淀粉對南極磷蝦復合蝦糜凝膠品質的影響

郭璇，張彪，韓佳彤，林峻鑫，滿昊，于波，佟毅，李冬梅,4*

1(大連工業大學 食品學院，國家海洋食品工程技術研究中心，遼寧 大連，116034) 2(遼漁集團遠洋食品公司，遼寧 大連，116000)3(中糧生物科技股份有限公司，安徽 蚌埠，233010) 4(大連工業大學，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)

南極磷蝦(Euphausiasuperba)資源豐富，生物總量為0.65～10億t[1]，具有很高的營養價值[2-3]。然而，磷蝦的肌原纖維含量低且其豐富的內源性蛋白酶促使磷蝦蛋白快速自溶，導致磷蝦蛋白功能特性的喪失[4]，尤其是凝膠、質構形成和保水能力的喪失，使其不能單獨用于普通蝦糜制品的生產，成為了磷蝦商業化加工和以磷蝦蛋白為基礎的重組產品開發的主要瓶頸。因此，為了擴大磷蝦蛋白在重組食品上的應用，需要改善磷蝦蛋白的凝膠性能。田利利等[5]研究發現，將阿拉斯加鱈魚糜與南極磷蝦糜復配可以獲得凝膠性較強的蝦糜-魚糜凝膠。王志江等[6]將谷氨酰胺轉氨酶(transglutaminase，TG酶)、組織化植物蛋白與南極磷蝦肉糜進行反應，并優化了NaCl、CaCl2的添加量以及反應時間，得到了凝膠強度較高的蝦糜凝膠。許剛[7]發現3種畜禽肉(雞肉、豬肉、牛肉)和2種魚肉(鳙魚和白姑魚)的添加均能增加磷蝦糜凝膠制品的破斷力和破斷距離。前期研究發現，將南美白對蝦與南極磷蝦進行復配能夠獲得較好的凝膠特性，在此基礎上探究外源添加物對復合蝦糜凝膠的影響，旨在為南極磷蝦蝦糜類制品的開發提供數據支撐。

魚糜類產品是當前水產品制品中非常重要的品類。魚糜凝膠的品質通過添加TG酶、大豆分離蛋白(soybean protein isolate，SPI)和淀粉等外源添加物得到了顯著改善[8]。其中，淀粉是魚糜制品中使用最廣泛的外源添加物，吸水溶脹后作為填充劑存在于魚蛋白凝膠網絡結構間隙中，凝膠基質被擠壓，從而使魚糜凝膠網絡結構更為致密，有效提高魚糜的保水性能，從而提高魚糜制品的質量，降低成本，增加產量[9-10]。此外，淀粉種類及其功能特性(如淀粉粒徑和支鏈淀粉含量)的差異極大地影響了魚糜凝膠特性的改善。倪偉等[11]研究了羥丙基二淀粉磷酸酯(hydroxypropyl distarch phosphate，HPDSP)對中華管鞭蝦蝦糜凝膠性能的改善效果，表明7%的HPDSP能顯著改善蝦糜凝膠的質構特性、凝膠強度、持水性、微觀結構等。PAN等[12]將不同支鏈比的淀粉(馬鈴薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉和變性淀粉)添加到南美白對蝦蝦糜中，研究其質構、持水性能等的變化，結果表明添加6%變性淀粉可以提高南美白對蝦蝦糜凝膠的硬度、黏聚性和彈性，改善其持水能力。

目前，關于淀粉對魚糜以及復合魚糜凝膠特性的影響已有廣泛報道[9-10,13]，但對比不同淀粉對南極磷蝦蝦糜凝膠特性影響的研究較少。本研究以南極磷蝦及南美白對蝦混合制得的復合蝦糜為對象，研究木薯淀粉、蠟質玉米淀粉、羥丙基二淀粉磷酸酯、乙?；p淀粉己二酸酯和磷酸酯雙淀粉5種淀粉對復合南極磷蝦糜凝膠特性的影響，確定最適淀粉及其添加量，以期為南極磷蝦糜制品開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

