大豆分离蛋白、木薯淀粉与转谷氨酰胺酶组合对鲢鱼鱼糜凝胶品质的影响

沈晓蕾 - 李向红 - 俞 健 王发祥 -王建辉 - 黄轶群 - 刘永乐U -

(长沙理工大学化学与食品工程学院，湖南 长沙 410114)

鲢鱼作为中国的四大家鱼之一，年产量达数百万吨，由于土腥味重，肌间刺多，鲜食用率较低。为了提高鲢鱼的利用率及经济价值，通常将其肉与各种辅料混合制成具有弹性凝胶状的鱼糜重组制品，该鱼糜重组制品营养丰富，蛋白质含量高[1]，食用方便，风味独特，深受消费者喜爱。

在鱼糜中加入各种蛋白及淀粉可以提高鱼糜的凝胶强度，还可以降低鱼糜中对人体有害的过量饱和脂肪和胆固醇[2]。大豆分离蛋白(SPI)是植物蛋白中的优质蛋白，蛋白含量在90%以上，其作为蛋白类食品添加剂得到了广泛应用。木薯淀粉中支链淀粉比直链淀粉含量高，造成了木薯淀粉具有较好的黏性，可以增强鱼糜的凝胶强度。刘鑫等[3]研究发现当木薯淀粉添加量为8%时能够使竹荚鱼鱼糜的凝胶强度提高130.6%。转谷氨酰胺酶(TG)作为常用的凝胶增强剂，能够催化肌球蛋白(MHC)上赖氨酸的ε-氨基和谷氨酸残基上的γ-酰胺基形成共价键使蛋白质之间或蛋白质内部发生交联，提高鱼糜制品的弹性和紧实度[4]。

试验拟以鲢鱼为原料，考察SPI、木薯淀粉及TG最适添加量对鱼糜制品食用品质(持水率、蒸煮损失、白度、凝胶强度)的影响，为鱼糜的工业生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜鲢鱼、大豆分离蛋白(纯度99%)、木薯淀粉(纯度99%)：市售；

转谷氨酰胺酶：酶活120 U/g，江苏一鸣生物科技有限公司；

肠衣：直径50 mm，食品级塑料透明肠衣，潍坊美橙包装设计有限公司。

1.2 仪器与设备

电子天平：BL-9205B型，日本岛津公司；

恒温水浴锅：DK-98-Ⅱ型，天津泰斯特仪器有限公司；

电热恒温鼓风干燥箱：DHG-9140A型，上海精宏实验设备有限公司；

质构仪：TA·XTplus型，英国Stable Mico System公司；

斩拌机：ZB-20型，山东省诸城市华钢机械有限公司；

低场核磁共振仪：NM120型，上海纽迈电子科技有限公司；

扫描电镜：EVO-LS 10型，日本Minolta公司。

1.3 试验方法

1.3.1 鱼糜重组制品的工艺流程

新鲜鱼肉→前处理→采肉→脱水→斩拌→制备鱼糜凝胶

1.3.2 操作要点

(1) 前处理：去头及内脏，清洗干净。内脏的黑膜需清除干净，防止影响鱼糜的品质[5]。

(2) 采肉：去除油脂及红肉，只采白肉，防止影响鱼糜的色泽。

(3) 制备鱼糜凝胶：将鱼肉在斩拌机中空斩1 min，加入2.5%食盐斩拌2 min，再加入不同质量分数的SPI、木薯淀粉和TG斩拌5 min(斩拌过程中应控制温度在10 ℃ 以下)。将鱼糜填充到聚乙烯肠衣中，排除气泡，采用二段加热(45 ℃，30 min；90 ℃，20 min)，加热结束后置于流水下冷却，于4 ℃冰箱中过夜，待用。

1.3.3 蛋白质的测定 参照GB 5009.5—2016的凯氏定氮法。

1.3.4 蒸煮损失 根据Yang等[6]的方法略做修改，将鱼糜凝胶切成凝胶圆柱体并称重(G1)后放入蒸煮袋内且封口，90 ℃水浴锅蒸煮20 min。蒸煮结束擦干水分后称重(G2)，每组测量平行5次，试验重复3次，取平均值。按式(1)进行计算。

(1)

