王诗萌，张坤生*，任云霞
（天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津市食品生物技术重点实验室，天津 300134）
摘 要：将马铃薯、木薯和玉米淀粉分别添加到磷酸化的虾蛄肌原纤维蛋白中，探讨在不同淀粉添加量、不同三聚磷酸钠添加量及不同温度下对磷酸化蛋白所形成凝胶特性的影响。结果表明：随着三聚磷酸钠添加量的增加，3种淀粉形成的复合蛋白凝胶强度和保水性均提高；随着淀粉添加量的增加，马铃薯、木薯淀粉对复合蛋白的凝胶特性有显著影响（P＜0.05），玉米淀粉对蛋白凝胶特性没有显著影响（P＞0.05）；随着温度的升高，3 种淀粉均能使蛋白的凝胶强度升高，但保水性下降。本研究结果为进一步研究虾蛄中肌原纤维蛋白凝胶特性以及淀粉的利用提供了一定的基础。
关键词：肌原纤维蛋白；淀粉；凝胶强度；保水性
引文格式：
王诗萌,张坤生,任云霞.淀粉对磷酸化的虾蛄肌原纤维蛋白凝胶特性的影响[J].食品科学,2016,37(5):23-27.
WANG Shimeng,ZHANG Kunsheng,REN Yunxia.Effect of starch on gelation properties of phosphorylated myofibrillar protein from squilla[J].Food Science,2016,37(5):23-27.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-201605005.http://www.spkx.net.cn
虾蛄（Oratosquilla oratoria）是一种营养价值极高的水产品，蛋白质及维生素含量较高，但其具有强季节性及不易保鲜的特点，将其制成肉糜、火腿[1]等产品能较好地利用虾蛄中的营养成分。虾蛄中的肌原纤维蛋白（myofibrillar proteins，MP）是一种盐溶性蛋白，其凝胶特性影响着肉制品的质构、保水性、弹性、嫩度等感官特性[2-5]。三聚磷酸钠（sodium tripolyphosphate，STP）是一种常见的食品添加剂，主要是将蛋白进行磷酸化处理，可以有效地提高凝胶强度及保水性[6-7]，在对蛋白质进行改性的同时不会影响食品蛋白的消化率[8]。Eilert等[9]研究表明经过磷酸盐改性的牛肉结缔组织在生产低脂、高持水性的法兰克福香肠中提高了弹性和保水性等。Robe等[10]研究发现磷酸盐能够提高猪肉蛋白制品的保水性和乳化稳定性、降低产品的蒸煮损失。
淀粉是一种常见的肉制品添加剂，其应用于火腿肠或盐水火腿中作为填充剂和赋形剂。许多的报道[11-15]表明，淀粉的添加对蛋白质的凝胶强度和保水性有着较为显著的影响，马铃薯淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉等均是常见的淀粉，但其淀粉颗粒大小不同：马铃薯淀粉（34～38 μm）、木薯淀粉（12～15 μm）、玉米淀粉（13～14 μm），且淀粉的糊化温度也各不相同，对蛋白凝胶特性的影响也会有所差异。
有许多关于蛋白磷酸化或淀粉的添加会影响蛋白凝胶性质的报道，但关于淀粉与磷酸化同时对蛋白复合作用的报道国内外还比较少见，因此，本实验研究了不同条件下，淀粉复合蛋白的凝胶特性变化趋势，旨在为虾蛄制品的进一步开发提供参考。
1.1材料与试剂
虾蛄，购自天津市北辰区老板娘水产城。
乙二胺四乙酸二钠（ethylene diamine tetraacetic acid disodium salt，EDTA-2Na） 天津市佳兴化工玻璃仪器工贸有限公司；NaH2PO4、Na2HPO4天津市北方天医化学试剂厂；NaCl 天津市风船化学试剂科技有限公司；三聚磷酸钠 天津市光复精细化工研究所；MgCl2天津市天大化工实验厂；马铃薯淀粉 河南万轩化工产品有限公司；木薯淀粉 青岛万家香食品有限公司；玉米淀粉 威海市同鼎食品有限公司。
1.2仪器与设备
STEPHAN UMC5斩拌机 德国Stephan公司；Avanti J-E高效离心机 美国Beckman公司；IKA T10高速组织匀浆机 德国IKA公司；HH-42恒温水浴锅 常州国华电器有限公司；FA2004A电子天平 上海精天仪器有限公司；SMSTA TA-XT Plus质构仪 英国Stable Micro System公司；UV-7504紫外-可见分光光度计 上海欣茂仪器有限公司。
1.3方法
1.3.1 肌原纤维蛋白提取
参照Paek等[16]的方法并加以改进。虾蛄去头、去尾和去壳后，取肉，加入4 倍体积的蛋白提取液（0.1 mol/L NaCl、0.002 mol/L MgCl2、0.001 mol/L EDTA-2Na、0.1 mol/L NaH2PO4/Na2HPO4，pH 7.0），高速匀浆25 s，高速冷冻离心机离心（5 000 r/min，15 min，4 ℃），弃上清液留沉淀，再加入蛋白提取液重复上述操作两次得粗蛋白，将所得粗蛋白与4 倍体积的0.1 mol/L NaCl溶液混合，高速匀浆25 s，冷冻离心（5 000 r/min，15 min，4 ℃），粗蛋白的处理重复3 次，最后一次处理离心前将混合液的pH值调至6.25，弃上清，沉淀为虾蛄中肌原纤维蛋白。
