至室温后4℃下过夜贮藏。

1.3.3 复合蛋白乳化活性及乳化稳定性的测定

根据Pearce等[9]的方法。乳化活性（emulsifying activity index，EAI）和乳化稳定性（emulsifying stability index，ESI）的计算公式如下：

式中：A500为500 nm波长处的吸光度；φ为油相体积分数（φ =0.2%）；A0、A10为乳状液在 0、10 min的吸光度。c为初始蛋白质溶液中蛋白浓度，g/mL；dilution为稀释倍数。

1.3.4 复合蛋白凝胶持水性（water holding capacity，WHC）测定

将凝胶放置在50 mL的离心管中，在4℃条件下3 500 r/min离心30 min。除去凝胶析出的水分，称量离心前后凝胶的重量。按照下列公式进行WHC的测定。

WHC/%=离心后凝胶净重/离心前凝胶净重×100

1.3.5 复合蛋白凝胶质构的测定

将待测样品平放于质构仪上进行测量。测定参数设定：探头型号选择P/50，压缩比50%，触发力为5 g，测试前速率为5 mm/s，测试速率为2 mm/s，测试后速率为5 mm/s。试验重复测量6次。

1.3.6 复合蛋白凝胶白度值（whiteness，W）的测定

使用色差计测定凝胶的L*值，a*值，b*值。选择O/D测试头。根据Park[10]的方法进行白度值计算：

1.3.7 复合蛋白凝胶微观结构的观察

参考Pan等[11]的方法观察凝胶的微观结构。将样品经过浸泡过夜，洗涤，乙醇脱水，脱脂后，将样品分别置换1次。然后用冷冻干燥仪对样品进行干燥，再将样品粘贴在扫描电镜样品台上，用E-1010（Giko）型离子溅射镀膜仪对样品进行离子溅射喷金，最后进行扫描电镜观察。

1.3.8 数据统计方法

每个试验重复3次，数据采用Statistix 8.1软件进行分析，采用SigmPlot 12.0软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 可得然胶与卡拉胶和黄原胶复配对肌原纤维蛋白乳化性能的影响

可得然胶与卡拉胶和黄原胶复配对肌原纤维蛋白乳化性能的影响见图1。

图1 可得然胶与卡拉胶和黄原胶复配对肌原纤维蛋白乳化活性和乳化稳定性的影响Fig.1 Effects of curdlan-carrageenan complex and curdlanxanthan complex on the emulsifying activity and emulsification stability of myofibrillar protein

乳化活性和乳化稳定性可以作为肌原纤维蛋白功能特性变化的一个重要指标。从图1中可看出，添加CUD+XG和CUD+CAR的复合蛋白乳化活性和乳化稳定性均显著高于纯MP对照组，且相同的CUD添加比例下，添加XG复合蛋白的乳化活性和乳化稳定性在数值上均高于添加CAR复合蛋白组。随着CUD添加比例的增加，CUD+XG复合蛋白的乳化活性呈先增加后降低，而CUD+CAR复合蛋白的乳化活性持续增加（P<0.05）；乳化稳定性结果显示，CUD+XG和CUD+CAR复合蛋白均呈现增加的趋势，两实验组复合体系的乳化活性数值最大值分别为33.87 m2/g和28.85 m2/g，乳化稳定性数值分别为53.82%和45.03%。当CUD+XG和CUD+CAR比例为9∶1（质量比）时，与MP组相比，复合蛋白的乳化活性分别提高了102.01%和72.05%，乳化稳定性分别提高了162.28%和119.44%。

可得然胶作为一种优良的乳化剂，对疏水性物质有着良好的包容性，能很好的促进油脂吸收或蛋白与油脂结合，形成稳定性较好的乳状液，并且，3%可得然胶和各种浓度的植物油混合均质后，最大含油量可达到24%[12]。有研究表明，卡拉胶作为一种阴离子多糖可以与肌原纤维蛋白发生相互作用，提高蛋白的持水、持油能力，从而形成稳定的复合蛋白体系。由于多糖和蛋白质均具有稳定的乳化特性，乳化过程中蛋白分子吸附在油水界面上，从而可形成具有一定粘弹性的保护膜，因此，推断多糖和蛋白质混合物也会具有良好的乳化特性[13]。添加黄原胶增加水溶液的稠化作用，可降低油相和水相的不相溶性，能使油脂乳化性增加[14]，此外，在中性条件下，黄原胶和蛋白质主要带负电，黄原胶可以与蛋白质的部分带正电区域发生静电吸引作用[15]，因此添加CUD+XG复合体系的乳化活性和稳定性均较高。在本实验中，在MP中添加CUD+XG和CUD+CAR复配物，均可使复合体系的乳化性能显著提高，其中可得然胶比例的增加能显著提高乳液的乳化活性及稳定性，黄原胶的乳化效果要优于卡拉胶。

