幾種添加物對草魚魚糜制品凝膠品質改良的影響

楊賢慶，丁利，2，馬海霞，李來好，程琳麗，2

1(中國水產科學研究院南海水產研究所，農業部水產品加工重點實驗室，國家水產品加工技術研發中心，廣東廣州，510300)2(上海海洋大學食品學院，上海，201306)

魚糜凝膠強度的大小和白度的高低是衡量魚糜質量好壞的重要指標［1］。在魚糜中，變性淀粉具有優良的性能，具體表現在可提高產品的凝膠性能，降低制品成本，擁有良好的黏著性和吸水性，同時還使魚糜的持水性和白度得到提高［2－5］。魔芋膠由于能通過自身所形成的凝膠體系和凝膠保水性能保護蛋白質，可通過提高水分的活度減少或阻止油脂粒子的滲出和遷移［6］，同時魔芋膠又可作為一種可溶性膳食纖維［7－9］，兼具食品膠和膳食纖維的雙重功效，因此在魚糜加工領域具有較大的應用價值。乳清蛋白、大豆蛋白能夠使內源性熱激活蛋白酶得到抑制，從而使魚糜的質構特性得到改善［10－12］。Benjakul等［13］的研究表明，共同使用乳清濃縮蛋白和鈣離子可以使熱帶魚魚糜的凝膠特性得到有效改善。根據Yongsawat-digul等［14］的研究，乳清蛋白和雞蛋清對蜥魚魚糜的蛋白自溶有很好的抑制作用，從而提高魚糜凝膠形成能力。目前在改善魚糜品質方面，大多研究集中在單獨使用變性淀粉、魔芋精粉或蛋清蛋白粉上，對于將三者共同使用，研究其對魚糜品質影響的報道較少。此外，草魚生長迅速，是我國淡水養殖魚類中產量最大的魚類，且富含蛋白質和不飽和脂肪酸等營養元素，可作為加工魚糜的良好原料。

本文通過研究木薯變性淀粉、魔芋精粉及蛋清蛋白粉添加量對草魚魚糜凝膠強度和白度的影響，探索以草魚為原料制備魚糜制品的最佳配方，為草魚魚糜制品的加工提供理論依據，為草魚魚糜制品的產業化提供一定的科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮活草魚，(質量(條)＞1 000 g，購于廣州市水產市場);木薯變性淀粉(食品級)，上海蘭德淀粉科技有限公司;特級魔芋精粉(食品級)，湖北強森魔芋科技有限公司;蛋清蛋白粉(食品級)，浙江省長興艾格生物制品有限公司;食鹽市購。

1.2 儀器與設備

QTS－25型質構儀，美國 Brookfield公司;ZB－50型斬拌機，揭東縣港美吳哲食品機械廠;FW100高速勻漿組織搗碎機，天津市泰斯特儀器有限公司;FMP400AS制冰機，美國格蘭特有限公司;HH－2孔數顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;HR2006型飛利浦攪拌機，飛利浦有限公司;FA1104N電子分析天平，上海民橋精密科學儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 草魚魚糜凝膠制備

鮮活草魚→預處理→冰水沖洗→采肉→漂洗、去腥(3次漂洗，鹽水質量濃度為2.5 g/L，整個過程加冰使魚肉溫度保持在10℃左右)→脫水→斬拌(加入改良劑，加冰使魚肉溫度保持在15℃左右，斬拌后使魚糜含水量保持在82% ～83%)→灌腸→二段加熱凝膠化→冰水中冷卻→4℃保存24 h［15］

1.3.2 魚糜凝膠強度的測定

用QTS－25型質構儀測定魚糜凝膠強度。將灌腸后的樣品切成直徑2 cm、高度3 cm的圓柱體。選用直徑為11.3 mm的球形探頭，下壓距離為15 mm，測試力4.5 g，以60 mm/min的速度測得破斷強度(g)和凹陷深度(mm)。魚糜凝膠強度(g·cm)為兩者的乘積。

1.3.3 魚糜白度的測定

將魚腸切成厚3 mm的薄片，用WSC-S測色色差計對樣品的色澤進行測定，色差計采用標準白板校正，記錄樣品的L*、a*、b*值。白度W采用的公式計算:

每組試驗重復5次，其結果取5次測定的平均值。

2 結果與分析

2.1 木薯變性淀粉添加量對魚糜凝膠特性的影響

選取6個水平的木薯變性淀粉添加量(質量分數，下同)，研究其對魚糜凝膠強度和白度的影響，結果見圖1.