式中：

CL——蒸煮损失，%；

G1——鱼糜凝胶蒸煮前的质量，g；

G2——鱼糜凝胶蒸煮后的质量，g。

1.3.5 持水性测定 将样品切成圆柱，称其质量M1，用滤纸包裹于离心管中，3 000 r/min离心10 min，称重M2，每组测量平行3次，试验重复3次，取平均值。按式(2) 进行计算[7]。

(2)

式中：

WHC——持水率，%；

M1——鱼糜凝胶离心前的质量，g；

M2——鱼糜凝胶离心后的质量，g。

1.3.6 白度测定 用色差计测定样品L*、a*、b*，每组测量平行5次以上，试验重复3次，取平均值。按式(3)进行计算[8]。

(3)

式中：

W——白度，%；

L*——亮度；

a*——红度值(表示有色物质的红绿偏向)；

b*——黄度值(表示有色物质的黄蓝偏向)。

1.3.7 鱼糜制品凝胶强度的测定 根据文献[9]进行修改。采用质构仪进行测定，参数设置为探头P/0.5，测前速度0.5 mm/s，测中速度1 mm/s，测后速度10 mm/s，测量距离6 mm，触发力5 g，每组测量平行4次以上，试验重复3次，结果取平均值。

1.3.8 鱼糜的水分分布及状态 根据文献[10]进行修改。鱼糜在室温下放置30 min，切成10 mm×20 mm×5 mm，放入核磁管，采用CPMG序列，32 ℃条件下进行自旋—自旋弛豫时间T2的测定。参数设定为SFI=18 MHz，P1=14 μs，SW=100 kHz，TR=2 000 ms，NS=8，NECH=4 000。

1.3.9 微观结构分析 鱼肠切成3 mm×3 mm×2 mm小块；用体积分数为2.5%戊二醛于4 ℃固定24 h；去除固定液，用磷酸盐缓冲液(0.2 mol/L，pH 7.2)漂洗3次，15 min/次；去离子水冲洗1 h；50%，70%，90%乙醇梯度洗脱，15 min/次；100%乙醇脱水3次，10 min/次；真空冷冻干燥；离子溅射镀金；扫描电镜观察。

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 大豆分离蛋白对鲢鱼鱼糜的影响

2.1.1 持水性和蒸煮损失 由图1可知，加入SPI后鱼糜持水率增加，蒸煮损失降低。当SPI添加量为6%时，持水率趋于平稳，为90.46%，比空白组(84.14%)增加了7.5%；蒸煮损失也趋于平稳，为9.5%，比对照组(14.29%)降低了33.7%。当SPI添加量增加至9%时，持水率和蒸煮损失的变化均不明显。由于SPI具有吸水性，能使鱼糜的凝胶结构更加紧致；SPI与鱼糜自身的蛋白、糖等相互作用将水分子锁在鱼糜网状结构内[2]，加强对水的吸附能力；SPI的7S伴球蛋白与11S球蛋白中的许多极性基团能与水分子发生水化反应[11]，从而提高了鱼糜的持水性，降低了蒸煮损失。

图1 大豆分离蛋白对鱼糜持水性、蒸煮损失的影响

2.1.2 色泽 由图2可知，随着SPI添加量的增加白度值逐渐下降。由于SPI为淡黄色，在鱼糜重组制品中的添加量不宜过高，否则会影响鱼糜制品的色泽品质。

2.1.3 凝胶强度 由图3可知，鱼糜的凝胶强度随SPI添加量的增加而不断提高。当SPI添加量为6%时，凝胶强度为1 942 g·mm，比对照组(1 145 g·mm)增加了41%；当SPI添加量>6%时，凝胶强度增加较为缓慢。SPI加入到鱼糜中可与盐溶性蛋白及不溶性蛋白在斩拌过程中混合，加热后蛋白分子会展开形成致密稳定的三维网状结构[12]；同时SPI中存在鱼肉内源蛋白酶的抑制因子，能够降低凝胶劣化对鱼糜制品品质的影响，从而提高和改善鱼糜的凝胶特性[13]。