1.3.2 蛋白质含量的测定
参照才卫川等[17]的方法进行蛋白质含量标准曲线的绘制及蛋白质含量的测定，并用牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）作为标准进行蛋白质标准曲线的绘制。
1.3.3 不同STP添加量处理
将STP添加到MP中，添加量分别为MP含量的0%、3%、6%、9%、12%，搅拌均匀后在30 ℃水浴中加热2 h，使其磷酸化，反应结束后冷却至室温，然后分别向STP含量不同的蛋白中加入马铃薯淀粉，加入量为MP含量的5%，充分搅拌至淀粉分散均匀，每份取20 mL置于40 mL的小烧杯中，在20 ℃水浴锅中以1 ℃/min的速率梯度升温加热至70 ℃，迅速从水浴锅中将试样中取出，快速冷却至4 ℃并在4 ℃冰箱中存放8～12 h，进行蛋白凝胶强度及凝胶保水性指标测定。重复上述操作3 次。
将马铃薯淀粉分别换做木薯淀粉、玉米淀粉，重复上述操作，按同样方法处理。
1.3.4 不同淀粉添加量处理
将STP添加到MP中，添加量为蛋白含量的3%，搅拌均匀后在30 ℃水浴中加热2 h，冷却至室温，分别向磷酸化的蛋白中加入马铃薯淀粉，加入量分别为MP含量的0%、5%、10%、15%、20%，充分搅拌至淀粉分散均匀，每份取20 mL置于40 mL的小烧杯中，在20 ℃水浴锅中以1 ℃/min的速率梯度升温加热至70 ℃，迅速从水浴锅中将试样中取出，快速冷却至4 ℃并在4 ℃冰箱中存放8～12 h，进行相关指标测定，重复上述操作3 次。
将马铃薯淀粉分别换为木薯淀粉、玉米淀粉，重复上述操作，按同样方法处理。
1.3.5 不同温度处理
将STP添加到肌原纤维蛋白中，添加量为蛋白含量的3%，搅拌均匀后在30 ℃水浴中加热2 h，冷却至室温，分别向STP含量不同的蛋白中加入马铃薯淀粉，加入量分别为MP含量的5%，充分搅拌至淀粉分散均匀，每份取20 mL置于40 mL的小烧杯中，在20 ℃水浴锅中以1 ℃/min的速率梯度升温分别至50、60、70、80、90 ℃，迅速从水浴锅中将试样中取出，快速冷却至4 ℃并在4 ℃冰箱中存放8～12 h，进行相关指标测定，重复上述操作3 次。
将马铃薯淀粉分别换做木薯淀粉、玉米淀粉，重复上述操作，按照同样的方法处理。
1.4 检测方法
1.4.1 凝胶强度的测定
将凝胶样品取出，在室温下放置20 min，用TA-XT Plus型质构分析仪测试凝胶的强度。探头型号：P/0.5；测前速率：1.0 mm/s，测试速率：0.5 mm/s，测后速率：1.0 mm/s；测试距离：7.0 mm；触发类型：自动；触发力：5.0 g，每个实验做3 组平行。
1.4.2 凝胶保水性测定
根据Foegeding等[18]的方法，取凝胶在10 000 r/min，4 ℃离心3 min后按下式计算凝胶的保水性，每个样品做3 组平行。
式中：m为离心管质量/g；m1为离心管与离心去掉水后凝胶质量和/g；m2为离心前离心管与凝胶质量和/g。
1.5数据处理方法
采用SPSS 19.0、Excel 2007、Origin Pro 8.5软件进行数据处理。
2.1不同STP添加量对蛋白凝胶强度的影响
图1 STP对复合蛋白凝胶强度的影响
Fig.1 Effect of STP concentration on gel strength of composite protein gels
由图1可知，这3 种淀粉复合蛋白的凝胶强度均随着STP添加量增加有增大的趋势，且当STP添加量大于9%时增幅较大。在STP添加量为0%～6%时，添加木薯淀粉的蛋白凝胶强度在不同STP添加量下差异均显著（P＜0.05），其余两个实验组的蛋白凝胶强度在不同STP添加量下均无显著性的变化（P＞0.05）。当STP添加量大于9%时，木薯淀粉与玉米淀粉对于蛋白凝胶强的影响相似，且当STP添加量为9%时，二者的凝胶强度相同为46.18 g，而添加马铃薯淀粉的蛋白凝胶强度为17.58 g。可能是由于随着STP添加量的增加，淀粉与磷酸盐接触机会增多，形成淀粉磷酸酯的可能性增加，从而增加了淀粉溶解度、膨润率等，对复合蛋白凝胶强度起支撑作用[19]。
2.2不同淀粉添加量对蛋白凝胶强度的影响
图2 淀粉对复合蛋白凝胶强度的影响
Fig.2 Effect of starch concentration on gel strength of composite protein gels
