黃原膠-魚肉蛋白共凝膠作用制備高性能蝦肉糜凝膠

鄭小善，洪學正，張迪，吉宏武,6*，劉書成,6

1(廣東海洋大學 食品科技學院，廣東 湛江，524088)2(廣東省水產品加工與安全重點實驗室，廣東 湛江，524088) 3(廣東省海洋生物制品工程實驗室，廣東 湛江，524088)4(廣東省海洋食品工程技術研究中心，廣東 湛江，524088) 5(水產品深加工廣東普通高等學校重點實驗室，廣東 湛江，524088) 6(海洋食品精深加工關鍵技術省部共建協同創新中心，遼寧 大連，116034)

凡納濱對蝦(Litopenaeusannamei)又稱南美白對蝦，是我國大宗養殖對蝦之一，2020年中國蝦產量496.95萬t，其中凡納濱對蝦產量186.29萬t[1]。凡納濱對蝦是一種高蛋白、低脂肪的水產品，深受消費者的青睞。但我國對蝦主要以去頭蝦、冷凍蝦仁等初級的加工方式為主，低附加值的對蝦制品較多，高附加值產品較為缺乏[2]。在對蝦精加工方式中，蝦肉糜是其高附加值制品之一，其營養價值高和良好的感官體驗受到廣大消費者的喜愛。

在蝦肉糜制作漂洗過程中，部分水溶性蛋白流失，從而降低了蝦肉糜的營養價值；但是不經過漂洗鹽溶性蛋白含量相對較低，使得蝦肉糜凝膠強度較差，不僅增加了生產成本，也限制了其規?；a，熱處理方式與添加輔料是增強蝦肉糜制品凝膠強度的主要方式[3]。GUO等[4]采用高密度 CO2來改良蝦肉糜的凝膠品質，改良后的蝦肉糜凝膠品質比傳統熱處理更優質；楊林莘等[5]研究表明通過微波處理大豆分離蛋白復合的蝦肉糜比傳統的水浴加熱更能有效提高蝦肉糜凝膠品質；袁莉莉等[6]在蝦肉糜中添加一定量的魚糜，復配蝦肉糜的硬度、彈性與持水性得到有效的改良。相較于傳統熱處理方式，新型的熱處理方式雖然能有效改良蝦肉糜的凝膠品質，但是設備昂貴，操作繁瑣，與需專門技術人員管理，生產成本沒有降低。

黃原膠是一種高黏度水溶性微生物胞外多糖，能與蛋白質發生共凝膠作用，有效促進凝膠結構的形成，是一種廉價并且在食品工業中廣泛使用的凝膠增強劑[7]；羅非魚是我國大宗養殖的淡水魚類之一，價格低廉、營養豐富，其蛋白比一些海水魚蛋白有著良好的凝膠性能，能有效地提高魚糜的彈性、凝膠強度，魚糜制品外觀更為圓潤、完整[8]。因此，黃原膠和羅非魚魚糜都能有效地改良肉糜制品的凝膠品質且能降低生產成本，但目前尚未有利用黃原膠與羅非魚魚糜產生共凝膠作用來改良蝦肉糜的研究。本文以蝦肉糜為原料，通過添加黃原膠和羅非魚魚糜制備復配蝦肉糜，以凝膠強度為主要指標，優化改良蝦肉糜的工藝條件，并通過持水性、水分分布、傅里葉紅外光譜、熱穩定性與流變特性來比較改良前后蝦肉糜凝膠品質的變化，以期為蝦肉糜的凝膠品質改良提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮凡納濱對蝦(Litopenaeusannamei)，規格為40～45尾/kg，捕獲于2021年6～8月，購買于廣東省湛江市霞山區水產品批發市場，加冰塊?；钸\輸至實驗室；羅非魚魚糜，廣東省汕尾市林記水產股份有限公司；黃原膠(食品級)，山東皁豐發酵有限公司；食鹽(食品級)，廣東省鹽業集團有限公司。