图2 大豆分离蛋白对鱼糜白度的影响

图3 大豆分离蛋白对鱼糜凝胶强度的影响

2.2 木薯淀粉对鲢鱼鱼糜的影响

2.2.1 持水性和蒸煮损失 由图4可知，添加6% SPI后再添加木薯淀粉，鱼糜的持水性先逐渐增大后趋于平稳，蒸煮损失逐渐降低并趋于稳定。当木薯淀粉添加量为9%时，鱼糜持水率为93.75%，比对照组(86.70%)增加了8%；当木薯淀粉添加量>9%时，持水率增加缓慢并趋于平稳，蒸煮损失为8.51%，比对照组(10.20%)降低了16.5%，添加量>9%时，蒸煮损失变化不明显。木薯淀粉与鱼糜混合后，在二段加热过程中受热糊化与水结合形

图4 木薯淀粉对鱼糜持水性、蒸煮损失的影响

成的凝胶充斥在鱼糜的网状结构中，增大了鱼糜的持水性[14]，在蒸煮过程中持水性增强，蒸煮损失降低；木薯淀粉中含有较直链淀粉更多的支链淀粉，能够产生更强的黏性，使鱼糜形成更强的凝胶，充分锁住凝胶网状结构中的水分，增加持水性，降低蒸煮损失。

2.2.2 色泽 由图5可知，添加6% SPI后再添加木薯淀粉，鱼糜的白度值随淀粉添加量的增加而降低，但变化不明显。由于鲢鱼鱼糜本身白度较高，所以木薯淀粉对鱼糜白度值影响较小。但木薯淀粉添加量不宜过高，否则会影响鱼糜制品的口感。

图5 木薯淀粉对鱼糜白度的变化

2.2.3 凝胶强度 由图6可知，鱼糜的凝胶强度随木薯淀粉添加量的增大而增大。当添加量为9%时，凝胶强度为2 910 g·mm，比对照组(1 975 g·mm)增加了47%；当增加到12%时，凝胶强度增加缓慢；故选取木薯淀粉添加量为9%。淀粉在加热过程中糊化与水结合形成凝胶，同时淀粉颗粒填充在鱼糜的蛋白网状结构中能进一步加强凝胶结构；淀粉在斩拌过程中，与水及鱼糜中蛋白形成淀粉—蛋白—水的复合型网状结构，与多糖交联形成更大更复杂的网状结构，从而增强鱼糜的凝胶强度[15]。淀粉的添加能提高鱼糜的凝胶强度，但不宜添加过多，过多

图6 木薯淀粉对鱼糜凝胶强度的影响

会影响口感且凝胶强度降低。Yang等[16]发现，低浓度淀粉比高浓度淀粉能更有效地改善鱼糜的凝胶强度。

2.3 转谷氨酰胺酶对鲢鱼鱼糜的影响

2.3.1 持水性和蒸煮损失 由图7可知，添加6% SPI与9%木薯淀粉后再添加TG，鱼糜的持水率随TG的增加缓慢增加至稳定，蒸煮损失随TG的添加先降低后增加又降低。当TG添加量≥4 U/g·蛋白时，持水率无显著变化(P>0.05)，蒸煮损失在4 U/g·蛋白时达最低。加入TG能催化赖氨酸的ε-氨基和谷氨酸残基上的γ-酰胺基发生转酰胺反应[17]，促进鱼糜蛋白分子之间或分子内的相互交联，对持水性和蒸煮损失有利，但如果加入过量的TG，会使蛋白质分子过度地聚集，破坏鱼糜的凝胶结构，对持水性和蒸煮损失不利[18]。由于TG会使7S与11S大豆分离蛋白发生交联，改变鱼糜蛋白分子的交联程度，故选取最适TG添加量为4 U/g·蛋白。

图7 TG对鱼糜持水性、蒸煮损失的影响

2.3.2 色泽 由图8可知，随着TG的添加，鱼糜的白度值有逐渐下降的趋势，但变化不明显。这可能是TG自身的暗白色改变了鱼糜制品的颜色；也可能是TG促进蛋白分子间相互交联形成了较强的凝胶，改变了鱼糜制品亮度[19]。

图8 TG对鱼糜白度的变化

2.3.3 凝胶强度 由图9可知，添加6% SPI与9%木薯淀粉后，鱼糜的凝胶强度随TG增加逐渐增加并趋于平稳。当TG添加量为4 U/g·蛋白时，鱼糜的凝胶强度为5 195 g·mm，与未添加TG(4 179 g·mm)相比，增加了24%，但当TG添加量超过4 U/g·蛋白时，凝胶强度趋于稳定。TG能促进鱼糜蛋白质分子之间化学键的形成，使凝胶的网状结构更加紧密，但加入过多的TG，可能会使蛋白质分子间过度交联而破坏凝胶的网状结构；随TG的添加，凝胶壁垒减小，转酰胺反应所生产的ε-(γ-谷酰胺)赖氨酸键增多，提高了鱼糜的凝胶强度。故TG添加量在4 U/g·蛋白时最为合适。