2.2 可得然胶与卡拉胶和黄原胶复配对肌原纤维蛋白凝胶持水性的影响

可得然胶与卡拉胶和黄原胶复配对肌原纤维蛋白凝胶持水性的影响见图2。

图2 可得然胶与卡拉胶和黄原胶复配对肌原纤维蛋白凝胶持水性的影响Fig.2 Effect of curdlan-carrageenan complex and curdlanxanthan complex on water holding property of myofibrillar gel

从图2可以看出，添加不同比例的CUD+XG和CUD+CAR复合蛋白凝胶持水性高于MP组，且随着添加量增加，凝胶的持水性显著增加（P<0.05），当添加量为最大时，CUD+XG和CUD+CAR的凝胶保水性较MP组分别提高了18.79%和26.93%，但二者间差异不显著（P>0.05）。之前研究表明，肉和非肉蛋白的相互作用影响产品凝胶的特性，对产品的结构起到一定修饰的作用[16]。可得然胶具有很好的吸水性和保水性，最高可吸收并保持自身质量100倍的水分，当其添加到MP中，对蛋白凝胶中游离的水分起到很好的束缚作用，对凝胶持水性的提高具有显著促进作用。卡拉胶含有丰富的强阴离子性硫酸酯基团，可以与凝胶内部和外部游离的水分子通过氢键结合，可吸收自身质量40倍～50倍的水分[17]。因此，在肌原纤维蛋白形成凝胶的过程中，卡拉胶可将肌原纤维蛋白凝胶凝胶体系中游离水转变为不易流动水而滞留在凝胶网络结构中，使得复合凝胶的持水性能显著增强。黄原胶是一种与水结合能力很强的亲水性胶体，黄原胶自身不能形成独立的凝胶结构，但在高温高剪切力的条件下，其水分散液呈现出弱凝胶性质，主要通过非共价键连结、分子链缠结构形成的弱凝胶网络[18]，可通过溶胀作用将水分子束缚进凝胶结构中，以提高复合凝胶的持水性。研究结果表明，添加CUD+CAR的复合凝胶较CUD+XG具有更好的保水效果，在7∶3（质量比）时凝胶保水性最好。

2.3 可得然胶与卡拉胶和黄原胶复配对肌原纤维蛋白凝胶质构特性的影响

可得然胶与卡拉胶和黄原胶复配对肌原纤维蛋白凝胶硬度和弹性的影响见图3。

图3 可得然胶与卡拉胶和黄原胶复配对肌原纤维蛋白凝胶硬度和弹性的影响Fig.3 Effects of curdlan-carrageenan complex and curdlanxanthan complex on the hardness and springness of myofibrillar gel

由图3可知，添加不同比例的CUD+XG和CUD+CAR的复合凝胶的硬度均显著高于MP组（P<0.05），且随着CUD添加量的增加，两种复合凝胶的硬度均呈现先增加后降低的趋势（P<0.05），其中添加CUD+CAR的凝胶硬度增加更为显著。CUD+XG和CUD+CAR的复合凝胶的硬度分别在7∶3和5∶5（质量比）时达到最大，比MP分别提高了83.34%和88.28%。同时，从图3中可知，添加CUD+XG和CUD+CAR的凝胶弹性均显著高于MP（P<0.05），且二者分别的添加比例为5∶5和7∶3（质量比）时达到最大，比MP分别提高了6.42%和4.57%。

在加热过程中，肌原纤维蛋白天然结构打开形成具有三维网络状结构的凝胶基质，可将水分子及其他组分束缚进蛋白三维结构中。添加CUD的复合蛋白的加热过程中，可得然胶吸水性良好，可将大量水分截留进蛋白凝胶基质中，从而增加了凝胶的硬度和弹性。同时，加热过程中，CUD发生吸水溶胀，其单螺旋分子结构间的氢键逐渐展开，从而使得蛋白质分子内及与水分子间的相互作用增强[3]。之前的研究表明卡拉胶作为一种强阴离子多糖，能与肌原纤维蛋白分子发生相互作用，将蛋白有效地结合在卡拉胶形成的胶体体系内，提高蛋白凝胶的质构特性[19]，卡拉胶在蛋白凝胶形成过程，能吸收大量水分，将游离水分子束缚进蛋白凝胶网格中，增强凝胶硬度。此外，之前研究表明，在牛肉中添加卡拉胶后制成凝胶，研究其质构特性及保水性，发现添加卡拉胶明显影响其保水性和热稳定性，显著提高牛肉凝胶的硬度，但对弹性影响不大[20]。同时，Verbeken等[21]也指出卡拉胶具有提高肉蛋白凝胶的持水性、硬度等特性，这也与我们的研究结果一致。而黄原胶经加热处理，其螺旋链会伸展为无序的卷曲链结构，分子趋向于形成均质化的网络结构，具有很多联结点，通过非共价键连结、分子链缠绕可与蛋白质分子相互作用，以提高复合凝胶体系的凝胶弹性和硬度。有研究表明，肉糜中添加黄原胶，可能会导致凝胶强度降低，凝胶网络结构变差[22]，这也与本研究中高比例黄原胶添加的结果一致。

