王 嵬1，马兴胜2，仪淑敏2,*，徐永霞2，李学鹏2，邵俊花2，励建荣2,*
（1.渤海大学实验管理中心，辽宁 锦州 121013；2.渤海大学食品科学与工程学院，辽宁 锦州 121013）
摘要：面筋蛋白和大米蛋白均可以明显提高鲢鱼鱼糜的凝胶强度和持水性，降低其蒸煮损失率和横向弛豫时间（T2）。但是与大米蛋白相比，面筋蛋白在改善鲢鱼鱼糜凝胶特性方面效果更加显著。当面筋蛋白添加量为3%时，鱼糜凝胶的破断力、破断距离、凝胶强度和持水性分别为669.0 g、12.2 mm、8 162.0 g·m和89.8%，与对照组（未添加蛋白）相比分别增加了79.8%、37.2%、147.0%、11.6%；而蒸煮损失率为8.51%，与对照组相比降低了19.7%。且此时的凝胶横向弛豫时间T23和T24分别为42.4 ms和156.0 ms。3%的面筋蛋白促使鲢鱼鱼糜凝胶形成十分致密的空间三维网络结构，使其具有较高的凝胶强度和持水性，但是由于面筋蛋白带有浅黄色，所以鱼糜凝胶的白度有轻微下降。
关键词：面筋蛋白；大米蛋白；鲢鱼鱼糜；凝胶特性
鱼糜制品是将鱼肉绞碎，经加盐擂溃，成为黏稠的鱼糜（鱼浆），再经调味混匀、成型、加热而制成的具有一定弹性的水产食品，是我国水产加工品中增长最快和出口量最大的品种之一，2015年年产量达145.422万 t[1]。市场上常见的鱼糜制品包括鱼丸、模拟蟹肉、鱼肉香肠、鱼面、鱼排和鱼糕等。随着人们生活方式的改变，生活节奏的加快，市场对鱼糜制品的需求量逐年增加。
以面筋蛋白和大米蛋白为主的谷物蛋白是人们每天日常生活中摄入的主要蛋白质来源，也是人们重要的营养来源。面筋蛋白是小麦面粉加工后的副产物，具有较强的黏弹性、延伸性、热凝固性和薄膜成型性等特性，使其具有广阔的应用前景[2-3]。目前面筋蛋白主要被用于烘焙行业提高面粉的流变特性和提高猪肉香肠的凝胶强度[4-7]。面筋蛋白中富含谷氨酰胺（glutamine，Gln）和半胱氨酸（cysteine，Cys），两者都是谷氨酰胺转氨酶（transglutaminase，TGase）催化交联反应的良好底物，当面筋蛋白与鱼糜混合时，由于鱼糜中还有内源性TGase，面筋蛋白中丰富的Gln和Cys在鱼糜中自身存在的TGase催化下发生相互交联，促进鱼糜形成致密的空间网络结构，增加鱼糜凝胶的强度和弹性，同时减少了凝胶的蒸煮损失，增加了鱼糜凝胶的持水性，提高肉制品弹性和凝胶强度[8-10]。由此可见，面筋蛋白特有的氨基酸构成在改善肉制品凝胶特性方面是其他非肌肉蛋白质所无法比拟的。
大米蛋白作为大米加工后的副产物，大量存在于米糠中，往往被用来加工成饲料，造成大米资源的严重浪费。有研究指出肉制品加工中添加适量的大米蛋白不仅可以丰富肉质品的蛋白质组成，还可以在一定程度上改善肉制品的质构特性[11]。
本实验研究了面筋蛋白和大米蛋白对鲢鱼鱼糜凝胶特性的影响，探讨了面筋蛋白和大米蛋白改善鱼糜制品凝胶特性的可行性，以期拓展其在水产品尤其是鱼糜加工中的应用。
1.1 材料与试剂
鲢鱼鱼糜购于湖北潜江市柳伍水产食品有限公司，置于（－18±0.5） ℃冻藏，半年之内完成使用。
面筋蛋白（有效蛋白含量80%） 北京瑞麦嘉禾商贸有限公司；大米蛋白（有效蛋白含量80%） 江西金农生物科技有限公司；磷酸盐、戊二醛、无水乙醇（均为分析纯） 天津市风船化学试剂科技有限公司。
1.2 仪器与设备
TA.XT.Plus型质构仪 英国Stable Micro System公司；CR-400色彩色差计、S4800场发射扫描电子显微镜 日本Minolta公司；NMI20低场核磁共振仪 上海纽迈电子科技有限公司。
1.3 方法
1.3.1 鱼糜凝胶的制备
解冻鱼糜（流水解冻1 h）→斩拌鱼糜2 min→加入食盐斩拌3 min→加入不同质量分数（0%、1%、2%、3%、4%、5%）的面筋蛋白或大米蛋白及冰水斩拌15 min→灌入玻璃小瓶（内径25 mm)→40 ℃水浴加热30 min→90 ℃水浴加热20 min[12-13]。以0%即未添加蛋白为对照。
