《食品科学》：合肥工业大学陆剑锋教授等：3种亲水胶对磷酸化鱼糜/蟹肉混合凝胶品质的影响

鱼糜是通过去头、去内脏、切片、去骨、洗涤、脱水、精滤、冷冻保护剂混合后进行冷冻等各种分步工艺生产的精制鱼肌原纤维蛋白，当加工鱼糜制品时，在碎鱼肉中加入2%～3%的食盐，经绞碎、擂溃或斩拌，能够形成非常黏稠且具可塑性的溶胶状肉糊，即鱼糜。但过量食用盐会导致许多健康风险。而盐浓度的降低对鱼糜蛋白质的可提取性和溶解性产生不利影响，导致凝胶结构和机械性能较差。

合肥工业大学食品与生物工程学院的朱亚军，叶韬、陆剑锋*等人 研究 不同添加量（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）圆苞车前子壳粉（PHP）、结冷胶（GG）、魔芋胶（KGM））3 种亲水胶与磷酸化协同作用下的鱼糜/蟹肉混合凝胶（MG）特性变化，旨在为磷酸化鱼糜和其他亲水胶之间的互作研究提供一定参考。

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3 种亲水胶对磷酸化低盐MG凝胶强度的影响

不添加STP的磷酸化低盐MG凝胶强度见图1a～c。由图1d可知，随着添加量的增加，PHP处理组凝胶的破断力先增加后下降，添加量为0.1%时，破断力最大。GG处理组凝胶的破断力变化趋势与PHP处理组变化趋势一致，不同的是，在添加0.1%的GG后，混合凝胶破断力的变化值较大。KGM的添加对凝胶破断力的改善效果不明显，在添加量≥0.3%时，凝胶破断力呈下降趋势。由图1e可知，PHP添加量对凝胶的破断距离没有显著影响，GG和KGM处理组的凝胶破断距离均随着添加量的增加而呈下降的趋势，不同的是，GG组凝胶的破断距离在添加量≥0.2%时开始显著降低，而KGM处理组破断距离降低出现在添加量≥0.3%时。由图1f可知，3 种亲水胶均在添加量为0.1%时，磷酸化MG的凝胶强度最佳。在添加量0.1%～0.2%之间，随PHP和GG添加量的增加，凝胶强度显著下降，之后随着添加量的增加，凝胶强度逐渐下降，但下降程度不显著。不同类型的蛋白质或不同类型的多糖的存在都会影响凝胶网络的性质，其中多糖被认为影响在加热过程中膨胀的蛋白质的热稳定性，蛋白质和多糖之间、各种蛋白质之间以及蛋白质和水之间的相互作用决定了生物聚合物的溶解度、它们形成黏弹性凝胶的能力以及它们在界面上的行为。因此在磷酸化MG中添加适量的多糖可以增强凝胶网络的形成，而在添加量较大时，多糖链的长度超过一定限度后所产生的空间位阻效应不利于蛋白质的聚集。当添加量为0.1%时，PHP、GG、KGM均不同程度地提高了磷酸化MG凝胶强度，GG和KGM增强效果更加显著，这可能是较低添加量的GG和KGM通过氢键与肌原纤维网络发生相互作用，从而加强凝胶基质的胶凝性质。随着添加量的增加，这3 种亲水胶都造成混合凝胶强度下降，其中较高含量的PHP对凝胶强度的不利影响比同含量的GG和KGM小。这可能是3 种亲水胶阻碍磷酸化MG蛋白质链之间的相互作用程度不同，从而造成凝胶性能的差异。

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3 种亲水胶对磷酸化低盐MG持水性的影响

如图2所示，在未磷酸化的低盐MG中，PHP、GG和KGM 3 种亲水胶对混合凝胶的持水性无显著影响，但经过磷酸化处理后，同一添加量的PHP、GG和KGM对凝胶持水性逐渐产生显著影响，且亲水胶添加量增加时，这种影响更为明显，推测不同亲水胶添加量可能会造成不同程度的磷酸化水平。GG的添加明显改善了凝胶持水性，虽然随着GG添加量的继续增加，持水性有轻微下降，但相比未添加GG的MG，持水性总体呈增加趋势。随着PHP添加量的增加，PHP处理组的持水性不断增加，当添加量达到0.4%时，PHP组的持水性降低，表明PHP在适当水平上决定了凝胶网络的持水能力。随着KGM添加量增加，KGM对混合凝胶持水性有不利影响。持水性的降低可能是因为热诱导凝胶形成后肌原纤维蛋白-多糖系统分离，减弱了肌原纤维蛋白的聚集程度，从而导致持水性的降低。