溴化鉀(分析純)，國藥集團化學試劑有限公司；其他試劑均為國產試劑純。

1.2 儀器與設備

GZB20型高速斬拌機，廣州市汕寶食品廠機械部；Thermo Lynx6000高速落地離心機，美國賽默飛世爾科技公司；FJ-200高速均質機，上海標本模型廠；HAAKE MARSⅢ型模塊化高級流變儀，美國 Thermo Fisher Scientific公司；TMS-Pro型物性分析質構儀，美國FTC公司；NMI20-060H-I型低頻核磁共振成像分析儀，蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；TENSOR27 傅立葉紅外光譜儀，江蘇天瑞儀器股份有限公司；SA449F3差示掃描量熱儀，美國TA公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 蝦肉糜的制備工藝

新鮮凡納濱對蝦清洗干凈、去殼、去頭等前處理，稱取適量的蝦仁放入斬拌機進行斬拌處理(添加3%食鹽、黃原膠與羅非魚魚糜)，斬拌至蝦肉糜呈灰色黏稠狀即可。將制備好的蝦肉糜灌裝至聚乙烯腸衣中，兩端扎緊，采用二段加熱的方法進行凝膠化，隨后取出冷卻， 4 ℃放置過夜備用。

1.3.2 復配蝦肉糜的單因素試驗

復配蝦肉糜的固定條件為：黃原膠添加量為3%、羅非魚魚糜添加量為7%，斬拌時間為90 s、凝膠化溫度為44 ℃[9]與凝膠化時間為25 min。固定其他條件不變，改變其中某個因素條件分別分析對復配蝦肉糜凝膠強度的影響。設置各因素的梯度分別為：以蝦肉質量為基準，不低于85% 計算，黃原膠添加量為蝦肉質量的0%、1%、2%、3%、4%、5%；羅非魚魚糜添加量為蝦肉質量的0%、1%、3%、5%、7%、9%；斬拌時間30、50、70、90、110 s；凝膠時間15、20、25、30、35 min。用質構儀測定凝膠強度作為判定指標，測試參數為：探頭上升到樣品表面的高度為30 mm，測試速度1 mm/s，選用P/0.5柱形探頭，測試形變量50%，起始力為 0.5 N，每個樣品測6次取平均值。

1.3.3 正交試驗優化復配蝦肉糜的最佳工藝

以凝膠強度為評價指標，依據單因素試驗結果，選取黃原膠添加量(A)、羅非魚魚糜添加量(B)、斬拌時間(C)與凝膠化時間(D)4因素的3個水平進行L9(34)的正交試驗。因素水平表如表1所示。

表1 正交試驗設計Table 1 Orthogonal experimental design

1.3.4 蝦肉糜持水性的測定

參考ZHANG等[10]的方法，稍作修改。從冰箱中取出蝦肉糜，在室溫20 ℃左右放置到常溫狀態，去除蝦糜的腸衣，切成薄片(2 mm厚)，再平均分成8等份。稱取1.5～2.0 g樣品(m1，g)在18 ℃下離心(8 000 r/min)10 min，離心后用濾紙吸干蝦肉糜表面水分，稱取樣品的質量(m2，g)。在每組樣品中重復測定5次，取平均值，持水性(water holding capacity，WHC)計算如公式(1)所示：

(1)

1.3.5 蝦肉糜水分分布的測定

參考ZHANG等[11]的方法，稍作修改。低場核磁共振儀(low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR)中的自旋質子自旋弛豫時間定義為測量時的條件：其質子共振頻率約為22.6 MHz，溫度為3 ℃。將9 g樣品放入15 mm的核磁管中。選擇Caar-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)脈沖序列用于線性確定序列數據，τ值(90°電流脈沖和180 °電流脈沖之間的持續時間)為100 μs。重復進行波掃描可以得到穩定的波曲線，使用電子儀器系統隨附的反演計算軟件，對通過測量CPMG索引序列獲得的每個索引峰的衰減率曲線進行反演CPMG指數衰減曲線得到T2圖譜。