1.3.2 凝胶强度的测定
取出1.3.1节制备的鱼糜凝胶样品，平衡至室温后切成25 mm×25 mm的圆柱体。利用TA.XT.Plus型质构仪的凝胶强度测定模式分析鱼糜凝胶的破断力和破断距离。探头：P/5S球形金属探头，测试速率：1 mm/s，测试距离：15 mm，触发力：10 g[14]。凝胶强度为破断力和破断距离的乘积，见公式（1）。
1.3.3 凝胶持水性的测定
将1.3.1节制备的鱼糜凝胶切成5 mm的薄片，准确称质量（m1），3 层滤纸将样品裹住后装入50 mL的离心管中，采用冷冻高速离心机在4 ℃条件下，5 000×g离心15 min，离心结束后，立即取出样品并再次称质量（m2）。持水性的计算如公式（2）所示[15]。
1.3.4 凝胶蒸煮损失率的测定
参照yang Zhen等[16]的方法略微修改。将鱼糜凝胶切成15 mm×15 mm×2 mm形凝胶圆柱体并称质量（m1）后放入蒸煮袋内且封口，置于90 ℃水浴20 min。蒸煮结束后迅速取出凝胶，擦干表面液体后再次称质量（m2）。按公式（3）计算蒸煮损失率。
1.3.5 凝胶水分分布及存在状态分析
样品在室温条件下恒温3 0 m i n后，切成10 mm×10 mm×20 mm的长方体（约1.5 g），并转入核磁管，采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脉冲序列，在32 ℃条件下进行自旋-自旋弛豫时间T2的测定。参数设定：SFI=22 MHz，P90=14 μs，SW=100 kHz，TR =2 000 ms，NS=8，τ=150 μs，Echocnt=4 000[17]。
1.3.6 凝胶色度值的测定
采用CR-400色差计分析鱼糜凝胶的L*（亮度）、a*（红色/绿色）和b*（黄色/蓝色），每组样品平行5 次。按公式（4）计算白度[18]。
1.3.7 微观结构分析
微观扫描电子显微镜测试参照Oujifard等[19]的方法并略微修改。流程如下：鱼肉肠→切块（3 mm×3 mm×2 mm）→体积分数2.5%戊二醛溶液固定24 h→去除固定液→磷酸盐缓冲液（0.2 mol/L，pH 7.2）漂洗3 次，15 min/次→去离子水冲洗1 h→50%、70%、90%的乙醇梯度脱水，15 min/处理→100%乙醇脱水3次，10 min/次→真空冷冻干燥→离子溅射镀金→扫描电子显微镜观察。
1.4 数据处理
使用软件Oringin 7.5和SPSS 19.0进行数据处理和相关性分析。
2.1 面筋蛋白和大米蛋白对鲢鱼鱼糜凝胶特性的影响
凝胶破断力是指凝胶即将断裂或崩裂时所受到的力，破断距离是指凝胶在外力作用下即将断裂时所发生的形变量，凝胶强度是指凝胶破断力在迫使凝胶断裂过程中所做的功。凝胶强度是物体硬度和弹性的综合体现，是衡量鱼糜制品凝胶特性的一个重要指标，因此改善鱼糜凝胶的破断力和破断距离可以有效地提高鱼糜制品的凝胶特性。
图1 不同谷物蛋白添加量下鲢鱼鱼糜凝胶破断力（A）、破断距离（B）和凝胶强度（C）的变化
Fig. 1 Breaking force (A), elongation (B) and gel strength of silver carp surimi gels (C) with different concentrations of gluten