由圖1可知，魚糜凝膠強度和白度隨著木薯變性淀粉添加量的增加均呈增大趨勢，二者呈正相關，這與劉海梅的研究結果一致［16］。其原因可能是木薯變性淀粉含有更多的支鏈，而淀粉中含有更多直鏈可能會對顆粒的膨脹有抑制作用［17］。而木薯變性淀粉吸水膨脹形成凝膠填充于蛋白質凝膠的網絡結構中，從而使魚糜凝膠的網絡結構更加致密［18］。因此淀粉中支鏈含量越高，淀粉的膨脹程度就越高，而添加支鏈含量高的淀粉的魚糜凝膠強度就越高［19］。且淀粉吸水膨脹可增加魚糜的透明度，從而增加了魚糜的白度，進而改善了魚糜凝膠的品質。但當木薯變性淀粉添加量達到和超過16%時，魚糜凝膠強度和白度的增勢趨緩，原因可能是過度增加木薯變性淀粉添加量，就會使木薯變性淀粉在草魚魚糜中的膨脹程度達到飽和，從而導致魚糜凝膠強度和白度不再增加?？梢?，魚糜本身的品質和所添加淀粉的性質是影響草魚魚糜制品的品質的重要因素。

2.2 魔芋精粉添加量對魚糜凝膠特性的影響

圖2表明，適當添加魔芋精粉量可增加魚糜凝膠強度和白度，原因可能是魔芋精粉的膠凝作用增強了魚糜凝膠強度，這與Xiong等［20］人的研究結果一致。而魔芋精粉本身形成的凝膠亮度較高，增加了魚糜的白度。但劉海梅等［21］人的研究認為魔芋精粉顯著降低了鰱魚魚糜凝膠強度，這說明魚糜凝膠強度受魔芋精粉的用量、魚的種類等因素的影響。當魔芋精粉的添加量為0.9%時，草魚魚糜凝膠強度顯著降低，說明魔芋精粉添加量過高時不利于魚糜凝膠網絡結構的形成?？赡苁怯捎谀в缶墼鰪娏唆~糜凝膠中的亞微粒子的負電荷和靜電排斥力，為水合作用提供了更加穩定的場所，引起了離子水合作用和蛋白質－多糖復合物的溶解，導致了凝膠強度的下降。過高的魔芋精粉添加量使魚糜白度顯著降低，因此，在實際應用中，魔芋精粉的添加量不應太高。

圖1 木薯變性淀粉添加量對魚糜凝膠的影響Fig.1 Effect of cassava modified starch on textural properties of surimi gel

圖2 魔芋精粉添加量對魚糜凝膠的影響Fig.2 Effect of konjac flour on textural properties of surimi gel

2.3 蛋清蛋白粉添加量對魚糜凝膠特性的影響

由圖3可知，添加蛋清蛋白粉可改良草魚魚糜的凝膠強度。添加量為0% ～4%時，魚糜凝膠強度和白度呈逐步增長趨勢，在添加量4%時，凝膠強度達到了最大值881.8(g·cm)，比對照樣品提高了2.03倍。這可能是因為蛋清蛋白粉作為一種黏合劑，可以和蛋白質基質相互作用，蛋清蛋白粉和肌原纖維蛋白的相互作用加強了凝膠網絡結構。此外，蛋清蛋白粉中的活性成分也可能使凝膠強度得到了提高。而蛋清蛋白粉本身呈乳白色，其白度高于草魚魚糜，進而對魚糜白度產生了正面的影響。當添加量超4%時，魚糜凝膠強度呈現下降趨勢，這與國外學者對某些海水魚糜的研究結果［22］相似.可能是由于過多的蛋清蛋白粉能稀釋肌原纖維蛋白或干擾肌原纖維蛋白的交聯作用，從而抑制凝膠網絡的形成。

圖3 蛋清蛋白粉添加量對魚糜凝膠的影響Fig.3 Effect of egg white protein powder on textural properties of surimi gel

2.4 改良草魚魚糜凝膠品質的響應面試驗分析

2.4.1 改良草魚魚糜凝膠品質數學模型的建立與顯著性分析

按照Box-Benhnken試驗設計原理，根據單因素的試驗結果，考察木薯變性淀粉(X1)、魔芋精粉(X2)及蛋清蛋白粉(X3)對草魚魚糜凝膠強度(Y)和和白度(Z)的影響。試驗因素編碼及水平見表1，試驗設計方案與方差分析結果如表2、表3所示。表2中共有17個試驗點，包括12個析因點和5個零點。試驗號1～12為析因試驗，試驗號13～17為中心試驗。析因點代表自變量取值在X1、X2、X33個變量所構成的三維頂點，零點代表中心水平，重復5次用來估計試驗誤差。

表1 Box-Benhnken試驗設計因素編碼表Table 1 Box-Behnken central composite design factors coding table

2.4.2 魚糜凝膠強度的回歸分析

通過Design-Expert 8.05軟件對表2中的數據進行多元回歸擬合后，得到響應值(Y)和各因素(X1、X2、X3)的多元二次回歸方程:

表2 Box-Benhnken試驗設計與試驗結果Table 2 Box-Behnken central composite design arrangement and experimental results

表3 凝膠強度試驗模型的ANOVA分析結果Table 3 Variance analysis(ANOVA)for the fitted quadratic regression model of gel strength