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3 种亲水胶对磷酸化低盐MG黏弹性的影响

图3表示混合凝胶的动态黏弹性行为变化，温度较低时，PHP、GG和KGM处理组的混合凝胶G’略微下降，接着随温度升高G’持续增加，这表明凝胶基质在更高的非共价作用（例如二硫键和疏水相互作用）下建立了强凝胶网络。在本研究中，PHP和GG的添加提高了G’开始降低的温度，这有利于凝胶性质的改善，而当其添加量过多时，多糖自身的凝胶特性或许对混合凝胶蛋白质网络结构有不利作用。因此在流变测定结果的高温阶段，有几组凝胶的G’没有明显降低，但其凝胶特性并没有得到改善。从G”观察各组凝胶所形成网络的黏度特性，G”表现出与G’相似的变化模式，G”始终小于G’，表明在MG体系中，是弹性为主体的凝胶体。

为进一步得到不同添加量的3 种亲水胶与磷酸化混合凝胶性质与流变学变化的联系，进行tan δ 的计算，反映凝胶的相对黏弹性，纯固体的 δ 为0°，纯液体为 δ 为90°。如图3所示，所有处理组的tan δ ＜1.0且具有相似的变化轨迹，表现为略微降低—增加—降低，表明所有鱼糜在热凝胶化后将经历相同程度的溶胶—凝胶转变。tan δ 曲线在30～40 ℃之间有峰，是蛋白质加热后肌球蛋白结构展开增加了溶胶的黏度，当温度约为42 ℃（凝胶凝固阶段）时，由于蛋白质网络形成，分子之间的二硫键和疏水相互作用得到加强，导致刚性和强度增加，流动性减弱，因此tan δ 下降。PHP添加量为0.1%时，凝胶的tan δ 最小，其凝胶弹性最佳，这与前面的凝胶性质测定结果一致。在温度低于42 ℃，GG添加量0.5%的凝胶tan δ 最小，在温度高于42 ℃后，添加量0.4%凝胶tan δ 最小。从图3可以看出，0.4%和0.5%组的峰较平，而0.1%的峰范围更大，与凝胶性质的结果结合分析，可以推测，0.1% GG和MG溶胶凝胶化阶段充分变性，少量的GG分子热运动因升温加剧，大分子缠结减弱，氢键的断裂充分，从而在后续鱼糕化过程中与鱼糜/蟹肉之间的热聚集效果更好。KGM在加热开始时，对照组的tan δ 最小，而在鱼糕化过程中，随着温度升高变化不明显，90 ℃时可以看到对照组和0.1%组的tan δ 相差不大且在所有添加量组中最小，这和两者凝胶破断力和破断距离无明显差异的结果一致。

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3 种亲水胶对磷酸化低盐MG蛋白变性的影响

由图4可以看到，在45 ℃和68 ℃附近出现了吸热峰，表明肌球蛋白的头部和尾部以及肌动蛋白相继发生了结构融化或者解折叠的变性，在76 ℃左右出现放热峰，表征了肌动蛋白在此温度下发生了分子聚集行为。

如表1、2所示，MG的Peak 1中，3 种亲水胶处理组的起始温度变化相似，均比对照组显著增加； PHP处理组的峰值温度随着添加量增加而略增加，温度区间较之对照组明显缩短； 添加GG和KGM处理组峰值温度无变化，除了0.4% GG的凝胶，其他添加量组的温度变化区间较之对照组缩短； 除了添加0.5% KGM的凝胶，其他添加量组的温度变化区间较之对照组缩短。 PHP添加量较少（0.1%～0.2%）和较多（0.5%）时，Peak 1热焓明显减少，GG处理组Peak 1热焓无变化，KGM处理组Peak 1热焓较之对照组明显减少。 第1个峰对应于肌球蛋白的吸热转变，转变温度预计是其他作用力导致氢键和蛋白质聚集破裂的迹象，这是打破氢键并逐渐将蛋白质的稳定三维结构展开到其变性结构中所必需的。 温度区间的缩短表明，肌球蛋白的转变可以在较短的时间内完成，而焓值减少，表明在添加亲水胶的磷酸化MG体系中，肌球蛋白的变性需要更高的温度和更少的能量，在变性过程中温度将成为主要因素。