由图1得知，随着面筋蛋白添加量增加鲢鱼鱼糜凝胶的破断力、破断距离和凝胶强度均明显增加，且在面筋蛋白添加量为3%时，破断力、破断距离和凝胶强度均趋于最大值，分别为669.0 g、12.2 mm 和8 162.0 g·mm，与对照组（不添加蛋白质的鱼糜凝胶）相比，分别增加了79.8%、37.2%和147.0%。且随着面筋蛋白添加量大于3%时，鲢鱼鱼糜凝胶的破断力、破断距离和凝胶强度均增加缓慢，趋于不变。面筋蛋白的添加促进了鲢鱼鱼糜凝胶破断力、破断距离和凝胶强度增加主要是由于两方面原因。一方面可能是由于面筋蛋白促进了鱼糜蛋白-鱼糜蛋白之间强烈相互作用，促进鱼糜凝胶网络结构的形成，进而增加凝胶的延展性和强度[7]。另一方面，面筋蛋白含有大量的麦谷蛋白和麦醇溶蛋白，二者含有丰富的Gln和Cys，它们均是TGase催化反应的良好底物[20-21]。当面筋蛋白与鱼糜混合时，面筋蛋白中的Gln和Cys在鱼糜自身存在的内源性TG作用下发生了交联作用，不仅促进鱼糜蛋白-鱼糜蛋白相互作用，还可以增强鱼糜蛋白与面筋蛋白的结合，进而形成具有一定黏弹性的三维网络结构，进而提高鱼糜凝胶的延展性和凝胶特性。Ramírez-Suárez等[4]曾报道在肌原纤维蛋白与Gln混合时，在TG作用下可以促进肌肉蛋白与非肌肉蛋白质形成较高弹性的凝胶网络。黄莉等[22]曾报道将TGase添加到鲤鱼肌原纤维蛋白溶液中，TGase-蛋白复合凝胶的硬度和弹性值随着TGase添加量的增大而升高。王淼等[23]在海水鱼鱼糜加工中也有类似的发现。
由图1得知，与面筋蛋白相比，大米蛋白在改善鱼糜制品凝胶特性方面效果较差。随着大米蛋白添加量增加，凝胶破断力呈先增加后趋于不变的趋势，同样在添加量为3%时趋于最大值，为620.0 g，与对照组相比，增加了66.7%。随着大米蛋白添加量增加，鱼糜凝胶的破断距离和凝胶强度均呈现先增加后降低的变化趋势，添加量为3%时分别为11.3 mm和7 006.0 g·mm，与对照组相比，分别增加了27.1%和112.0%。当添加量继续增加，凝胶破断距离和凝胶强度均明显降低。李杉[11]曾报道大米蛋白在肉糜制品的添加量过高会导致肉糜制品的硬度增加，弹性和口感变差，降低了肉糜制品的凝胶特性。
由此可知，添加大米蛋白尽管同样可以明显改善鱼糜制品的凝胶强度，但是无论是破断力、破断距离还是凝胶强度均低于面筋蛋白。这可能与大米蛋白在改善鱼糜制品凝胶性能方面的机理不同有关。侯鲁娜等[24]指出大米蛋白主要是抑制鱼中组织蛋白酶L的活性，降低鱼糜凝胶过程中劣化现象，进而改善其凝胶性能。除此之外，与面筋蛋白相比，大米蛋白质中Gln和Cys较低[25]。这些可能都是其在改善鱼糜制品凝胶特性方面效果较差的原因。
2.2 面筋蛋白和大米蛋白对鲢鱼鱼糜凝胶持水性和蒸煮损失率的影响
鱼糜凝胶持水性反映了凝胶保留水分的能力，鱼糜凝胶蒸煮损失是指鱼糜凝胶在蒸煮过程中所发生的质量减少。持水性和蒸煮损失共同反映了鱼糜凝胶在外界干扰下对水分的保持能力。凝胶的网络结构越致密，捕获的水分越多，持水性越高，凝胶强度越大[26]。
图2 不同谷物蛋白添加量条件下鲢鱼鱼糜凝胶持水性（A）和蒸煮损失率（B）的变化
Fig. 2 Water-holding capacity (A) and cooking loss (B) of silver carp surimi gels with different concentrations of gluten
从图2可以看出，随着面筋蛋白和大米蛋白添加量的增加，鲢鱼鱼糜凝胶的持水性逐渐增加，凝胶的蒸煮损失率逐渐降低。当谷物蛋白质添加量为3%时，鲢鱼鱼糜凝胶的持水性趋于稳定，分别为89.8%和88.5%，与对照组（80.5%）相比，分别增加了11.6%和9.9%；同样在二者添加量为3%时，鲢鱼鱼糜凝胶的蒸煮损失率亦趋于稳定，分别为8.51%和8.96%，与对照组（10.6%）相比，分别降低了19.7%和15.5%。当二者添加量高于3%且继续增加时，鲢鱼鱼糜凝胶的持水性和蒸煮损失率均变化不明显，且趋于稳定。从以上可以看出，面筋蛋白较大米蛋白可以更好地增加鲢鱼鱼糜凝胶的持水性和降低蒸煮损失率。