由图2可知，随着淀粉添加量的增加，马铃薯淀粉和木薯淀粉均对复合蛋白的凝胶强度有促进作用，而玉米淀粉对复合蛋白的凝胶强度影响并不明显。未添加淀粉的蛋白凝胶强度均维持在18～20 g之间，而当淀粉添加量为10%时，马铃薯复合蛋白的凝胶强度达到47.94 g，木薯淀粉复合蛋白的凝胶强度为35.36 g，而玉米淀粉复合蛋白凝胶强度为17.94 g。将淀粉添加量为20%的复合蛋白与未添加淀粉的实验组对比可得，3 种淀粉的添加均可增加蛋白凝胶强度，但增加程度有所差异，添加马铃薯淀粉的实验组其蛋白凝胶强度增加了33.38 g，添加木薯淀粉的实验组其蛋白凝胶强度增加了30.88 g，添加玉米淀粉的实验组其蛋白凝胶强度增加了1.2 g，可能是由于淀粉添加量升高，糊化温度会有所降低，而制备凝胶的温度高于淀粉糊化温度，因此，淀粉的添加对复合蛋白的凝胶强度有促进作用[20-21]。根据吴满刚等[22]报道不同淀粉对淀粉复合蛋白凝胶强度的影响不同，可能与淀粉颗粒大小和糊化温度有关，偏大的淀粉颗粒与较低的糊化温度对混合凝胶的支撑作用均较良好。
2.3不同温度对复合蛋白凝胶强度的影响
图3 温度对复合蛋白凝胶强度的影响
Fig.3 Effect of temperature on gel strength of composite protein gels
由图3可知，随着温度的升高，添加这3 种淀粉的复合蛋白凝胶强度均呈上升趋势，且上升趋势明显（P＜0.05），凝胶温度由50 ℃升高至70 ℃，添加马铃薯淀粉的实验组其蛋白凝胶强度由14.09 g升至17.61 g，增加了3.53 g，添加木薯淀粉的实验组其蛋白凝胶强度由11.05 g升至23.07 g，增加了12.02 g，添加玉米淀粉的实验组其蛋白凝胶强度由10.98 g升至20.22 g，增加了9.24 g。凝胶温度由70 ℃升高至90 ℃，添加马铃薯淀粉的实验组其蛋白凝胶强度增加了13.49 g，添加木薯淀粉的实验组其蛋白凝胶强度增加了36.99 g，添加玉米淀粉的实验组其蛋白凝胶强度增加了50.21 g。在凝胶温度低于70 ℃时，添加3 种淀粉对凝胶强度的影响均不是很明显，而当温度高于70 ℃时，复合蛋白凝胶强度增幅较大，且增幅大小顺序为：玉米淀粉复合蛋白＞木薯淀粉复合蛋白＞马铃薯淀粉复合蛋白。可能是由于玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉的平均糊化温度分别为64、59、56 ℃[22]，而当凝胶温度接近或者高于淀粉糊化温度时，淀粉才能对凝胶体系起支撑作用，否则将不起作用甚至是反作用，即Kong等[23]提出的“填充效应”。
2.4不同STP添加量对蛋白凝胶保水性的影响
图4 STP添加量对复合蛋白凝胶保水性的影响
Fig.4 Effect of STP concentration on water-holding capacity of composite protein gels
由图4可知，随着STP添加量的增加，3 种淀粉添加均会使复合蛋白凝胶的保水性升高，其中，添加玉米淀粉和木薯淀粉的实验组保水性变化趋势基本一致，无显著性差异（P＞0.05）。当STP添加量大于3%时，马铃薯淀粉实验组的保水性与其他两组有显著性差异（P＜0.05）。可能是由于STP的加入使得淀粉和蛋白均变性，结合磷酸根离子以后更容易形成致密的网络，有效地保留水分，提高保水性。
2.5不同淀粉添加量对蛋白凝胶保水性的影响
图5 淀粉对复合蛋白凝胶保水性的影响
Fig.5 Effect of starch concentration on water-holding capacity of composite protein gels
由图5可知，向经磷酸盐处理的蛋白中添加玉米淀粉几乎不影响复合蛋白凝胶的保水性。而添加木薯淀粉对复合蛋白凝胶保水性的影响是先增加，再减弱，最后又升高，且影响显著（P＜0.05），当不添加木薯淀粉时复合蛋白凝胶保水性为51.8%，当淀粉添加量为10%时，凝胶保水性为57.08%，当淀粉添加量为15%时，凝胶保水性降为55.8%，而当淀粉添加量为20%时，凝胶保水性又升为61.38%。添加马铃薯淀粉对复合蛋白凝胶保水性的影响是先降低，后升高，最后又降低，且淀粉添加量对复合蛋白保水性影响显著（P＜0.05），当不添加马铃薯淀粉时复合蛋白凝胶保水性为50.84%，当马铃薯淀粉添加量为5%时，凝胶保水性为48.81%，当淀粉添加量为15%时，凝胶保水性升为52.45%，而当淀粉添加量为20%时，凝胶保水性降为45.53%。
2.6不同温度对蛋白凝胶保水性的影响
图6 温度对复合蛋白凝胶保水性的影响
Fig.6 Effect of temperature on water-holding capacity of composite protein gels
