I型和K型卡拉胶对鱼糜TG酶凝胶的性质影响

罗璨，陈超，姜泽东，伍凌，倪辉，*，李清彪

（1.集美大学食品与生物工程学院，福建厦门361021；2.福建省食品微生物与酶工程重点实验室，福建厦门361021；3.厦门市食品生物工程技术研究中心，福建厦门361021；4.福建省安井食品有限公司，福建厦门361021）

鱼糜制品，因营养丰富且食用方便，而深受消费者喜爱。传统鱼糜产品包括鱼香肠、棒状蟹肉、模拟虾肉、鱼糕、竹轮等[1-3]。近年来，随着人们生活水平提高及科技进步，在传统鱼糜产品的基础上，二次成型鱼糜逐渐成为鱼糜新产品研发热点。目前，二次成型鱼糜制品的生产方法是通过螺杆挤压提高鱼糜蛋白的质感，再进行调味和二次形态加工，最终制成形态、组织性能和风味各异的产品。但是，螺杆挤压会导致鱼糜凝胶强度及弹性显著降低。针对该情况，有关学者提出在鱼糜凝胶阶段进行湿法初次成型，从而代替螺杆挤压制备纤维或其他形态的鱼糜，再进行调味及二次成型加工。采用该方法进行二次鱼糜产品加工，不仅凝胶阶段的白度和持水性对最终鱼糜产品的颜色和口感具有重要影响[4-7]，而且要求鱼糜在凝胶阶段具有较高凝胶强度硬度和胶着性，同时需要较低的黏聚性，以便提高加工的可操作性及形态的完整性，从而提高最终二次成型产品形态[2-4]。

鱼糜产品生产的关键生物化学反应是谷氨酸（Gln）残基 γ-羧基酰胺基和赖氨酸（Lys）残基 ε-氨基形成酰胺键，从而形成蛋白质凝胶。相关研究表明，在鱼糜制品中添加谷氨酰胺转氨酶（glutamine transaminase，TGase）可以催化谷氨酸（Gln）残基 γ-羧基酰胺基与赖氨酸（Lys）残基ε-氨基发生交联，促进分子内或分子间产生ε-（γ-Glu）-Lys架桥黏结，使肌球蛋白重链（promote myosin heavy chain，MHC）互相交联而提高凝胶强度。此外，人们还发现卡拉胶多糖与鱼糜中的盐溶性蛋白可通过静电相互作用、氢键和共价键等连接作用形成卡拉胶鱼糜复合凝胶，从而改善鱼糜制品的品质[8-13]。因此，TG酶和卡拉胶是两种常用提高鱼糜制品质量的方法。

卡拉胶又称为鹿角菜胶或角叉菜胶，是1，3-α-D-吡喃半乳糖和1，4-β-D-吡喃半乳糖为基本骨架交替连接而成的线性多糖；根据分子结构和性质的不同可分成 Kappa（K 型）、Iota（I型）、Ramota（λ型）等类别[14-15]。目前，商品的卡拉胶主要是K型和I型卡拉胶，λ型卡拉胶尚未商业化生产。黄金发[16]发现卡拉胶能显著增大鱼糜体系的弹性模量及粘结性；陈海华等[17]发现卡拉胶可与竹荚鱼鱼糜形成均匀、致密的凝胶。有学者发现I型卡拉胶鱼糜复合凝胶中的流变特性不仅与卡拉胶的流变和水动力特性相关，还取决于它们的链状或球状结构形式[18-19]。因此，卡拉胶是鱼糜制品中常用的品质改良剂[17，20-22]。目前，I型卡拉胶和K型卡拉胶对鱼糜凝胶加工性能的影响研究还很不充分，尤其是卡拉胶对鱼糜TG酶辅助凝胶的性质影响尚未进行深入研究[23-24]。

白鲢鱼（Hypophthalmichthys molitrix）是我国传统养殖的“四大家鱼”之一，在淡水养殖鱼类中产量位居第二，占淡水鱼总产量的15%～20%，其含有大量细刺、食用价值低，是我国生产鱼糜制品的一种主要加工原料。本文以白鲢鱼糜为对象，对比分析I型和K型卡拉胶对白鲢鱼糜TG酶辅助凝胶性能的影响，为合理应用工业化生产的卡拉胶与TG酶联合作用提高鱼糜制品，尤其是二次成型鱼糜产品的质量提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

AA级白鲢鱼糜：福建省安井食品有限公司。复合磷酸盐（焦磷酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠质量比1 ∶1∶1）、食盐、TG-1增强型谷氨酰胺转氨酶（120U/g）、聚偏二氯乙烯肠衣：青瑞食品有限公司。

