低酯果胶和玉米淀粉对泥鳅肌原纤维蛋白凝胶特性的影响

任圆圆 何俊叶 刘成 王思瑶 孙朋朋

摘要：该研究旨在探讨外源添加物对肌原纤维蛋白凝胶特性的影响，以改善淡水鱼糜的性能。将泥鳅肌原纤维蛋白与不同含量（0%～25%）的低酯果胶和玉米淀粉混合制备复合胶，采用质构仪、色差分析仪、扫描电子显微镜和红外光谱仪对其性能进行研究。结果表明，加入低酯果胶后，凝胶硬度、强度和持水力显著升高，蒸煮损失显著降低；添加玉米淀粉后，凝胶强度和持水力显著提高。同时，低酯果胶添加量和玉米淀粉添加量分别为25%和10%时，凝胶网络结构最紧凑有序。红外结果显示，添加低酯果胶和玉米淀粉能促进热凝胶过程中β-折叠结构的形成。该研究结果可为泥鳅鱼糜的加工提供理论指导。

关键词：泥鳅；肌原纤维蛋白；凝胶；低酯果胶；玉米淀粉

中图分类号：TS254.1      文献标志码：A     文章编号：1000-9973（2024）04-0060-06

Effects of Low-Ester Pectin and Corn Starch on Gel Properties

of Myofibrillar Protein of Loach

REN Yuan-yuan， HE Jun-ye， LIU Cheng， WANG Si-yao， SUN Peng-peng*

（College of Life Science， Yangtze University， Jingzhou 434025， China）

Abstract： The aim of this study is to investigate the effect of exogenous additives on the gel properties of myofibrillar protein， in order to improve the properties of freshwater surimi.The myofibrillar protein of loach is mixed with different content （0%～25%） of low-ester pectin and corn starch to prepare composite gel.The properties of composite gel are studied by texture analyzer， color difference analyzer， scanning electron microscope and infrared spectrometer. The results show that after adding low-ester pectin， the gel hardness， strength and water holding capacity significantly increase， and the cooking loss significantly decreases; after adding corn starch， the gel strength and water holding capacity significantly increase. At the same time， the gel network structure is the most compact and orderly when the addition amount of low-ester pectin and corn starch is 25% and 10% respectively. The infrared spectra results show that the addition of low-ester pectin and corn starch could promote the formation of  β-fold structure in thermal gel process. The research results can provide theoretical guidance for the processing of loach surimi.

Key words： loach; myofibrillar protein; gel; low-ester pectin; corn starch

收稿日期：2023-10-09

基金項目：天津市自然科学基金重点项目（16JCZDJC34100）；食品营养与安全国家重点实验室开放课题（SKLFNS-KF-202108）；长江大学2022年度大学生创新创业训练计划项目（Yz2022233）

作者简介：任圆圆（1991—），女，讲师，博士，研究方向：动植物资源开发及综合利用。

*通信作者：孙朋朋（1994—），男，讲师，硕士，研究方向：动植物资源开发及综合利用。

鱼糜是一种以鱼类或其他肉类为原料，加入一定添加剂制成的复合凝胶，在水产品行业中发挥着重要作用[1]。随着人们对高蛋白、低脂肪健康食品的追求，对鱼糜的需求也越来越大。鱼糜制品的凝胶形成过程主要是通过盐溶性肌原纤维蛋白结构的展开，然后通过包括共价或非共价键在内的分子间作用力的聚集[2]。泥鳅广泛养殖于东南亚地区，是一种高蛋白、低脂肪的淡水鱼，富含优质蛋白质和多不饱和脂肪酸，具有一定的医疗保健功能，有“水中人参”的美誉[3-4]。因此，以泥鳅作为水产品加工对象符合消费者的需求。但目前对于泥鳅凝胶性能的研究相对较少，且泥鳅肌原纤维蛋白的凝胶性能不强[5]，所以改善其凝胶特性对泥鳅鱼糜的生产具有重要意义。目前，许多外源添加物被加入到鱼糜制品中以改善其凝胶性能[6]，研究表明，肌原纤维蛋白与带电荷的多糖主要通过静电相互作用或分子间联结的方式发生络合，可以改善鱼糜的凝胶性质[7]。淀粉作为一种水黏结剂，由于其特殊的功能特性和低廉的成本，是理想的选择[8]。此外，低酯果胶具有优异的凝胶能力和乳化稳定性[9]。许多学者研究了添加木薯淀粉、大米淀粉、改性淀粉、魔芋葡聚糖等多糖对鲢鱼、草鱼、罗非鱼等鱼类凝胶性质的影响[10-11]，但目前还没有关于玉米淀粉和低酯果胶对泥鳅鱼糜凝胶性质的影响的报道。因此，本研究旨在探讨低酯果胶和玉米淀粉对泥鳅肌原纤维蛋白凝胶性质的影响，包括凝胶的硬度、弹性、强度、白度、持水力、微观结构和二级结构，为改善鱼糜产品的凝胶性能提供新的方法。