南極磷蝦肉，大連遼漁遠洋食品有限公司；南美白對蝦蝦仁，大連美極鮮蝦食品有限公司；蠟質玉米淀粉、羥丙基二淀粉磷酸酯、乙?；p淀粉己二酸酯、磷酸酯雙淀粉，中糧集團；木薯淀粉，新良(良潤)面粉食品有限公司。

SD-JR57型絞肉機，三的電器制造有限公司；Stable Micro Systems TA.XT.plus型質構儀，英國SMS公司；Ultra Scan PRO測色儀，美國Hunter Lab公司；H1850R湘儀離心機，河南兄弟儀器設備有限公司；Discovery HR-1旋轉流變儀，美國TA儀器；JJ200型電子天平，常熟市雙杰測試儀器廠；Coolsafe 110-4冷凍干燥機，丹麥Labogene公司；JSM-7800F掃描電鏡儀，日本東京電子株式會社。

1.2 實驗方法

1.2.1 復合蝦糜凝膠樣品的制備

將冷凍南美白對蝦蝦仁與南極磷蝦肉分別在4 ℃下解凍12 h后，瀝干表面水分。將南極磷蝦肉與南美白對蝦仁按照質量比2∶3混合，斬拌5 min，加入質量分數為2.25%的食鹽和0.5%的復合磷酸鹽斬拌5 min?？瞻捉M不添加淀粉，實驗組分別添加質量分數為2%、4%、6%、8%的木薯淀粉、蠟質玉米淀粉、羥丙基二淀粉磷酸酯、乙?；p淀粉己二酸酯、磷酸酯雙淀粉斬拌5 min。將復合蝦糜裝入聚碳酸酯(polycarbonate，PC)管(φ30 mm×30 mm)中，排氣密封，采用兩段式加熱方法。根據米紅波等[14]的研究方法和前期預實驗結果，加熱條件設定為：40 ℃水浴加熱30 min，90 ℃水浴加熱20 min。在冰水中冷卻20 min后，于4 ℃下冷藏過夜，備用。

1.2.2 白度的測定

將凝膠樣品于室溫下平衡2 h，將樣品切成直徑為25 mm、高度為30 mm的圓柱體，使用測色儀測定樣品的L*、a*、b*值。每組樣品測定3個平行。白度值W按公式(1)計算：

(1)

式中：L*,亮度；a*正值表示偏紅，負值表示偏綠；b*正值表示偏黃，負值表示偏藍。

1.2.3 持水性的測定

將凝膠樣品切成2 mm薄片，稱取樣品質量(m1)，用濾紙包裹樣品薄片并放至離心管底部，4 000 r/min離心20 min后，取下包裹的濾紙再次稱重(m2)。每組樣品測定3個平行。持水性按照公式(2)計算[15]：

(2)

式中：WHC，表示持水性，%；m1，復合蝦糜凝膠的原始質量，g；m2，復合蝦糜凝膠離心后的質量，g。

1.2.4 弛豫時間的測定

將凝膠樣品切成直徑為25 mm、高度為10 mm的圓柱體，用保鮮膜包裹，使用低場核磁共振儀(low field nuclear magnetic resonance, LF-NMR)進行橫向弛豫時間T2的測定。弛豫時間的測定參數為：質子共振頻率22 MHz，90°脈寬15.00 μs，重復采樣等待時間4 000 ms，回波時間0.3 ms，回波個數2 000，采樣頻率200 Hz，累計采樣，每個處理組重復測定3 次，結果取平均值。

1.2.5 動態流變學性質測定

在測試平臺上將復合蝦糜樣品均勻著色，選用40 mm平板測定升溫過程中儲能模量(G′)的變化。每組樣品測定3個平行。采用溫度掃描模式，振蕩頻率0.1 Hz，應變1.0%，平行板間距1 mm，溫度掃描范圍20～90 ℃，升溫速率5.0 ℃/min。

1.2.6 凝膠質構的測定

凝膠樣品在室溫下平衡2 h后，參考LUO等[16]的方法并稍作修改。將樣品切成直徑為25 mm、高度為30 mm的圓柱體，使用質構儀TPA模式進行壓縮測試。每組樣品至少測定6個平行。探頭為P/50，測試前、中、后速率分別為3、1、4 mm/s，應變為30%，觸發力為5 g。