1.2 主要仪器设备

ESJ205-4型电子天平、HWSY型电热恒温水浴锅、WSB-V1型智能白度测定仪、TP-110型灌肠器：杭州大吉光电仪器有限公司；TA-XT Plus型质构仪：英国Stable Micro System公司；Sigma-18k高速冷冻离心机：德国Sigma公司；高速打浆机（1 600 r/min）：福建省安井食品有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 鱼糜样品制备

将冻结的AA级鲢鱼浆从冷库中取出，放4℃冰箱中平衡12 h，取出480 g，加入到鱼糜打浆机中，再加入质量比1∶1∶1的复合磷酸盐0.6 g、食盐12 g、TG酶0.6 g，空擂40 s；再加入鱼浆质量 2%的 NaCl，盐擂1.5 min后加入60 g冰水继续盐擂1 min，立刻进行调味擂。调味擂是在盐擂后加入TG酶0.6 g，再分别加入K型卡拉胶（K组）或I型卡拉胶（I组）0.6 g，擂溃30 s，加入60 g冰水继续擂溃1 min进行灌肠；参考严菁[25]的方法43℃水浴加热20 min进行凝胶，制得凝胶鱼糜；样品用碎冰快速冷却后放在4℃平衡12 h备用。

1.3.2 凝胶强度的测定

将置于4℃条件下的鱼糜切成2.5 cm高的圆柱体，使用直径5 mm球形探头（P/5S）在质构仪上测定破断力和破断距离[18]。质构仪设置为压缩测试模式，测试前速度为3 mm/s，下压速度为1.0 mm/s，回复速度为3 mm/s，变形为15 mm，感应力为5 g。凝胶强度为破断力与破断距离的乘积。

1.3.3 白度的测定

将制作的鱼糜样品切为5 mm厚，10 mm直径的圆柱形，放入WSB-V1型智能白度测定仪中测量，每个样品测3个平行数值。

1.3.4 持水性的测定

参考黄玉平等[26]方法，称量5 g左右块状鱼糜，用3层滤纸包裹放入离心管中，在4℃、5 000 r/min的条件下离心15 min，根据离心前后样品质量计算鱼糜凝胶持水性。

式中：W1为离心前鱼糜凝胶质量，g；W2为离心后鱼糜凝胶质量，g。

1.3.5 质构（texture profile analysis，TPA）的测定

将鱼肉凝胶分切成直径20 mm、高10 mm的圆柱体试样。选用质构仪TPA模型进行分析，压缩探头为不锈钢P/36R圆柱形，设定为触发类型Button，测试速率为1.00 mm/s，返回速率为1.00 mm/s，下压距离为4.00 mm，二次压缩间的停留时间为5 s。测试参数包括：硬度、黏聚性、胶着性、弹性、咀嚼性、黏性。

1.4 数据统计与分析

鱼糜白度和持水性测定至少进行3次平行试验，凝胶强度和TPA数据每组至少做5个平行结果。用Microsoft Excel 2003计算平均值，采用SPSS 17.0软件和Microsoft Excel 2003进行单因素方差分析（one-way ANOVA），用Duncan多重检验分析显著性（P<0.05）。

2 结果与讨论

2.1 I/K型卡拉胶对白鲢鱼糜TG酶凝胶的强度的影响

I/K型卡拉胶对白鲢鱼糜TG酶凝胶的强度的影响见图1。

图1 I/K型卡拉胶对白鲢鱼糜TG酶凝胶的强度影响Fig.1 Effects of I/K-carrageenans on gel strength of silver carp surimi at TGase gelation phase

对于鱼糜TG凝胶，I型卡拉组的凝胶强度显著大于K型卡拉胶组和对照组，但K型卡拉胶组与对照组无显著差异。以上结果说明加入I型卡拉胶可增加鱼糜TG酶凝胶的凝胶强度，而K型卡拉胶却没有这种效果。K和I卡拉胶的硫酸盐基团数量及位置具有不同，其中K型卡拉胶在1，3-α-D-吡喃半乳糖（G）的O-4处有一个硫酸盐基团，而I型卡拉胶在1，4-β-D-吡喃半乳糖（AG）的O-2处有一个额外的硫酸盐基团。它们的凝胶特性也具有差异，其中K型卡拉胶凝胶是大量双螺旋聚集而成团聚体，形成的是刚性粗网络结构；而I型卡拉胶形成较少或没有团聚体的细网络凝胶网络[27-28]。此外，研究者还发现I型卡拉胶与K型卡拉胶在鱼糜体系的分配形式存在差异[19，29]。因此，本文发现I型卡拉胶和K型卡拉胶对白鲢鱼糜TG酶凝胶的强度具有不同影响，这可能是由于I型卡拉胶和K型卡拉胶与鱼糜凝胶作用方式和在鱼糜中分配方式不同所导致，I型卡拉胶没有形成双螺旋团聚体，有利于鱼糜蛋白质中的氨基与I卡拉胶的硫酸基团发生静电相互作用[13，29]而加固凝胶骨架；K型卡拉胶形成双螺团聚体，阻碍了硫酸基团与鱼糜蛋白质氨基发生交互作用。