由表3的方差分析結果可知，該試驗模型方程極顯著(P=0.000 7＜0.01)，失擬項不顯著(P=0.138 5＞0.05)，說明回歸模型與實際值擬合的較好?；貧w方程的二次項相關系數R2=95.33%，，表明大約有95%的變異存在于3個自變量當中，僅有約5%的總變異不能用回歸模型解釋。因此，該回歸方程可以對魚糜凝膠強度影響因素的真實值加以分析和預測。通過表3中的P值，可以看出木薯變性淀粉的一次項和各因素的二次項均達到了極顯著水平(P＜0.01)，但各因素之間的交互作用均不顯著，其交互作用的響應曲面見圖4。通過F值還可知，各因素對魚糜凝膠強度的影響顯著性次序為木薯變性淀粉＞魔芋精粉＞蛋清蛋白粉，說明各影響因素和響應值之間不是簡單的線性關系。

圖4 各因素的交互作用對魚糜凝膠強度的影響Fig.4 Response surface plots demonstrating the pairwise interactive effects of three conditions on surimi gel

由圖4可知，魚糜凝膠強度隨著木薯變性淀粉添加量的增加而顯著增大，這與之前的單因素試驗結果一致，變化比較顯著;魚糜凝膠強度隨魔芋精粉和蛋清蛋白粉添加量的增加而呈現先增大后減小的趨勢，但是變化的趨勢相對于木薯變性淀粉較平緩。

進一步用Design-Expert 8.05軟件對回歸模型進行典型性分析，根據軟件中的Optimization分析得出優化結果，經優化后，為使魚糜凝膠強度達到最大，各因素的最佳添加量為木薯變性淀粉18.82%，魔芋精粉0.59%，蛋清蛋白粉4.16%，此時魚糜凝膠強度的理論最大值為2 355.48(g·cm)。根據優化后的添加量，分別進行三組驗證性試驗，在此條件下，測得魚糜凝膠強度為2 332.26(g·cm)，與理論值相比誤差小于1.5%。

2.4.3 白度的可靠性分析

從表4中可以看出，木薯變性淀粉的一次項、魔芋精粉的二次項和蛋清蛋白粉的二次項均對魚糜的白度呈極顯著性影響(P＜0.01)，木薯變性淀粉的二次項和蛋清蛋白粉對魚糜的白度影響顯著(P＜0.05)，而魔芋精粉的一次項和3個自變量的交互項對魚糜白度的影響不顯著(P＞0.05)。二次項相關系數R2為95.11%，大于90%，說明此模型的相關度很好，可以用于魚糜白度的模擬和分析。失擬項P=0.212 7＞0.05，不顯著，說明該模型的擬合度較好，可以充分解釋響應中的變異。

表4 白度試驗模型的ANOVA分析結果Table 4 Variance analysis(ANOVA)for the fitted quadratic regression model of whiteness

采用逐步回歸法得出木薯變性淀粉、魔芋精粉和蛋清蛋白粉對魚糜白度的優化方程，方程如下:

運用Design-Expert 8.05軟件，根據白度的回歸方程繪制響應面分析圖，可以較直觀地反應各自變量的交互作用。圖5顯示了各自變量對魚糜白度的影響效果?？梢钥闯鲭S著木薯變性淀粉添加量的增加，魚糜白度呈顯著增加，當木薯變性淀粉添加量達到16%時，魚糜白度增長趨勢趨于平緩。魔芋精粉的添加量對魚糜白度的影響不明顯，變化幅度較小。而隨著蛋清蛋白粉添加量的增加，魚糜白度呈先增加后減小的趨勢。為了使魚糜白度最大，對優化方程進行Optimization分析，求得各自變量的最佳條件組合:木薯變性淀粉添加量為19.32%，魔芋精粉的添加量為0.61%，蛋清蛋白粉添加量為4.60%。此條件下，魚糜白度的預測值為73.72。為了檢驗該白度試驗模型的可靠性，按此優化條件進行了3組驗證性試驗，得出3次結果的實測平均值為73.51，與預測值比較接近。

圖5 各因素的交互作用對魚糜白度的影響Fig.5 Response surface plots demonstrating the pairwise interactive effects of three conditions on whiteness

3 結論

(1)由單因素試驗的結果可知，添加適量的木薯變性淀粉、魔芋精粉和蛋清蛋白粉均能提高魚糜凝膠強度和白度。

(2)本實驗基于Box-Benhnken響應曲面試驗設計，建立了兩個響應值(魚糜凝膠強度和白度)和3個自變量(木薯變性淀粉、魔芋精粉和蛋清蛋白粉)間的相互作用數學模型，由方差分析結果得知:一次項X1，二次項對魚糜凝膠強度和白度都有極顯著影響(P＜0.01)。且木薯變性淀粉對響應值的貢獻最大。凝膠的透明性可增加白度值，但凝膠強度過大會降低魚糜的口感，影響感官。

(3)根據試驗回歸模型，綜合考慮成本及魚糜的口感、色澤等評價指標，通過試驗確定了草魚魚糜凝膠品質改良劑的最佳添加量:木薯變性淀粉19%，魔芋精粉0.60%，蛋清蛋白粉4.5%。在此條件下，草魚魚糜凝膠強度和白度的的預測值分別為2 352.57(g·cm)、73.72，實際則分別為2 330.68(g·cm)、73.49，分別為預測值的99.10%、99.69%。此試驗模型能較好的反映實際情況，可用于魚糜凝膠強度和白度的預測。

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