2.4 可得然胶与卡拉胶和黄原胶复配对肌原纤维蛋白凝胶白度的影响

可得然胶与卡拉胶和黄原胶复配对肌原纤维蛋白凝胶白度的影响见图4。

图4 可得然胶与卡拉胶和黄原胶复配对肌原纤维蛋白凝胶白度的影响Fig.4 Effects of curdlan-carrageenan complex and curdlanxanthan complex and carrageenan on the whiteness of myofibrillar gel

由图4可知，添加CUD+CAR复合蛋白凝胶的白度值和MP凝胶无显著差异（P>0.05），而添加CUD+XG组在黄原胶添加比例较高时，其白度值显著低于MP凝胶（P<0.05），但随着添加黄原胶比例的降低，复合凝胶的白度值呈增加的趋势，添加CUD+XG的复合凝胶在添加比例为1∶9（质量比）时白度值最低，较MP组降低3.83%，在可得然胶添加比例相同时，黄原胶相较卡拉胶而言，对蛋白凝胶色泽的影响更为显著。可得然胶自身颜色对凝胶的影响较小，将其溶于水形成澄清透明的溶液，因此对凝胶白度的影响不显著。添加CUD+CAR复合蛋白凝胶的白度无明显影响，而黄原胶比例较大时对MP凝胶影响较大，可能由于黄原胶自身呈淡黄色，在整个体系加热过程中，充分溶胀会降低凝胶的白度值，但随着可得然胶比例的增加可一定程度上减轻黄原胶对凝胶白度的影响，因此，在肉制品生产加工中可采用适当比例添加到肉制品中。

2.5 可得然胶与卡拉胶和黄原胶复配对肌原纤维蛋白凝胶微观结构观察

添加不同比例的CUD+XG和CUD+CAR复合蛋白凝胶的微观结构如图5所示。

图5 可得然胶与卡拉胶和黄原胶复配对肌原纤维蛋白凝胶凝胶微观结构的影响Fig.5 Effect of curdlan-carrageenan complex and curdlan-xanthan complex on the microstructure of myofibrillar protein gels

由图5可知，MP凝胶网络结构松散，不规则孔洞较大，有明显的断层现象，蛋白间的交联较稀疏；而添加CUD+XG的复合凝胶结构松散无序程度降低，网络结构较为规则，孔洞也较小，可能是可得然胶和黄原胶具有较好的结合水分的能力，可以将更多的游离水分束缚进凝胶结构内[3-4]，从而使蛋白网络孔洞减少，形成较致密的网络结构；而添加CUD+CAR凝胶结构比较规则，无较多较大的孔洞，网络结构较致密均匀，网格细小，蛋白质间形成明显交联。由于可得然胶和卡拉胶复配具有较强的油－水结合能力，形成较稳定的蛋白质－多糖的复合体系，这对于致密稳定的蛋白凝胶形成有很大的促进作用，并且随着可得然胶添加比例的增加，其凝胶结构更为致密均匀，这也与前面持水性、质构特性的结果相一致。在CUD+XG和CUD+CAR复配比例均为7∶3（质量比），蛋白凝胶的结构最好。

3 结论

本文主要研究了可得然胶与卡拉胶和黄原胶按照不同比例复配后对肌原纤维蛋白的乳化特性和凝胶特性的影响。与对照样品相比，两种复合食品胶均能够显著提高肌原纤维蛋白的乳化活性和乳化稳定性。同时，在热诱导凝胶过程中，两种复合食品胶与肌原纤维蛋白凝胶基体的相互作用可以提高凝胶强度和持水性，而且以可得然胶-卡拉胶复合胶效果为最佳，微观结构分析也证实了本研究的结论。因此，本研究认为两种复合食品胶主要对肌原纤维蛋白的乳化特性和凝胶特性产生不同的影响，为其在肉制品的进一步应用提供了理论基础。