添加面筋蛋白或者大米蛋白后鲢鱼鱼糜凝胶的持水性升高和蒸煮损失降低主要是由于二者的添加不仅可以增加对水分的吸收，更重要的是可以与鱼糜蛋白相互作用，促进鱼糜形成相对致密的空间三维网络结构，增强鱼糜凝胶的网络结构强度，促使不易流动水的流动性减弱，被捕获能力增强，以及使更多的游离水向不易移动水的方向转移。进而降低鱼糜凝胶蒸煮过程中的损失，增强鱼糜凝胶的持水性[4,8]。除此之外，蛋白质的亲水基团与水分子相遇时发生水化作用，形成水化物，即湿面筋，水化作用是从物体表面向其内部进行，初始阶段表面体积增大，吸水量相较小，当水化作用进一步进行发生在物体内部时，大量水分子进入蛋白质分子内部，吸水量相对较大[27]。进而增加鱼糜凝胶的持水性，同时也使蒸煮损失相应的减少。
2.3 面筋蛋白和大米蛋白对鲢鱼鱼糜凝胶色泽的影响
图3 不同谷物蛋白添加量条件下鲢鱼鱼糜凝胶色泽的变化
Fig. 3 Color parameters of silver carp surimi gels with different concentrations of gluten
由图3得知，随着面筋蛋白或大米蛋白添加量增加，鱼糜凝胶的L*值和白度值逐渐降低，a*值变化不显著，b*值逐渐增加。与添加面筋蛋白的鱼糜凝胶相比，添加大米蛋白的鱼糜凝胶的L*值和白度值下降得更加明显，且b*值增加较多。添加面筋蛋白、大米蛋白的鱼糜凝胶的L*和白度值的降低，以及b*值增加主要与大米蛋白和面筋蛋白自身呈色有关。面筋蛋白主要呈淡黄色，与面筋蛋白相比，大米蛋白也呈黄色，且其黄色相对较深。由此可知，面筋蛋白或者大米蛋白在鱼糜制品中的添加量不宜过高，否则会严重降低鱼糜制品的色泽品质。
2.4 面筋蛋白和大米蛋白对鲢鱼鱼糜凝胶横向弛豫时间T2的影响
鱼糜凝胶中水分的分布及其弛豫特性直接影响到鱼糜凝胶自身对水分的保持能力，进而影响到鱼糜制品的品质。弛豫时间是指系统受到外界瞬时扰动后，重新恢复到原来的平衡态时所需要的时间。鱼糜凝胶横向弛豫时间越短，表明鱼糜凝胶中水分越不易受到外界干扰，即该种水分稳定性越强[28]。
图4 不同谷物蛋白添加量条件下鲢鱼鱼糜凝胶水分分布（A）及横向（B～E）的变化
Fig. 4 Water distribution (A) and transverse relaxation time T2(B–E) of silver carp surimi gels with different concentrations of gluten T2弛豫时间
从图4A得知，鲢鱼鱼糜凝胶中水分呈4 种状态分布，其横向弛豫时间（T2）的分布区间分别为：T21（0.1～1 ms）、T22（1～10 ms）、T23（16～90 ms）和T24（129～248 ms），其中T21表示与蛋白质、淀粉等大分子表面的极性基团靠氢键相结合的单分子层水，以及位于大分子固有结构上的质子，即结合最紧密的水分。T22是指与蛋白质中的酰胺基以及淀粉纤维素中的羟基形成键能较小的氢键的那部分水分，与单分子层水相比，它的结合强度较低，称为半结合水。T21与T22所代表的水分共同称为结合水。从图4B～E可以看出，T21与T22所代表的结合水含量占鱼糜凝胶总水分含量的比例依然很小，且随着面筋蛋白的添加量增加，鱼糜凝胶的横向弛豫时间T21与T22均呈逐渐减小变化趋势。与添加面筋蛋白的鱼糜凝胶相比，随着大米蛋白添加量增加，鱼糜凝胶的横向弛豫时间T21和T22均呈先降低后趋于不变，在大米蛋白添加量为3%时达到最低值，分别为0.4 ms和2.4 ms。这主要与大米蛋白溶解性较低以及含 80%以上的碱溶性谷蛋白有关，当大米蛋白添加量过高时，这些谷蛋白由许多大分子片断通过二硫键形成，彼此交联而凝聚，导致一些大米蛋白不能溶解，减弱了蛋白质与水分之间的氢键结合，进而致使结合水的弛豫时间不再降低[29-30]。
