花椒水提物对鳜鱼鱼糜凝胶特性的影响

韦海秋，杨明柳，周迎芹,3，方旭波，陈小娥 ，谢宁宁,3,

（1.浙江海洋大学食品与药学学院，浙江舟山 316022；2.安徽省农业科学院农产品加工研究所，安徽合肥 230031；3.安徽省食品微生物发酵与功能应用工程实验室，安徽合肥 230031；4.浙江国际海运职业技术学院，浙江舟山 316021）

鳜鱼（Siniperca chuatsi），真鲈科，鳜属，是广泛分布于我国各主要江河湖泊的珍贵食用鱼类，肉质丰厚、味道鲜嫩，营养价值高[1]。目前，鳜鱼加工品主要为冷冻鳜鱼和即食臭鳜罐头[2−3]。2020年全国鳜鱼养殖产业链趋于完整，产业发展呈现规模化和标准化[4]，将鳜鱼作为鱼糜的生产原料，可以拓展鳜鱼产品的市场，保证品质，符合未来发展方向。鱼糜是鱼经过清洗、去头、去内脏、斩拌、脱水、热诱导凝胶化、熟化等工序制成的具有弹性凝胶的鱼肉产品[5−6]。鱼糜制品食用方便，集高蛋白、低胆固醇、低脂肪等营养特点于一体[7]，因此深受人们喜爱，是一种很有发展潜力的水产制品。

花椒（Zanthoxylum bungeanumMaxim.）芸香科，花椒属，是重要的药食两用植物。花椒既是一味有较高价值的传统中药[8]，也是一种在食品煮制中的常用调味品，具有增香定麻、除腥去膻的作用[9]。此外，由于宰杀后的原料肉具有较浓的血腥味，在湿法腌制的过程中，通过添加花椒能够去除腥味，抑制异味[10]，去除臭味[11]。周迎芹等[12]采用花椒等香辛料辅助鳜鱼湿淹发酵，与单纯的湿腌发酵相比，添加香辛料辅助发酵后，臭鳜鱼鱼肉出现了较多富含香气的成分，对鱼肉风味提升具有重要作用。因此，花椒通常在水煮、水腌等水溶体系下发挥风味改进的作用。

花椒的主要化学成分有多酚、黄酮、生物碱、酰胺和香豆素等[13]，而多酚为植物中广泛存在的活性成分，具有抗氧化、抗菌、抗过敏、抗过敏等生理功效[14]。研究发现，多酚类物质可以有效提高蛋白质的交联[15−16]，多酚物质的氧化中间产物醌类，能够促进蛋白质中赖氨酸、蛋氨酸和丝氨酸的氧化交联，从而形成稳定的网络结构[17]。植物多酚在食品领域已广泛应用，现有研究表明[18]，添加适宜浓度的绿原酸、咖啡酸和氧化氯原酸、氧化咖啡酸均可提升马鲛鱼鱼糜凝胶特性，程荻等[19]将茶多酚、苹果多酚和葡萄多酚应用于鱼糜制品中，改善了储藏品质，陈媚依等[20]将鹧鸪茶多酚提取物应用于鱼糜制品冷藏保鲜，结果显示该多酚提取物能有效地抑菌，减缓蛋白质和脂肪氧化变质，并保持其色泽稳定。但是，花椒提取物对蛋白凝胶特性影响的研究仍然比较匮乏，未成系统。

目前，花椒提取物对鳜鱼鱼糜凝胶特性的影响鲜有报道。在鱼糜制品中添加花椒提取物，因其含有的多酚、黄酮等成分能有效提高鱼糜凝胶保水性和凝胶强度，同时丰富鱼糜制品的营养成分、增加其功效性。因此，本研究采用水提法制备花椒提取物[21−22]，在鳜鱼鱼糜中加入不同添加量的花椒水提物冻干粉，分析其对鱼糜凝胶的白度值、凝胶强度、持水性、质构（TPA）、蛋白质二级结构和微观结构的影响，旨在为花椒提取物应用于鳜鱼鱼糜凝胶的生产提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜鳜鱼 购于安徽省池州市；食盐、花椒 合肥万科广场永辉超市；塑料肠衣（折径40 mm，直径25 mm） 乐陵市莹源祥食品有限公司。