1 材料与方法

1.1 实验材料和试剂

泥鳅（长约20 cm，重约60 g）：购于长江大学水产市场；低酯果胶（酯化度：34%；总半乳糖醛酸：80%）：武汉拉那白医药化工有限公司；玉米淀粉（水分含量：13.4%）：海宁枫园食品有限公司；溴化钾（光谱纯）：上海麦克林生化科技有限公司；标准牛血清白蛋白、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、Triton X-100等相关试剂：均为分析纯。

1.2 实验方法

1.2.1 泥鳅肌原纤维蛋白的提取

将新鲜泥鳅去除头、尾、内脏、皮、刺后，洗净晾干，得到泥鳅肉，然后按1∶4（质量与体积比）的比例加入0.02 mol/L（pH 7.5）磷酸盐缓冲液（含0.01 mol/L Na2HPO4·12H2O、0.01 mol/L NaH2PO4·2H2O、0.1 mol/L Triton X-100）。高速均质3 min，然后离心15 min（10 000×g，4 ℃）并收集沉淀。上述步骤重复2次，合并所有沉淀。沉淀与预冷溶液（0.1 mol/L NaCl）按1∶4（质量与体积比）的比例混合，均质3 min后用双层纱布过滤，然后将滤液离心15 min（10 000×g，4 ℃），收集沉淀。以上步骤重复2次，收集的沉淀为泥鳅肌原纤维蛋白，于4 ℃保存2 d备用。

1.2.2 复合凝胶的制备

采用双缩脲法测定泥鳅肌原纤维蛋白含量。用0.6 mol/L NaCl溶液将肌原纤维蛋白溶液的浓度调至70 mg/mL后，分别按0%、5%、10%、15%、20%、25%（以肌原纤维蛋白含量计）加入低酯果胶和玉米淀粉。搅拌均匀后，于40 ℃加热60 min，然后于90 ℃加热30 min，于4 ℃保存过夜后冷却至室温，得到复合凝胶。

1.2.3 凝胶硬度、弹性和强度的测定

将样品切成尺寸均匀的圆柱体（Φ30 mm×10 mm），用质构分析仪测定其硬度、弹性和强度。采用P/0.5探针，速度为30 mm/min，初始高度为11 mm，压力比为30%，触发力为0.1 g。每次测量重复3次。凝胶强度=破裂力×变形。

1.2.4 凝胶蒸煮损失的测定

样品原质量记为M1（g）。样品在40 ℃加热60 min，在90 ℃加热30 min，冷却至室温后再次称重，记为M2（g）。蒸煮损失的计算公式如下：

蒸煮损失（%）=M1-M2M1×100%。（1）

1.2.5 凝胶持水力的测定

持水力（WHC）的测定参照Wang等[12]的方法。首先将凝胶样品放入离心管中（离心管质量记为W），其质量之和记为W1（g）。离心10 min（10 000×g，4 ℃）后倒出上清液，用滤纸擦干凝胶表面后再次称量，记为W2（g）。凝胶持水力的计算公式如下：

持水力（%）=W2-WW1-W×100%。（2）

1.2.6 凝膠白度的测定

凝胶白度的计算公式如下：

白度=100-（100-L*）2+a*2+b*2。（3）

1.2.7 凝胶微观结构的测定

将凝胶样品切成大小均匀的块状（3 mm×3 mm×3 mm），在2.5%戊二醛溶液中固定过夜，然后用0.2 mol/L（pH 7.0）磷酸盐缓冲液洗涤3次，依次用30%、60%、70%、80%、90%、100%的乙醇溶液梯度脱水（每次30 min），最后对脱水后的样品进行冷冻干燥，溅射镀金，用扫描电镜观察。