图9 TG对鱼糜凝胶强度的影响

2.4 鲢鱼鱼糜T2峰比例变化

由图10可知，鱼糜凝胶的水分存在4个T2区间(T21、T22、T23、T24)，与Møller等[20]研究相符。T21代表了与蛋白质等大分子表面的极性基团以氢键相结合的单层水；T22为与蛋白质中的酰胺基、淀粉纤维中的羟基形成了较小的氢键的水，与T21区间水分相比，其结合程度较低，T21与T22可共同称为结合水；T23为束缚在凝胶网状结构中的水分，是鱼糜凝胶中最主要的水分，约占总水分的90%；T24为凝胶网状结构以外可自由移动的水。

图10 试验组和对照组冻融过程中的横向弛豫时间

Figure 10 Transverse relaxation time during freezing and thawing in the experimental and control group

由表1可知，随冻融循环次数的增加，峰面积A21+A22及A23不断降低，A24增加，说明鱼糜凝胶在冻融循环过程中结合水与束缚水转移成自由水。在冻融循环过程中添加辅料的样品组A21+A22及A23降低缓慢，A24增加缓慢。T23作为鱼糜中含量最多的水分，可显示鱼糜凝胶的持水性能，添加组A23从0次冻融(93.659%)到6次冻融(80.357%)降低了11%，未添加组降低了25%。鱼糜在冻融循环过程中，鱼糜中的肌原纤维蛋白发生变性，所以造成了鱼糜中的结合水以及束缚在凝胶网状结构中的水分转移成自由流动的水。蛋白、淀粉及转谷氨酰胺酶使鱼糜凝胶的网状结构更加致密，且可能会有抗冻作用，故添加组比未添加组效果更好。

表1添加与未添加辅料的鱼糜在冻融循环过程中

Table 1 The change of peak area ratio in freeze-thaw cycle of surimi with or without auxiliary materials%

2.5 鲢鱼鱼糜凝胶的微观结构分析

由图11可知，添加辅料组0次冻融，鱼糜凝胶表面不仅平整、光滑，凝胶孔洞较小，且形成了高度致密的凝胶网状结构；3次冻融后，凝胶孔洞变大，网状结构致密；6次冻融后，凝胶表面不平整，表面的凝胶网状结构被破坏。未添加辅料组在0次冻融时，表面不平整，结构粗糙，为团簇状，未形成完整的网状结构；3次冻融后，表面平整，无明显的网状结构；6次冻融后，表面平整，但形成了小气泡，结构被破坏。添加辅料组在冻融循环过程中，网状结构在第6次冻融循环后被破坏，但仍有致密的网状结构；而未添加辅料组未冻融时的网状结构已杂乱、疏松。SPI、木薯淀粉及TG能捕获更多的游离水，减少水分等物质流失，降低蒸煮过程中的损失，且能够形成致密的凝胶网状结构。鱼糜凝胶的微观结构和峰面积比例的变化验证了上述鱼糜配方优化的可行性。

图11 不同处理条件下鲢鱼鱼糜凝胶微观结构变化

3 结论

试验综合评价了鱼糜食用品质(蒸煮损失、持水性、白度、凝胶强度)，确定了当大豆分离蛋白添加量4%、木薯淀粉添加量9%以及转谷氨酰胺酶添加量4 U/g·蛋白时，可有效地增加鱼糜的持水性，降低蒸煮损失，且不会使鱼糜带有大豆分离蛋白的淡黄色，同时提高了鱼糜的凝胶强度。通过低场核磁共振和扫描电镜验证此配方能保护鱼糜在冻融循环过程中凝胶结构的稳定性。试验为鱼糜重组制品的配方优化提供了新的思路，为工业化生产提供了科学依据。但在此基础上能否以降低成本为目的，对鱼糜制品配方进一步优化，使其达到与目前组合使用时的效果有待进一步研究。