T23作为鱼糜凝胶中最主要的水分，其与T24共同直接关系到鱼糜凝胶的持水能力。由图4D、E得知，随着面筋蛋白和大米蛋白添加量增加，鱼糜凝胶的横向弛豫时间T23与T24均呈先明显减少后不变的变化趋势，且均在蛋白质添加量为3%时趋于稳定，T23值分别为42.4 ms和46.5 ms，T24值分别为156.0 ms和183.0 ms。添加面筋蛋白或大米蛋白的鱼糜凝胶横向弛豫时间T23和T24的减少主要与这些蛋白质促进了鱼糜蛋白形成致密的空间网络结构有关。致密的空间网络缩小了水分的活动空间，增加了对水分的捕获能力，降低了水分由非平衡态恢复到平衡状态的时间，进而导致横向弛豫时间T23和T24的降低。
2.5 面筋蛋白和大米蛋白对鲢鱼鱼糜凝胶微观结构的影响
图5 不同处理方式条件下鲢鱼鱼糜凝胶微观结构变化（×10 000）
Fig. 5 Microstructure of silver carp surimi gels (× 10 000)
电子显微镜扫描实验中，经过综合考虑鱼糜凝胶的凝胶强度、持水性、蒸煮损失率、色度值等方面后，确定对添加3%面筋蛋白的鱼糜凝胶、3%大米蛋白的鱼糜凝胶和不添加任何蛋白的对照组鱼糜凝胶在10 000 倍扫描电子显微镜下进行凝胶微观结构观察。
由图5可知，在10 000 倍电子显微镜下，对照组样品的表面不平整，导致光密度存在很大差异，结构粗糙、不均匀且呈团簇状，没有形成均匀、有序的网络结构。与对照组相比，添加含3%大米蛋白的鲢鱼鱼糜凝胶的微观结构表面较为平整、光滑，凝胶孔洞较小、似圆度较高，且部分形成凝胶网络结构。与对照组和添加3%大米蛋白的鲢鱼鱼糜凝胶的微观结构相比，添加3%面筋蛋白的鱼糜凝胶不仅表面十分平整、光滑，凝胶孔洞较小、似圆度较高，分布均匀，且形成了规则有序、高度致密的空间三维网络结构。其空间的网络程度高于添加3%大米蛋白的鲢鱼鱼糜凝胶的网络结构，且无论是网络结构的致密程度还是网络结构的分布程度均远远高于对照组。鱼糜凝胶规则有序、致密的空间网络结构有利于紧紧地捕获更多的游离水，减少蛋白质、水分等物质的渗出，降低蒸煮过程中的损失，从而使鱼糜凝胶具有较高的持水性、弹性和凝胶强度。添加面筋蛋白或者大米蛋白的鱼糜凝胶的微观结构也进一步解释了上文中鱼糜凝胶强度、持水性、蒸煮损失以及横向弛豫时间T2的变化规律。
大米蛋白和面筋蛋白对鲢鱼鱼糜的凝胶和水分特性有显著的改善效果。随着大米蛋白和面筋蛋白添加量的增加，鱼糜的凝胶凝胶强度和持水性逐渐增大，蒸煮损失率和横向弛豫时间T23和T24均逐渐减小，且均在蛋白添加量为3%时达到最佳值，使鱼糜凝胶形成一定程度的空间三维网络结构。与大米蛋白相比，3%面筋蛋白在改善鲢鱼鱼糜凝胶特性、水分特性和凝胶空间微观结构方面效果更佳。
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Effects of Gluten and Rice Protein on Gel Properties of Silver Carp Surimi
WANG Wei1, MA Xingsheng2, YI Shumin2,*, XU Yongxia2, LI Xuepeng2, SHAO Junhua2, LI Jianrong2,*
(1. Laboratory Management Center, Bohai University, Jinzhou 121013, China; 2. College of Food Science and Engineering, Bohai University, Jinzhou 121013, China)