1.3.6 蝦肉糜傅里葉變換紅外光譜的測定

參考JI等[12]的方法，稍作修改。在瑪瑙研缽中取1.50 mg樣品和25.0 mg白色晶體狀溴化鉀，在藍色紅外燈下研磨以制成細粉，使用電動壓片機壓制成粉粒餅狀的小薄片。用夾子固定好放入傅里葉氣相變換吸收紅外光譜儀中，測試在4 000～400 cm-1的相變吸收紅外光譜，在N2的保護下進行測定。

1.3.7 蝦肉糜流變特性熱穩定性的測定

參考于傳龍等[13]的方法，稍作修改。稱取30 mg蝦肉糜樣品于鋁盤中，放入壓片機密封，同時以密封的空鋁盤作為參比。初始溫度為25 ℃，結束溫度為115 ℃，升溫速度為10 ℃/min，N2流速40 mL/min，得差示掃描量熱法曲線。

1.3.8 蝦肉糜流變特性的測定

參考JI等[14]的方法，稍作修改。樣品被切割成1 mm厚的均勻薄片，在25 ℃下以1 mm的固定間隙添加到直徑20 mm的平行板上，轉子型號 P35Ti L。在0.01～10 Hz對動態黏彈性進行彈性模量(G′)和黏性模量(G″)的頻率掃描，應變掃描為1%。

1.4 數據處理

所有試驗重復3 次，每次樣品檢測重復3 次以上。用JMP Pro 14.0軟件對數據進行分析，顯著性差異檢驗使用Tukey多重檢驗(P<0.05，差異顯著)，圖形均采用Origin 2021軟件繪制，結果以平均值±標準差的形式表示。

2 結果與分析

2.1 復配蝦肉糜的單因素試驗

2.1.1 黃原膠和羅非魚魚糜添加量對蝦肉糜凝膠特性的影響

凝膠強度是蝦肉糜質量優劣的重要指標之一，蝦肉糜蛋白形成的三維網狀結構是維持凝膠特性的重要因素，添加輔料是改良蝦肉糜凝膠強度重要方式之一[3]。如圖1-a所示，隨著黃原膠添加量的增加，蝦肉糜的凝膠強度先升高后降低。當黃原膠添加量為3%時，蝦肉糜凝膠強度達到最大值為37.5 N·mm，然而當黃原膠添加量繼續增加時，蝦肉糜的凝膠強度卻隨之顯著下降(P<0.05)，這是因為低添加量的黃原膠能夠與蛋白通過靜電作用產生的共凝膠作用來提高蝦肉糜的凝膠強度，而過多的添加量提高了黃原膠的陰離子電負性與蝦肉糜蛋白基團之間靜電斥力，不利于三維網狀結構的形成，從而降低了蝦肉糜凝膠強度[15]。

從圖1-b可知，在羅非魚魚糜添加量為5%時，雖然凝膠強度有所下降，但差異不顯著(P>0.05)。當羅非魚魚糜添加量為7% 時，其凝膠強度達到最大值為38 N·mm，然而隨著羅非魚魚糜添加量繼續增加，蝦肉糜凝膠強度顯著下降(P<0.05)。添加適量的羅非魚魚糜能提高蝦肉糜凝膠強度，是因為其內源性的金屬離子等催化劑促進了內部肌球蛋白之間的相互作用，從而使三維網狀結構更加緊密，而且黃原膠與羅非魚魚糜存在著共凝膠作用，因此通過添加黃原膠和羅非魚魚糜能顯著提高蝦肉糜的凝膠強度；但是羅非魚魚糜本身鹽溶性蛋白含量較少，而巰基含量較高，所以過多的羅非魚魚糜反而導致蝦肉糜凝膠強度的下降[16]。因此，最佳添加量為黃原膠3%、羅非魚魚糜7%。

a-黃原膠；b-羅非魚魚糜圖1 黃原膠和羅非魚魚糜對蝦肉糜凝膠強度的影響Fig.1 Effect of xanthan gum and tilapia surimi on the gel strength of shrimp surimi 注：不同小寫字母表示有差異性顯著(P<0.05)(下同)