DHG-9245A电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；JYS-A800绞肉机 九阳股份有限公司；H1750R离心机 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；CR-400色差分析仪 日本Konica Minolta公司；TA.XT Plus质构仪 英国Stable Micro System公司；PD-ICE冷冻干燥机 北京德天佑科技发展有限公司；IS5傅里叶红外光谱仪 日本分光株式会社；SU8010扫描电子显微镜 株式会社日立制作所。

1.2 实验方法

1.2.1 花椒水提物制备 花椒水提物（Zanthoxylum bungeanumaqueous extract，ZBAE）的制备方法，参照文献[23−24]方法并做合理改动。首先，将花椒放置于70 ℃恒温干燥箱中干燥48 h后，室温冷却，随后将花椒搅碎，并按1:10（w/v）的比例加入去离子水，常温浸泡24 h，抽滤后，取液体部分转至旋转蒸发仪（45 ℃、90 r/min）进行浓缩，并于−40 ℃冷冻干燥成ZBAE粉末，−20 ℃保存备用。

1.2.2 鱼糜凝胶制备 鱼糜凝胶的制备过程参照Liang等[25]文献的报道并做合理改动。将新鲜鳜鱼头、尾和内脏去除，取鱼肉，用水清洗后，放入4 ℃预冷的蒸馏水中漂洗2次，取出沥干水，切成小块（2 cm×2 cm×2 cm），放入绞肉机中先低速搅碎30 s，再加入鱼肉重量2.5%的氯化钠，高速搅碎30 s；随后，分别加入0%、0.125%、0.25%、0.5%、1%（按鱼糜质量计算）的花椒水提物冻干粉，高速搅30 s，充分混匀；搅拌过程的温度控制在4～10 ℃；将鱼糜灌入折径为40 mm，直径为25 mm的塑料肠衣中，鱼肠长度为25 cm左右，放置于4 ℃冰箱，使其平衡4 h。之后，采用两段水浴加热方式进行热诱导，即40 ℃加热30 min使鱼糜凝胶化后，立即转入90 ℃水浴加热30 min使其熟化，加热结束后转至冰水中冷却30 min制备出鱼糜凝胶，放置于4 ℃保存，于48 h内完成指标测定。添加量为0%时，为对照组。

1.2.3 持水性测定 参考Yi等[26]方法，称取5 g鱼糜凝胶（m1，g），置于3层滤纸间包裹好，放入50 mL的离心管中，置于离心机中离心（6000×g，4 ℃）10 min，离心后准确称质量（m2，g）。持水性按式（1）计算：

1.2.4 凝胶强度测定 参照Balange等[27]方法将热诱导蛋白凝胶样品切成直径和厚度均为25 mm的圆柱体，放在质构仪上测定凝胶强度，采用球形探头（P/0.5S），使用TA.XT Plus质构仪测定。具体参数设定：触发类型Auto（Force），触发力5.0 g，测试前速度2.0 mm/s，测试中速度5.0 mm/s，测试后速度2.0 mm/s，变形量20 mm。

1.2.5 质构特性分析 参照杨明柳等[28]的方法，将热诱导蛋白凝胶样品在室温下平衡1 h，将其切成1.5 cm高的圆柱体，放在质构仪上测定硬度、弹性、内聚性、胶着性、咀嚼性、回弹性，使用直径35 mm的圆柱形探头（p/50）。要求：测试前速率1.0 mm/s，穿刺中速率5.0 mm/s，测试后速率5.0 mm/s。

1.2.6 白度测定 参考翟璐等[29]的方法，取出4 ℃存放的鱼糜凝胶样品室温下平衡1 h，切成高为1 cm左右的圆柱体。使用手持式色差仪测定鱼糜凝胶切面的L*（亮度）、a*（红/绿色）、b*（黄/蓝色）值。按式（2）计算。

1.2.7 鱼糜凝胶蛋白结构分析 参考Guan等[30]的方法。将鳜鱼鱼糜凝胶样品冷冻干燥，称取各组试样与溴化钾（比例1:100）混合压成透明薄片，将样品放入红外光谱仪中测试（600～4000 cm−1）。

1.2.8 扫描电子显微镜观察 参考周绪霞等[31]的方法取适量鱼糜凝胶切成1 mm3的小块，于4 ℃下用2.5%戊二醛固定24 h，用磷酸缓冲液（0.1 mol/L，pH7.0）漂洗15 min，重复3次；依次用体积分数30%、50%、70%、80%和90%的乙醇溶液梯度进行脱水15 min，最后用无水乙醇脱水30 min。临界点干燥，贴样、喷金后用扫描电镜观察。采用图像分析软件Image J及其插件Fractal Box Count插件测量分形维数对扫描电镜图片进行处理。对扫描电镜图片进行分析前，先对扫描电镜图片进行阈值化和二值化处理。分形维数Df和孔数量、孔隙率参考Zhang等[32]的方法，按式（3）、（4）进行计算。