1.2.8 傅里叶红外光谱（FT-IR）测定

将冷冻干燥的凝胶样品用溴化钾按1∶100的比例研磨，压成薄片进行测定。采用PeakFit软件分析酰胺Ⅰ组分，计算肌原纤维蛋白二级结构的相对含量。

1.3 数据处理与分析

使用SPSS 13.0软件对数据进行统计分析，数据以3次重复实验的“平均值±标准差”表示。使用Origin 2021软件对数据进行绘图。

2 结果与分析

2.1 低酯果胶和玉米淀粉对凝胶硬度、弹性和强度的影响

不同添加量的低酯果胶和玉米淀粉对凝胶硬度的影响见图1。

由图1可知，随着低酯果胶添加量的增加，凝胶硬度逐渐增大，且在添加量为25%时达到最大值。添加玉米淀粉后，凝胶硬度也不同程度增大，且在添加量为20%时显著增大（P<0.05）。混合鱼糜凝胶的结构特征取决于填料的分子结构，填料可以抑制或增强凝胶结构[12]。添加低酯果胶后，硬度的增大可能是由于蛋白质-果胶网络结构的聚合和聚集。硬度是使样品达到一定变形所需要的力[13]，硬度增大有利于样品形成更稳定的凝胶结构。加入玉米淀粉后，凝胶硬度增大，原因可能是淀粉在加热过程中膨胀，形成蛋白质-多糖-水的混合凝胶体系，蛋白质和多糖之间可以相互作用，从而使凝胶硬度增大[14]。

不同添加量的低酯果胶和玉米淀粉对凝胶弹性的影响见图2。

由图2可知，添加低酯果胶后，凝胶弹性无显著变化（P>0.05），可能是因为共价结合的鱼糜凝胶掩盖或抑制了蛋白质-钙-果胶的相互作用，或者这种相互作用对凝胶弹性没有很大的影响。与低酯果胶不同，随着玉米淀粉添加量的增加，凝胶弹性呈先增大后减小的趋势，且在添加量为5%时达到最大值，这可能是由于玉米淀粉糊化形成弹性胶体，可以在一定程度上增大凝胶弹性[15]。同时，通过加热使泥鳅肌原纤维蛋白变性，形成三维网状结构，在糊化作用下，玉米淀粉吸水膨胀，填充蛋白凝胶网络结构，促进共价交联，改善凝胶弹性[16]。在鱼糜凝胶中形成较强的网状结构，可以吸收更多的水分。然而，蛋白质之间通过二硫键和非二硫键广泛形成共价交联，使凝胶弹性减小[17]，这可能是玉米淀粉添加量超过5%时凝胶弹性减小的原因。

不同添加量的低酯果胶和玉米淀粉对凝胶强度的影响见图3。

由图3可知，随着低酯果胶添加量的增加，凝胶强度显著增大（P<0.05），且在添加量为25%时达到最大值。添加玉米淀粉后也出现了类似现象，在添加量为20%时凝胶强度达到最大值。Tanyamon等[18]发现鱼糜凝胶质地特性的改善可能是由于鱼糜蛋白中亲水性胶体的静电相互作用产生了黏连或填充效果。添加玉米淀粉可以提高凝胶强度，因为淀粉在加热过程中吸水膨胀，填充鱼糜凝胶网络，对蛋白质基质产生内部压力，即糊化淀粉颗粒的“填充效应”[19]。

2.2 低酯果胶和玉米淀粉对凝胶蒸煮损失的影响

不同添加量的低酯果胶和玉米淀粉对凝胶蒸煮损失的影响见图4。

由图4可知，随着低酯果胶添加量的增加，凝胶蒸煮损失逐渐减小，在添加量为25%时达到最小值，说明一定添加量的低酯果胶可以减小蒸煮损失，提高凝胶质量。主要原因是低酯果胶可以形成较强的网络结构，同时与蛋白质的网络结构相互缠绕，从而捕获更多的水分子，提高鱼糜凝胶的持水力，减小凝胶蒸煮损失[20]。而加入玉米淀粉后，凝胶蒸煮损失增大，可能是淀粉和果胶结构不同造成的。

2.3 低酯果胶和玉米淀粉对凝胶持水力的影响

持水力（WHC）是凝胶的一个重要参数，可用于评价凝胶的保水性。不同添加量的低酯果胶和玉米淀粉对凝胶持水力的影响见图5。

由图5可知，添加低酯果胶和玉米淀粉后，两组凝胶的持水力均显著升高（P<0.05），且分别在添加量为20%和25%时达到最大值。低酯果胶的加入可以稳定肌原纤维（主要是肌球蛋白），低酯果胶还具有较高的水结合能力，从而提高了凝胶的持水力[21]，这与其对凝胶蒸煮损失的影响是一致的（见图4）。而玉米淀粉的加入形成了更致密的网络结构，使得更多的水被截留在凝胶基质中，提高了凝胶的持水力。袁美兰等[22]发现淀粉在水中加热和冷却后具有糊化形成凝胶的能力。当添加一定量的玉米淀粉时，淀粉颗粒填充在鱼糜凝胶的网络结构中，从而提高了凝胶的持水力。