Abstract：In this study, although both gluten and rice protein could pronouncedly enhance the gel strength and water-holding capacity (WHC), and reduce the cooking loss and transverse relaxation time (T2) of silver carp surimi, gluten was superior to rice protein in improving the gel properties of silver carp surimi. The breaking force, elongation, gel strength and WHC of silver carp surimi gels with 3% gluten were 669.0 g, 12.2 mm, 8 162.0 g·m, and 89.8%, respectively, which were increased by 79.8%, 37.2%, 147.0%, 11.6%, and the cooking loss is 8.51%, which is decreased by 19.7%, respectively compared with the control group. Meanwhile, the transverse relaxation time T23and T24were 42.4 and 156.0 ms, respectively. A compact gel network structure was formed with the addition of 3% gluten to silver carp surimi, resulting in an increase in gel strength and WHC. However, the whiteness of the surimi gel declined slightly due to the yellowish color of gluten.
Key words：gluten protein; rice protein; silver carp surimi; gel properties
DOI：10.7506/spkx1002-6630-201711008
中图分类号：TS254.4
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2017）11-0046-06
引文格式：
王嵬, 马兴胜, 仪淑敏, 等. 面筋蛋白和大米蛋白对鲢鱼鱼糜凝胶特性的影响[J]. 食品科学, 2017, 38(11): 46-51. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201711008. http://www.spkx.net.cn
WANG Wei, MA Xingsheng, YI Shumin, et al. Effects of gluten and rice protein on gel properties of silver carp surimi[J]. Food Science, 2017, 38(11): 46-51. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201711008. http://www.spkx.net.cn
收稿日期：2016-05-12
基金项目：国家自然科学基金面上项目（31571868）；辽宁省教育厅重点实验室基础研究项目（LZ2015002；LZ2014047）
作者简介：王嵬（1981—），男，实验师，硕士，研究方向为食品质量与安全。E-mail：wwll812002@163.com
*通信作者：仪淑敏（1980—），女，副教授，博士，研究方向为水产品加工与质量安全控制。E-mail：yishumin@163.com励建荣（1964—），男，教授，博士，研究方向为农、水产品加工与质量安全控制。E-mail： lijr6491@163.com