式中：ε表示尺度；Nε表示一定尺度下含有目标像素的盒子数；D表示直线斜率；Df表示分形维数。

1.2.9 感官评定 将各组鳜鱼鱼糜凝胶切片（5 mm厚），置于一次性塑料盘中，室温平衡30 min后由10名食品专业学生组成评定小组，主要对色泽、气味、组织状态和表观特征进行评判，每项指标的得分及评定标准见表1[33]。

表1 感官评定标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of mandarin fish surimi

1.3 数据处理

采用SPSS软件进行数据处理，用Duncan进行多重比较（P<0.05差异显著性），采用PS，Origin Pro 16.0软件绘图，每组实验重复3次，实验数据以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 ZBAE的添加量对鳜鱼鱼糜凝胶持水性的影响

持水性能够反映蛋白质的结合水能力，可以直观评价鱼糜凝胶的质量和品质，不同添加量的ZBAE对鱼糜凝胶持水性的影响如图1所示。随着ZBAE添加量的增加，鱼糜凝胶的持水性呈现先升高后降低的变化趋势。当ZBAE添加量为0.125%和0.25%时，鱼糜凝胶持水性显著性升高（P<0.05），推测可能是ZBAE中的多酚含有丰富的活性羟基，能够与鱼糜蛋白较好的结合，截留更多水分，这与程荻等[19]的研究结果一致。当ZBAE添加量大于0.25%时，鱼糜凝胶的持水性逐渐降低，这可能是ZBAE与鱼糜蛋白分子间相互作用，高浓度的多酚与鱼糜蛋白过度结合，破坏蛋白质空间结构及造成鱼糜蛋白网络结构不稳定，水的束缚能力减弱[34]，与此类似，高添加量的没食子酸对鱼糜凝胶有不利影响，持水性降低[35]。且过量的ZBAE也可能引起不良沉淀聚集[36]，导致凝胶网络松散，体系的持水性下降。

图1 ZBAE添加量对鳜鱼鱼糜凝胶持水性的影响Fig.1 Effect of ZBAE addition on water holdability of surimi gel of mandarin fish

2.2 ZBAE的添加量对鳜鱼鱼糜凝胶强度的影响

凝胶强度是鱼糜凝胶的重要品质指标，凝胶强度定义为破断力与凹陷距离的乘积，在一定范围内，蛋白质网络结构越致密，凝胶强度就越大[37]。由图2可知，与对照组相比，添加ZBAE能不同程度增强鳜鱼鱼糜凝胶强度。随着添加量的增加，鱼糜凝胶的凝胶强度呈现先上升后下降的变化趋势。当添加量为0.25%时，凝胶强度达到最大值1364 g·cm，比对照组增加61%。这可能是ZBAE中的多酚物质与鱼糜蛋白相互作用，促使鱼糜形成相对致密的凝胶网络结构[38−39]，增强鱼糜凝胶强度。有文献报道，多酚-蛋白质复合物能够填充鱼糜凝胶网状结构的空隙，形成致密而稳定的三维网状结构，使不易流动水更容易被捕获，游离水的转移减少，持水性能增加，产生强化的凝胶强度值[40]。持水性与凝胶强度变化规律一致，这与文献[41−42]报道一致。但是，当ZBAE添加量大于0.25%，鱼糜凝胶的凝胶强度下降，这可能是由于过多的ZBAE自我聚集导致蛋白质交联能力下降，不利于鱼糜凝胶网络结构的形成，使得鱼糜的凝胶强度下降[43]。

图2 ZBAE添加量对鳜鱼鱼糜凝胶强度的影响Fig.2 Effect of ZBAE addition on gel strength of surimi of mandarin fish