2.4 低酯果胶和玉米淀粉对凝胶白度的影响

不同添加量的低酯果胶和玉米淀粉对凝胶白度的影响见图6。

由图6可知，当低酯果胶添加量为15%和20%时，凝胶白度升高，其他添加量下均降低（P<0.05）。此外，与对照组相比，加入玉米淀粉后凝胶白度有不同程度的降低（P<0.05）。凝胶白度的变化被认为与蛋白质的聚集和交联有关，蛋白质的聚集和交联可以使其形成更紧密的结构[23]，该结构能反射更多的光，从而使凝胶白度升高。当低酯果胶添加量为15%和20%时，促进了蛋白质聚集，使蛋白质网络更加紧密，从而提高了凝胶白度。Mi等[10]认为亲水胶体较高的溶解度和混合能力，使复合凝胶的质地更加均匀，从而提高了亮度。鱼糜凝胶色度与外源添加物的颜色和含量有关[24]，加入玉米淀粉后凝胶白度降低，可能是玉米淀粉的颜色比凝胶更暗。

2.5 低酯果胶和玉米淀粉对凝胶微观结构的影响

凝膠的物理性质高度依赖于其微观结构，这可以为凝胶形成过程中结构的变化提供有价值的理论支持，特别是凝胶网络结构的均匀性和致密性[25]。不同添加量的低酯果胶和玉米淀粉对凝胶网络结构的影响见图7。

由图7中a可知，对照组的凝胶松散、多孔且不均匀，这表明不含果胶的泥鳅肌原纤维蛋白凝胶强度和持水力较差。由图7中b～f可知，随着低酯果胶添加量的增加，凝胶形成致密的网状结构，孔径逐渐减小，孔隙密度逐渐增大。且低酯果胶添加量为25%时的凝胶网络最致密、孔径最小、孔密度最高，表明凝胶形成性能最佳[26]。这可能是添加物在加热过程中通过分子间交联、蛋白质聚集、疏水相互作用、二硫键等，使更多的水被困在网络中，形成致密的网络结构，从而提高了凝胶质量[27]。由图7中g～k可知，添加玉米淀粉后凝胶也形成了孔径小、孔密度高的更致密均匀的网络结构，其中玉米淀粉添加量为10%时凝胶结构最致密均匀，且当玉米淀粉添加量大于10%时，凝胶孔径相对增大，表面平整度下降，这可能是过量的淀粉会降低其凝胶结构的均匀性，进而使鱼糜凝胶网络结构变得更加杂乱无序[24]。

2.6 低酯果胶和玉米淀粉对凝胶中蛋白质二级结构的影响

通过红外光谱分析了低酯果胶和玉米淀粉对凝胶中蛋白质构象（包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲）的影响，见图8和图9。

由图8可知，加入低酯果胶后，除添加量为10%外，α-螺旋含量增加，β-折叠含量减少，α-螺旋和β-折叠的总相对含量较对照组增加。由图9可知，添加玉米淀粉后，除添加量为10%和15%外，α-螺旋和β-折叠的总相对含量均有所增加。从整体上看，凝胶二级结构以β-折叠结构为主。通常，在热凝胶形成过程中，β-折叠的形成和α-螺旋的展开同时进行，β-折叠结构有助于形成更有序、致密的网络[19]。戴意强等[28]研究表明，α-螺旋含量的减少和β-折叠含量的增加可能是由于凝固剂可以通过改变氢键位置将α-螺旋转变成β-折叠。此外，无规则卷曲和β-转角结构由于形状不规则，不利于有序凝胶网络结构的形成[29]，这对应于无规则卷曲和β-转角结构相对含量的整体下降。

3 结论

本研究探讨了低酯果胶和玉米淀粉对泥鳅肌原纤维蛋白凝胶性质的影响。结果表明，加入低酯果胶后，凝胶硬度、强度和持水力均有所升高；凝胶的蒸煮损失降低；凝胶弹性变化不明显。添加玉米淀粉后，凝胶硬度变化不明显（添加量为20%除外）；凝胶强度、持水力、蒸煮损失升高；凝胶弹性和白度降低。果胶添加量为25%、玉米淀粉添加量为20%时，凝胶网络结构最紧凑有序。红外光谱结果表明，一定浓度的低酯果胶和玉米淀粉可以促进肌原纤维蛋白中α-螺旋结构和β-折叠结构总相对含量的增加。总的来说，适当浓度的低酯果胶和玉米淀粉有利于泥鳅肌原纤维蛋白凝胶特性的改善。因此，低酯果胶和玉米淀粉可以作为有效的凝胶增强剂，提高泥鳅凝胶产品的质量，为泥鳅鱼糜产品的开发提供新思路。

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