1.2.7 凝膠強度的測定

凝膠樣品在室溫下平衡2 h后，參考LUO等[16]的方法并稍作修改。將樣品切成直徑為25 mm、高度為30 mm的圓柱體，使用質構儀的球形探頭P/5 s進行穿刺測試，每組樣品至少測定6個平行。測試前速率為5 mm/s，測試中速率為1 mm/s，測試后速率為10 mm/s，穿透比為50%，觸發力為5 g。

1.2.8 微觀結構

參考焦甜甜等[17]的方法，將凝膠樣品凍干后切成小塊(0.5 cm×0.5 cm)，黏在導電膠上進行噴金，用環境掃描電鏡在真空條件(電壓25 kV，二次電子成像模式，溫度5 ℃，濕度15%)下進行觀察。

1.2.9 數據處理及統計分析

實驗數據使用IBM SPSS 26.0軟件進行統計分析，結果以平均值±標準差表示，使用Origin 9.0軟件進行作圖，顯著性分析采用Duncan檢驗。

2 結果與分析

2.1 淀粉對復合蝦糜凝膠白度值的影響

白度值的高低可以反映魚糜制品的質量，均勻致密的凝膠網絡結構具有更好的光學性能[16]。由圖1可知，復合蝦糜凝膠的白度值隨淀粉添加量的增加而降低，但不同種類的淀粉對于復合蝦糜凝膠的白度值影響程度有所差別。當淀粉添加量為6%時，木薯淀粉、蠟質玉米淀粉、羥丙基二淀粉磷酸酯、乙?；p淀粉己二酸酯、磷酸酯雙淀粉的白度值分別比空白組降低了3.70%、6.61%、6.60%、5.10%、3.73%，其中，蠟質玉米淀粉及其變性淀粉更容易造成復合蝦糜凝膠白度的下降，而羥丙基二淀粉磷酸酯、乙?；p淀粉己二酸酯、磷酸酯雙淀粉是蠟質玉米淀粉通過不同的改性處理得到的，淀粉顆粒結構的強度增強，從而抑制了顆粒的膨脹和破裂，光的折射和反射強度相應減弱，難以穿過淀粉顆粒，白度值降低不顯著(P>0.05)且肉眼無法區分[18-19]。

圖1 不同淀粉對復合蝦糜凝膠白度值的影響Fig.1 Effects of different starches on whiteness of mixed shrimp surimi gel注：小寫字母表示同一淀粉不同添加量之間差異顯著(P<0.05)； 大寫字母表示不同淀粉同一添加量之間差異顯著(P<0.05)(下同)

2.2 淀粉對復合蝦糜凝膠持水性的影響

持水性是魚糜類凝膠保水性能高低的直接反映，與蛋白質-水相互作用的能力以及凝膠網絡結構的強弱有關[20]。由圖2可知，復合蝦糜凝膠的持水性隨淀粉添加量的增加顯著增加(P<0.05)，當乙?；p淀粉己二酸酯淀粉的添加量為6%時，復合蝦糜凝膠的持水性為85.55%，相比空白組提高了20.27%，當添加量為8%時，復合蝦糜凝膠的持水性達到最大值88.59%，相比空白組提高了24.50%。不同淀粉對復合蝦糜凝膠持水性的影響不同，其中羥丙基二淀粉磷酸酯、乙?；p淀粉己二酸酯、磷酸酯雙淀粉3種變性淀粉的持水性顯著高于木薯淀粉和蠟質玉米淀粉(P<0.05)，其原因可能是3種變性淀粉經過分子間的交聯作用，導致復合蝦糜凝膠吸水能力和持水能力顯著增強[21]。

圖2 不同淀粉對復合蝦糜凝膠持水性的影響Fig.2 Effects of different starches on water-holding capacity of mixed shrimp surimi gel