2.3 ZBAE的添加量对鳜鱼鱼糜凝胶质构（TPA）的影响

质构特性是鱼糜凝胶品质的重要参数，能间接反映出蛋白基质的结构完整性及与其他成分相结合的状态。由表2可知，添加ZBAE后鱼糜凝胶的硬度、弹性和胶着性，都呈现先增加后减小的趋势，且均在添加量为0.25%时达到最大值，分别为13155.03 g、0.910%、8480.584 g，较对照组分别提高了6.927%、1.568%、7.933%。这与凝胶强度指标变化趋势结果一致。这些结果可能是ZBAE中含有的花椒多酚与巯基发生非二硫共价交联，生成蛋白质-硫-多酚-硫-蛋白质交联物，在蛋白质分子间起连接作用，增强了蛋白质间的聚合[44]，从而提高鱼糜凝胶强度、硬度、弹性和胶着性。有研究指出，低浓度多酚能够增强鱼糜凝胶的疏水相互作用，有利于鱼糜蛋白质的凝胶化[45]；随着ZBAE继续增加时，鱼糜凝胶的硬度、弹性和胶着性随之下降，这可能是ZBAE中过量多酚使蛋白质发生疏水性聚集，并且过剩的多酚物质屏蔽鱼糜蛋白中的巯基、氨基等反应性官能团，阻碍蛋白之间的交联，使鱼糜凝胶蛋白网络结构变得无序、松散，由此降低鱼糜凝胶的质构特性[46]。此外，该鱼糜凝胶的内聚性、咀嚼性和回弹性分别在ZBAE添加量为0.5%、1.0%、1.0%达到最大值，这些指标可以反映食物保持完整的性质，表明鱼糜凝胶在添加ZBAE后呈较稳定状态。

表2 ZBAE添加量对鳜鱼鱼糜凝胶质构的影响Table 2 Effect of ZBAE addition on the gel texture of mandarin fish surimi

2.4 ZBAE的添加量对鳜鱼鱼糜白度的影响

不同添加量ZBAE对鱼糜凝胶白度的影响如图3所示。添加ZBAE后，与空白组相比，鱼糜凝胶的白度值在低添加量（0.125%）时升高，随着ZBAE质量分数的增加而逐渐降低，ZBAE的添加降低了鱼糜凝胶的白度，这与水提物自身的颜色呈现淡红棕色有关，也可能是添加了ZBAE后，ZBAE中的多酚类化合物自身氧化从而导致鱼糜凝胶颜色加重，白度降低。白度是鱼糜制品的主要指标之一，因此ZBAE的添加量不宜太高。白度与前面三项指标变化规律不一致，这与已有文献相同[47]。

图3 ZBAE添加量对鳜鱼鱼糜凝胶白度的影响Fig.3 Effect of ZBAE addition on gel whiteness of surimi of mandarin fish

2.5 鱼糜凝胶蛋白结构分析

图4中凝胶样品的特征吸收峰位置几乎没有变化，每个样品的特征吸收峰均在3272、2925、1633、1519、1392、1234 cm−1左右，说明ZBAE的添加引起特征吸收峰的红移或蓝移的程度微小。其中，1651～1660、1600～1640、1661～1700和1641～1650 cm−1处分别为α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲4种空间构象的波段。由图5可知，相较于对照组，添加ZBAE（0.125%、0.25%、0.5%和1%）后，鱼糜凝胶蛋白的α-螺旋结构的含量分别增加3.64%、6.73%、4.31%和1.14%，β-折叠结构分别增加2.91%、1.65%、1.27%和1.41%，β-转角结构分别降低60.12%、59.38%、44.17%和26.32%，无规则卷曲的相对含量分别增加2.59%、2.71%、2.42%和1.17%；α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲的相对含量呈先上升后下降的趋势，而β-转角则相反。这与汲晨洋等[48]研究的添加紫菜粉后的凝胶蛋白质二级结构变化结果相似。结合上述分析结果，持水性和凝胶强度在ZBAE添加量0.25%时均达到峰值，说明α-螺旋和β-折叠结构的相对含量与持水性和凝胶强度存在一定相关性。随着ZBAE添加量的增加（0.25%～1%），α-螺旋和β-折叠含量的增加量变低，可能是过量的添加ZBAE会阻碍凝胶蛋白的聚集，凝胶结构变得松散以至于水分子无法留在凝胶网络结构的孔隙中，导致高添加量的ZBAE样品凝胶强度、持水性较低。

图4 鳜鱼鱼糜凝胶蛋白的红外光谱分析Fig.4 Infrared spectrum analysis of gel protein of surimi of mandarin fish

图5 ZBAE添加量对蛋白质二级结构含量的变化Fig.5 Changes of ZBAE supplemental level on protein secondary structure content