第2个峰对应于肌动蛋白的内热转变，在混合凝胶的Peak 2中，PHP和GG处理组没有明显变化；KGM处理组随添加量增加，峰值温度有所降低，并且温度区间总体呈缩短趋势，在添加量0.1%时显著缩短。随添加量增加，PHP组凝胶的Peak 2的热焓值先增加后减小，GG处理组的Peak 2热焓值较之对照组增加，KGM处理组Peak 2热焓先增加后减小，在添加量0.3%达到最大值。肌动蛋白分子量较小，由之前的研究结果表明，肌动蛋白磷酸化水平较高，但在凝胶网络结构形成中参与度较小。因此可以推测，肌动蛋白在低温阶段的聚集程度低，KGM与其相互作用，导致氢键被破坏的转变温度降低和温度区间的缩短。但从焓值来看，PHP和KGM的少量添加增强了MG的蛋白质结构稳定性，GG对热稳定性的改善作用似乎随着添加量的增加而增加，这可能是由于其结构和性质的不同。

第3个峰对应于肌动蛋白的分子聚集行为，在混合凝胶的Peak 3中，3 种亲水胶处理组的起始温度无明显变化；PHP的峰值温度在添加量0.1%时明显降低，并且温度区间无变化；GG组凝胶峰值温度无明显变化，温度区间呈延长趋势，添加量0.2%时最长；KGM的峰值温度先增加后降低，并且在0.1%达到最大，其温度区间无明显变化。PHP处理组Peak 3的变化未发现明显规律，对照组和添加量0.5%组中出现最大值；GG处理组Peak 3热焓值呈降低趋势；KGM处理组 Peak 3热焓在添加量较少（0.1%）和较多（0.4%～0.5%）时达到最大值。PHP的强吸水性可能会破坏维持蛋白质结构的作用力，不利于肌动蛋白聚集形成稳定的结构，导致峰值温度降低和焓值增加；同样，KGM在添加量较少时，也对肌动蛋白聚集存在阻碍。

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DSC特征温度及热焓与MG特性相关性分析

从图5可以看出，每个峰的温度区间和起始温度均显著负相关。Peak 1的热焓和Peak 1和Peak 2温度区间相关，Peak 2和Peak 3的热焓和温度显著相关。Peak 1和Peak 2的热焓显著正相关，Peak 2和Peak 3的热焓显著负相关。这表明，在3 种亲水胶参与的磷酸化MG中，肌球蛋白和肌动蛋白之间会发生相互作用，并且这种作用有利于增强蛋白质结构的稳定性，肌动蛋白的稳定性影响肌动蛋白分子的聚集，而肌球蛋白的稳定性对肌动蛋白分子聚集行为无显著影响。持水性与Peak 1的峰值温度显著正相关。一般而言，持水性应与凝胶强度有显著相关性，本实验所得结果与传统鱼糜凝胶出现了差异，这可能是亲水胶的加入一方面增强了凝胶网络的结构，另一方面由于其良好的吸水性抢夺了凝胶网络中的水分。破断力、破断距离和凝胶强度三者显著正相关。凝胶破断力与Peak 3峰值温度显著正相关；破断距离和凝胶强度与Peak 2和Peak 3的峰值温度显著正相关，与Peak 2的热焓显著负相关，破断距离和Peak 1的峰值温度正相关，表明在更高温度下进行肌球蛋白头部转变和肌动蛋白分子的聚集，将有利于增强凝胶网络结构，而肌动蛋白的稳定可能不利于形成更好的凝胶。