2.1.2 斬拌時間和凝膠化時間對蝦肉糜凝膠特性的影響

鹽溶性蛋白的含量能夠直接影響到蝦肉糜的凝膠強度，斬拌時間的長短能夠在一定程度上影響到鹽溶性蛋白的含量。適當的斬拌時間能夠破壞蝦肉糜中的肌纖維組織，促進鹽溶性蛋白的釋放，從而增加蝦肉糜的凝膠強度。從圖2-a可知，斬拌時間為30～70 s，蝦肉糜的凝膠強度沒有顯著差異(P>0.05)，但當斬拌時間為90 s時，蝦肉糜凝膠強度達到最大值為14 N·mm?？赡苁怯捎跀匕钑r間過短，沒有充分使肌纖維組織中的鹽溶性蛋白釋放出來，不利于三維網狀結構的形成；然而過長的斬拌時間促進了組織蛋白酶從肌肉細胞中的釋放，使得組織蛋白酶對肌原纖維蛋白產生降解作用，從而不利于凝膠結構的形成[17]。

a-斬拌時間；b-凝膠時間圖2 斬拌時間和凝膠化時間對復配蝦肉糜 凝膠強度的影響Fig.2 Effect of chopping time and gelling time on the gel strength of compound shrimp surimi

凝膠化過程中，三維網狀空間結構的形成需要一定的時間，適當的凝膠化時間促使黃原膠-羅非魚魚糜復合物中具有疏水性活性位點的轉谷氨酰胺酶和蝦肉糜中谷氨酰胺殘基充分暴露出來，有利于其共凝膠作用，從而提高凝膠化程度。從圖2-b中可知，凝膠化時間為 25 min 時，與15、20 min相比較有顯著增加(P<0.05)，其凝膠強度達到最大值為 16.5 N·mm，證明凝膠化時間能有效提高蝦肉糜的凝膠強度，但是隨著凝膠化時間的增加，蝦肉糜凝膠強度呈現下降的趨勢。這是因為過度的凝膠化時間會使得組織蛋白酶與熱穩定堿性蛋白酶過度水解蛋白質，從而使得蝦肉糜的凝膠化程度下降[18]。因此，最佳的斬拌時間與凝膠化時間分別為90 s、25 min。

2.2 復配蝦肉糜的正交試驗

在單因素試驗結果的基礎上，對黃原膠添加量、羅非魚魚糜添加量、斬拌時間、凝膠化時間，采用4因素3水平的正交表L9(34)，以凝膠強度為評價指標進行試驗。具體試驗方案及結果如表2所示。

由表2 極差分析結果可知，在復配蝦肉糜的工藝條件中影響凝膠強度的主次因素為凝膠化時間>羅非魚魚糜添加量>黃原膠添加量>斬拌時間；復配蝦肉糜的最佳工藝為A2B2C2D1，即黃原膠添加量3%，羅非魚魚糜添加量7%，斬拌時間90 s，凝膠時間20 min，在此條件下凝膠強度為29.55 N·mm，而純蝦肉糜凝膠強度為19.23 N·mm；根據GB/T 36187—2018《冷凍魚糜》，復配蝦肉糜凝膠強度達到AA級國家標準，而純蝦肉糜凝膠強度僅為AB級國家標準。

表2 正交試驗方案及結果Table 2 Orthogonal experiment scheme and result analysis

2.3 復配蝦肉糜的最優工藝與驗證試驗

通過正交試驗得到最佳的制備條件為：黃原膠添加量3%，羅非魚魚糜添加量7%，斬拌時間90 s，凝膠時間20 min，得到蝦肉糜凝膠強度理論最大值為29.55 N·mm。對此理論結果進行驗證，3次平行試驗驗證結果為(28.17±0.39)N·mm，與理論預測值的相對誤差為2.56%，說明該模型能較好預測復配蝦肉糜的生產工藝。