2.2 I/K型卡拉胶对白鲢鱼糜TG酶凝胶白度的影响

I/K型卡拉胶对白鲢鱼糜TG酶凝胶白度的影响见图2。

图2 I型和K型卡拉胶对白鲢鱼糜TG酶凝胶白度的影响Fig.2 Effects of I/K-carrageenans on whiteness of silver carp surimi at TGase gelation phase

如图2所示，I型卡拉胶组白度大于K型卡拉胶组；且I型卡拉胶组和K型卡拉胶组，白度都大于对照组。相关研究表明鱼糜蛋白在凝胶过程中形成孔洞，卡拉胶在鱼糜凝胶形成过程充填了蛋白质凝胶间的孔洞，导致凝胶的层次增加，使得反射的光增强，因此白度增加[9-10]。I型卡拉胶组白度大于K型卡拉胶组，其原因可能是I型卡拉胶与K型卡拉胶的结构细微差异，导致其引起鱼糜凝胶层次增加的差异。I型卡拉胶没有形成双螺旋团聚体[27-28]，有利于充填到鱼糜凝胶网状结构中；K型卡拉胶形成双螺团聚体[27-28]，阻碍了其均匀充填到鱼糜网状结构中。

2.3 I/K型卡拉胶对白鲢鱼糜TG酶凝胶持水性的影响

I/K型卡拉胶对白鲢鱼糜TG酶凝胶持水性的影响见图3。

图3 I型和K型卡拉胶对白鲢鱼糜TG酶凝胶持水性的影响Fig.3 Effects of I/K-carrageenans on water holding capability of silver carp surimi at TGase gelation phase

目前，鱼糜工业生产中卡拉胶的添加量为0.1%左右，本研究在鱼糜中分别添加0.1%的I型和K型卡拉胶，分析其对白鲢白鲢鱼糜TG酶凝胶持水性的影响。由图3可知，I型卡拉胶组、K型卡拉胶组和对照组鱼糜在凝胶阶段的持水性均无显著差异。该结果与Montero等[29]关于K型卡拉胶对凝胶后熟化阶段的蛋白质凝胶持水性没有显著性影响的结果相似；但与Pérez-Mateos等[19]指出在鱼糜体系中添加0.5%～4%I型卡拉胶可增加持水性不一致，其原因可能是Pérez-Mateos等[19]研究中的添加量远远高于本研究中卡拉胶添加量所导致。也许进一步提高卡拉胶的添加量可能获得Pérez-Mateos等[19]相似的结果，但是进一步提高添加量不符合工业应用实际情况。

2.4 I/K型卡拉胶对白鲢鱼糜TG酶凝胶TPA的影响

I型和K型卡拉胶对白鲢鱼糜TG酶凝胶TPA的影响见表1。

表1 I型和K型卡拉胶对白鲢鱼糜TG酶凝胶TPA的影响Table 1 Effects of I/K-carrageenans on TPA of silver carp surimi at TGase gelation phase

如表1所示，I型卡拉胶组硬度、胶着性、咀嚼性显著高于K型卡拉胶组和对照组，而黏性、弹性和黏聚性与K型卡拉胶组及对照组无显著性差异；此外，K型卡拉胶组和对照组的所有TPA指标都没有显著差异。相关文献报道的I型卡拉胶与K型卡拉胶凝胶结构方面的差异[27-28]，该结果进一步说明两种卡拉胶凝胶结构的差异对白鲢鱼糜TG酶凝胶的TPA具有显著影响。

3 结论

通过对比研究K型卡拉胶和I型卡拉胶对白鲢鱼糜TG酶凝胶的凝胶强度、白度、持水性和TPA的影响，发现I型卡拉胶可显著增加白鲢鱼糜TG酶凝胶的凝胶强度、白度、硬度、胶着性和咀嚼性，而添加K型卡拉胶对白鲢鱼糜TG酶凝胶的强度、白度和TPA没有显著影响。该结果说明，I型卡拉胶可显著提高白鲢鱼糜TG酶凝胶的加工性质，而K型卡拉胶不能提高白鲢鱼糜TG酶凝胶性质，为提高鱼糜产品尤其是二次成型的鱼糜产品的质量提供了重要的参考信息。