由图6可知，添加这3 种淀粉的实验组凝胶保水性均在凝胶温度为50 ℃时最高，当温度升至60 ℃时，3 种蛋白的凝胶保水性均急剧下降。当温度高于60 ℃时，添加玉米淀粉实验组凝胶保水性缓慢上升，但升幅并不明显；添加马铃薯淀粉实验组凝胶保水性先升高，在70 ℃时有一个峰值为50.65%，之后凝胶保水性回落；添加木薯淀粉实验组凝胶保水性先缓慢下降，在80 ℃时有一个最小值为40.37%，随后又有略微升高。3 种淀粉在不同温度下对蛋白凝胶保水性影响差异可能是不同种淀粉之间糊化温度不同导致的，且淀粉结构不同，形成复合蛋白的结构也就不同，在不同温度条件下，水分子进入结构内部的难易程度不同。
三聚磷酸钠添加量的增加对于3 种不同的淀粉复合蛋白的凝胶强度和保水性都有促进作用，其中，在不同STP添加条件下，木薯淀粉和玉米淀粉的添加更能有效地提高复合蛋白的凝胶特性。随着淀粉添加量的增多，添加马铃薯淀粉可有效地提高复合蛋白的凝胶强度，但凝胶保水性有略微地下降；添加木薯淀粉既能较好地提高复合蛋白凝胶强度，并且还能够提高凝胶保水性；而随着玉米淀粉添加量的增加，复合蛋白凝胶特性均没有显著性的变化。随温度的升高，添加玉米淀粉能有效提高复合蛋白凝胶的强度及保水性，在较高温度条件下，木薯淀粉的添加比马铃薯淀粉更能提高凝胶的强度，但对于保水性来说马铃薯的添加作用比木薯淀粉更明显。
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WANG Shimeng,ZHANG Kunsheng*,REN Yunxia
(Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology,College of Biotechnology and Food Science,Tianjin University of Commerce,Tianjin 300134,China)
Abstract:Potato,tapioca and corn starches were individually added to phosphorylated myofibrillar protein from squilla to explore the effect of starch concentration,sodium tripolyphosphate(STP)concentration and temperature on protein gelation properties.Results showed that the gel strength and water-holding capacity of composite protein gels with each of these starches added increased with increasing concentration of STP.Increasing concentration of potato and tapioca starches had a significant effect on gel strength and water-holding capacity of the composite protein gel(P < 0.05),whereas the effect of com starch was not insignificant(P > 0.05).The gel strength of composite protein gels with added starch increased with rising temperature,while water-holding capacity declined.The results of this investigation provide an insight into the use of starch to improve gelation properties of myofibrillar protein from squilla.
Key words:myofibrillar protein; starch; gel strength; water-holding capacity
中图分类号：TS251.1
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2016）05-0023-05
DOI:10.7506/spkx1002-6630-201605005 10.7506/spkx1002-6630-201605005.http://www.spkx.net.cn
*通信作者：张坤生（1957—），男，教授，博士，研究方向为食品加工与贮藏。E-mail：zhksheng@tjcu.edu.cn
作者简介：王诗萌（1991—），女，硕士研究生，研究方向为食品加工与贮藏。E-mail：wsm6523@163.com
基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAD37B06-07）
收稿日期：2015-04-17