2.4 復配蝦肉糜與純蝦肉糜的凝膠品質比較

2.4.1 黃原膠和羅非魚魚糜對蝦肉糜持水性的影響

持水性反映了蝦肉糜凝膠保持其內部水分的能力，是蝦肉糜凝膠品質的重要參數之一；具有良好持水性的蝦肉糜制品受到外部壓力擠壓時，能夠降低其內部的水分滲出率，保持水分穩定在凝膠的三維網狀結構中，并保持優良的品質[19]。與純蝦肉糜相比較，復配蝦肉糜的持水性由74.8%顯著增加到87.5%，是由于黃原膠-魚肉蛋白共凝膠作用形成更加致密的三維網狀結構，使得蝦肉糜凝膠能夠截留更多的水分，以及黃原膠與蛋白質發生相互作用后，填充于蝦肉糜凝膠的網狀孔洞中，使其具有一定的吸水性，從而提高蝦肉糜的持水性能，改善蝦肉糜的品質[20]。

2.4.2 黃原膠和羅非魚魚糜對蝦肉糜水分分布的影響

蝦肉糜凝膠不同狀態的水分子分布情況與蝦肉糜凝膠性能有著密切的關聯性。在蝦肉糜凝膠中，其主要的水分狀態是不易流動水，能夠直接反映凝膠三維網狀結構的狀態，從而反映出蝦肉糜的品質優劣。通過弛豫時間T2反映蝦肉糜凝膠中水分的結合狀態，隨著弛豫時間T2的增加，水分從結合水逐漸過渡到自由水，水分子變得更容易流動[21]。由圖3-a可知，在低場核磁共振曲線中呈現出3個峰，其中T21(0～10 ms)代表的是水分子與底物緊密結合水；T22(10～100 ms)代表的是包裹在蝦肉糜凝膠三維網狀結構中的不易流動水，是蝦肉糜凝膠最為主要的水分狀態；T23(100～10 000 ms)代表不與底物結合的自由流動水[22]。

圖3-b呈現的是蝦肉糜中結合水、不易流動水與自由水之間的相對百分含量，與純蝦肉糜相比，復配蝦肉糜凝膠中不易流動水含量從91.6%提升到94.1%，自由水從4.13%下降到1.8%，結合水變化較小。黃原膠-魚肉蛋白共凝膠作用形成更加致密的網狀結構，具有截留更多水分子與吸水的特性，使得不易流動水含量增加[16]。該結果與蝦肉糜的持水性相對應，表明通過復配的蝦肉糜能夠有效地改善其凝膠性能，提高蝦肉糜的品質。

a-蝦肉糜水分弛豫時間T2分布； b-蝦肉糜不同狀態水分子的相對百分含量圖3 黃原膠和羅非魚魚糜對蝦肉糜水分分布的影響Fig.3 Effect of xanthan and gum-tilapia surimi on the water distribution of shrimp surimi

2.4.3 黃原膠和羅非魚魚糜對蝦肉糜傅里葉變換紅外光譜的影響

蝦肉糜凝膠三維網狀空間結構的形成主要是由大量的鹽溶性蛋白質分子的化學基團之間發生相互作用的結果；蛋白質的二級結構是蛋白質的三維網狀空間構象的基礎，氫鍵是蛋白質二級結構的主要作用力，維持著二級結構不受破壞，傅里葉變換紅外光譜是1種有效檢測蛋白質分子中的化學基團特征吸收帶的方法[23]。從圖4可以看出，與純蝦肉糜相比較，復配蝦肉糜在3 300 cm-1附近吸收峰發生了紅移，是由于鹽溶蛋白含量的增加，使得蝦肉糜凝膠體系中的N—H增多，提高蛋白質二級結構的穩定性，使得蝦肉糜的三維結構更為致密，提高蝦肉糜的凝膠品質[15]。

圖4 黃原膠和羅非魚魚糜對蝦肉糜傅里葉 變換紅外光譜的影響Fig.4 Effect of xanthan and gum-tilapia surimi on Fourier transform infrared spectrum of shrimp surimi