2.6 扫描电子显微镜分析

不同添加量的ZBAE对微观结构的影响如图6所示，分形维数表示的是鱼糜凝胶中蛋白质的聚集程度，分形维数越大，表示蛋白质聚集度越大[49]，随着ZBAE的含量从0%增加到0.25%，分形维数从2.797增加到2.839，且当ZBAE添加量为0.25%时，鱼糜凝胶样品的孔径最为致密且表面光滑，据推测可能是由于ZBAE中的多酚与蛋白质生成共价键，起到“架桥”作用，增强蛋白质分子间的交联，从而导致鱼糜凝胶表面孔径变小，形成有序且致密的网状结构。这与王育信[50]在鱼糜中分别添加0.3%间苯三酚和1%褐藻多酚提取物使得鱼糜凝胶结构更为致密光滑研究结果一致。研究表明，鱼糜蛋白的交联与凝胶强度和硬度有关，凝胶网络越细密紧致，凝胶硬度越大[51]。此外，鱼糜蛋白网络结构越致密越能捕获更多的水分子，从而使鱼糜凝胶具有更高的弹性和持水性。从微观图6C和图6H可看出，ZBAE添加量为0.25%时，鱼糜的微观结构最为致密，鱼糜凝胶的强度、持水性、硬度和弹性最好，与前面的试验结果一致。随着ZBAE添加量继续增加，鱼糜凝胶结构表面呈粗糙且凹凸不平等现象。表3显示，在添加量大于0.25%后，孔隙率和孔数量逐渐下降，这表明鱼糜凝胶表面孔洞大小不均，孔径变大，这可能是由于较多的多酚物质阻碍了蛋白质的结合，从而使蛋白结构变得松散无序，分布不均匀，空隙增大。这与前面硬度、弹性和胶着性等质构参数下降结果一致。

图6 鳜鱼鱼糜凝胶微观结构图（40000×）Fig.6 Microstructures of mandarin fish surimi gel with different ZBAE concentrations (40000×)

表3 不同ZBAE添加量的鱼糜凝胶的分形维数、孔隙率和孔数量Table 3 Fractal dimension, porosity and number of pores of surimi gel with different ZBAE addition levels

2.7 ZBAE添加量对鳜鱼鱼糜凝胶感官品质的影响

由表4可以看出，不同ZBAE添加量对鳜鱼鱼糜凝胶感官影响显著（P<0.05），随着ZBAE添加量的增加，色泽、气味、组织形态均呈先上升后下降的趋势并分别在添加量0.125%、0.25%、0.25%处达到最大值。当ZBAE添加量为0.125%时，感官质量总分最高，此时鳜鱼鱼糜凝胶切面结构紧密、无气孔，表面有光泽，带有鳜鱼和花椒特有风味，口感比较细腻；ZBAE添加量为0.25%时，气味和组织形态表现为最佳；添加量为0.5%或更高时，由于ZBAE呈红棕色，随着添加量的增加，鱼糜凝胶白度值降低，在感官上色泽分值会降低，还可能是因ZBAE含量过多会破坏蛋白凝胶结构或ZBAE中的活性羟基竞争水分引起组织形态、表观特征品质下降，即产品各项指标呈现劣化趋势。结合各指标评分情况综合考虑，低添加量（<0.25%）ZBAE对鱼糜凝胶组织状态有明显作用，可改善肉质紧实程度，提高鱼糜凝胶感官品质。

表4 ZBAE添加量对鳜鱼鱼糜凝胶感官品质的影响（分）Table 4 Effect of ZBAE addition on sensory quality of mandarin fish surimi gel (scores)

3 结论

在鳜鱼鱼糜中添加适量的ZBAE，兼有鳜鱼和花椒独特风味，同时添加ZBAE对鱼糜制品的持水性、凝胶强度、TPA以及白度值指标均有一定程度的影响。添加0.25% ZBAE明显增加了鱼糜的凝胶特性，鱼糜凝胶的硬度、弹性和胶着性均达到最大值，分别为13155.03 g、0.910%和8480.584 g。傅里叶红外光谱结果显示，与空白组相比，添加ZBAE有利于保留鱼糜凝胶中α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲结构，增强凝胶截留水分子的能力。扫描电镜结果显示，添加0.25% ZBAE形成的鱼糜凝胶样品孔径最为致密，表面平整光滑。但过量添加ZBAE，会阻碍蛋白质结合，引起凝胶强度下降。综合考虑，添加0.25%的ZBAE能够改善鱼糜制品品质，为丰富鱼糜制品加工提供理论依据。