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激光共聚焦显微镜的微观结构观察

为进一步获得亲水胶处理的磷酸化MG的形成及其分布行为的微观结构信息，进行激光共聚焦显微镜观察，如图6所示，绿色区域和红色区域分别代表鱼糜/蟹肉蛋白和亲水胶。实验观察到，在少量添加PHP时，蛋白质和多糖重叠部分显黄绿色，随着添加量的增加，逐渐出现红色小颗粒；在GG添加量增多时，甚至出现了大片红色连接区；而KGM的添加似乎没有带来聚集的红色部分。红色区域的单独出现表明，在混合凝胶体系中，蛋白质和多糖出现了相分离，当蛋白质和多糖这两种亲水胶体混合时，每种胶体的行为方式与没有另一种亲水胶体时一般不会完全相同。由于在亲水胶体混合过程中的熵增益较低，因此比相容混合物更常观察到相分离。热力学相容的混合物仅在特定条件下存在，例如在非常低的浓度下，或者当两种亲水胶体在化学性质和结构上确实非常相似时。由此看来，PHP和GG在较低浓度下，多糖能和鱼糜/蟹肉蛋白质发生良好的作用，同时表现为机械性能的改善，而在多糖浓度增加后，相分离的发生导致凝胶性能无明显变化，甚至开始下降。在KGM处理组中未观察到蛋白质和多糖的两相分离，其观察结果与凝胶强度测定结果不一致，据Xiong Zhiyu等报道，在草鱼鱼糜中添加较高水平的魔芋葡甘聚糖可以显著增加鱼糜凝胶的断裂力和破断距离，改善其持水性能，其最佳添加是1%。KGM不带电荷，属非离子多糖，其受盐的影响很小，和磷酸化鱼糜/蟹肉可能未发生化学相互作用或者在两体系间化学相互作用较弱，从2.1节结果看，低浓度KGM对磷酸化混合凝胶强度无改善作用，而高浓度时，则对凝胶有破坏作用。

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结论

PHP、GG和KGM在较低添加量（0.1%）下，多糖能和鱼糜/蟹肉蛋白质发生良好的作用，提高了混合凝胶的破断力和凝胶强度。其中PHP和GG的添加提高了G’开始降低的温度，G”表现出与G’相似的变化模式，表明在鱼糜/蟹肉体系中是弹性为主体的凝胶体。添加亲水胶的磷酸化鱼糜/蟹肉体系中肌球蛋白的变性需要更温度和更少能量，尤其是GG对热稳定性的改善效果更佳，导致肌球蛋白和肌动蛋白之间更容易发生相互作用，有利于增强蛋白质结构的稳定性。GG在适当添加量时持水性较高可能为这一结论提供了支持。KGM在激光共聚焦实验中未观察到相分离，推测KGM可能未与磷酸化混合蛋白质发生化学性相互作用，但适量磷酸盐的加入有利于凝胶性质的改善。相比较PHP和KGM，适当添加量的GG可能更适合作为外源添加剂改善磷酸化低盐鱼糜/蟹肉凝胶的品质。

通信作者：

陆剑锋教 授

合肥 工业大学 食品与 生物工程学院 水产品加工研究所所长

陆剑锋，男，研究生学历，博士学位。现为合肥工业大学食品与生物工程学院教授 /博士生导师 ，水产品加工研究所所长。 目前 主要从事水产品加工与贮藏、水产动物资源保护及综合利用等方面的研究工作。 2010年，美国肯塔基大学农业科学中心访问学者。 2010年和2016年先后入选安徽虾蟹产业技术体系 和安徽水产产业技术体系岗位专家， 2017年，入选国家虾蟹产业技术体系加工岗位科学家。近年来，主持完成国家自然科学基金，省部产学 研结合（重点） 、 安徽省重大科技专项、国家农业科技成果转化资金等 10余 个项目。已在国内外 学术 期刊上发表 研究 论文 200 余篇 ，参编教材 5 本 。曾获全国农牧渔业丰收成果二等奖 1 项 ， 安徽省科技进步二等奖 1 项、三等奖3 项 及 “全国河蟹产业科技创新奖” 、 “安徽青年五四奖章”和“安徽省杰出青年科技创新奖”等荣誉。 社会 /学术兼任：安徽省科协委员、中国水产学会理事、中国比较内分泌学会理事、安徽省水产学会理事长、安徽省渔业协会副会长、安徽省龟鳖产业协会副会长、安徽省淡水生态养殖与深加工工程技术研究中心主任（共建）、安徽省水产品深加工工程技术研究中心首席专家（ 共建）、国家虾蟹类加工技术研发专业分中心主任（共建）、全国水标委水产品加工分技委（ SAC/TC156/SC3）委员、全国大闸蟹营销品牌联盟专家委员会委员、中国渔业协会（智慧渔业分会、龟鳖产业分会和水产商贸分会）和中国水产品流通与加工协会（鲶鱼产业分会和小龙虾产业分会）专家委员会委员等 。

本文《3 种亲水胶对磷酸化鱼糜/蟹肉混合凝胶品质的影响》来源于《食品科学》2023年44卷16期71-80页. 作者：朱亚军，叶韬，鲁玉凤，夏立志，刘松昆，卢曜昆，姜绍通，林琳，陆剑锋. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220527-334. 点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

非热加工专栏：江苏大学邹小波、石吉勇教授等：米糠非热稳定化处理技术研究进展