2.4.4 黃原膠和羅非魚魚糜對蝦肉糜熱穩定性的影響

從制備好的蝦肉糜到消費者品嘗的過程中，經歷了存儲、運輸、烹飪等環節，每個環節都會影響蝦肉糜凝膠品質的穩定性，特別是在消費者環節會進行熱處理，而蛋白質三維網狀結構的熱穩定性會在很大程度上影響蝦肉糜凝膠品質的穩定性。從表3可知，在熱相變溫度峰1是吸熱峰，表明肌球蛋白發生了變性，但是復配蝦肉糜的熱相變溫度比純蝦肉糜更高，為43.5 ℃；在熱相變溫度峰2是放熱峰，表明肌動蛋白發生了分子聚集[13]，但是復配蝦肉糜的熱相變溫度比純蝦肉糜更高，為105.4 ℃。改良后的蝦肉糜蛋白變性溫度上升，表明黃原膠-魚肉蛋白共凝膠作用能有效提高蝦肉糜凝膠品質的熱穩定性，更有利于蝦肉糜在進一步的深加工與銷售過程中保持其品質的穩定性。

表3 黃原膠和羅非魚魚糜對蝦肉糜熱穩定性的影響Table 3 Effect of xanthan and gum- tilapia surimi on the thermal stabilityof shrimp surimi

2.4.5 黃原膠和羅非魚魚糜對蝦肉糜流變特性影響

在流變學中，彈性模量(G′)反映的是凝膠制品的彈性特征，黏性模量(G″)反映的是凝膠制品的黏性特征；在蝦肉糜凝膠中，其彈性特征比黏性特征更為重要，因為其能夠反映出蝦肉糜凝膠的三維網狀結構結合狀態；通過G″與G′的比值，即損耗角正切tanδ值反映凝膠體系的流變特性，tanδ<1代表凝膠體系以彈性為主，tanδ>1代表凝膠體系以黏性為主[24]。由圖5可知，在線性區間內，復配蝦肉糜凝膠的G′與G″都比純蝦肉糜的大，改良前后的蝦肉糜的G′遠大于G″，即tanδ<1，其中復配蝦肉糜的tanδ比純蝦肉糜更小，表明復配的蝦肉糜相比于純蝦肉糜具有優良的彈性，黃原膠-魚肉蛋白共凝膠作用提高了蝦肉糜的凝膠品質。隨著振蕩頻率的增加，復配蝦肉糜凝膠的G′與G″也隨之增加，這是由于蝦肉糜的剪切稀化現象導致的；在較低的振蕩頻率下，蝦肉糜凝膠內部的蛋白質分子相互作用，形成穩定的三維結構，使其不被破壞，較小的頻率反而更有利于其網狀結構的形成[25]。當振蕩頻率過高時，蝦肉糜凝膠的三維網狀結構受到破壞，流動性增加，但G′始終遠大于G″，蝦肉糜凝膠的彈性成分占優勢。

圖5 黃原膠和羅非魚魚糜對蝦肉糜流變特性的影響Fig.5 Effect of xanthan and gum- tilapia surimi on the rheological properties of shrimp surimi

3 結論

本研究添加了黃原膠和羅非魚魚糜改良蝦肉糜的凝膠品質，優化得到工藝條件：黃原膠添加量3%，羅非魚蛋白添加量7%，斬拌時間90 s，凝膠時間20 min，在此條件下凝膠強度為29.55 N·mm，達到AA級國家標準。相比于純蝦肉糜，復配蝦肉糜的持水性有所提高，水分組成的分布更為理想，促進了凝膠品質；復配蝦肉糜的鹽溶性蛋白質含量與熱穩定性有所提高，凝膠強度、彈性模量(G′)與黏性模量(G″)也有所提高，有助于保持蝦肉糜的形狀和提高產品的穩定性，這說明黃原膠和羅非魚魚糜復配產生的共凝膠作用能顯著提高蝦肉糜的凝膠品質，降低生產成本，得到優質的蝦肉糜制品。