2.3 淀粉對復合蝦糜凝膠弛豫時間的影響

由圖3可知，復合蝦糜凝膠的橫向弛豫時間T2波譜圖存在4個特征峰T2b(單分子層水)、T21(半結合水)、T22(不易流動水)和T23(自由水)，所對應的弛豫峰面積分別表示為A2b、A21、A22、A23。弛豫時間分布的變化表征復合蝦糜凝膠中存在的多種狀態水分群中水分的結合狀態和自由移動程度。弛豫峰面積百分比圖表征復合蝦糜凝膠中各種狀態水分群的流動和轉移[22]。

由橫向弛豫時間T2波譜圖可知，淀粉的添加使復合蝦糜凝膠的T2弛豫時間整體右移，即弛豫速度減小，T2弛豫時間增大，表明各水分的自由度增強，可能與淀粉所含的親水性基團有關。由T2弛豫時間峰面積百分比圖可知，隨著淀粉添加量的增加，復合蝦糜凝膠的A22較空白組均有所升高，A23顯著降低(P<0.05)，說明淀粉的添加使A23發生部分遷移。進一步分析發現，添加木薯淀粉的復合蝦糜凝膠A22增加，而添加蠟質玉米淀粉及其變性淀粉的復合蝦糜凝膠A21和A22均增加，說明復合蝦糜凝膠體系中的水分向半結合水及不易流動水2個方向移動，復合蝦糜凝膠的持水性增強，是因為淀粉顆粒受熱吸收了復合蝦糜中的游離水，導致A23降低。同時，蛋白質中的酰胺基與淀粉中的羥基形成新的氫鍵，吸附了更多水分子，A22隨之增加[23]。

A、a-木薯淀粉；B、b-蠟質玉米淀粉；C、c-羥丙基二淀粉磷酸酯； D、d-乙?；p淀粉己二酸酯；E、e-磷酸酯雙淀粉圖3 不同淀粉對復合蝦糜凝膠T2弛豫時間及峰面積的影響Fig.3 Effects of different starches on the T2 relaxation time and peak area of mixed shrimp surimi gel

2.4 淀粉對復合蝦糜凝膠質構特性的影響

由表1可知，不同淀粉及其添加量對復合蝦糜凝膠的質構特性均有顯著性影響(P<0.05)。添加8%木薯淀粉對復合蝦糜凝膠硬度的影響最顯著，較空白組增加了205.80%，可能是木薯淀粉比其他4種淀粉的顆粒大，更易吸水溶脹，在凝膠內部產生較大壓力促進蛋白間相互作用，增強了其硬度。且木薯淀粉是原淀粉，在4 ℃下冷藏過夜發生了老化回生現象[14]。同時，這也是導致木薯淀粉的彈性、黏聚性、回復性顯著低于其他4種淀粉的原因。適量的淀粉能夠顯著改善復合蝦糜凝膠的質構性能(P<0.05)，但是當木薯淀粉和蠟質玉米淀粉添加量為8%時，復合蝦糜凝膠的彈性相比添加6%淀粉時分別下降了0.35%、0.43%，表明淀粉本身的物性在添加量過大時可能會影響復合蝦糜凝膠的固有物性，從而阻礙蝦糜蛋白之間的交聯[22]，因而添加6%的淀粉可以獲得質構特性較好的蝦糜凝膠。

表1 不同淀粉對復合蝦糜凝膠質構特性的影響Table 1 Effects of different starches on the texture properties of mixed shrimp surimi gel

2.5 淀粉對復合蝦糜凝膠強度的影響

凝膠強度是評價魚糜質量優劣的重要指標。由圖4可知，隨著淀粉添加量的增加，復合蝦糜凝膠的凝膠強度逐漸增強，是因為在熱誘導的過程中，蛋白質凝膠基質中嵌入的淀粉顆粒在溶脹時對基質施加壓力并從基質中吸水所致[24]。而添加不同淀粉對復合蝦糜的凝膠強度影響程度不同。當淀粉添加量大于2%時，添加木薯淀粉的復合蝦糜凝膠強度顯著高于其他4種淀粉，并在添加量為6%時取得最大值(1 444.43 g·mm)，而當添加量為8%時，凝膠強度下降了7.25 g·mm，這與復合蝦糜凝膠的硬度及彈性結果一致。羥丙基二淀粉磷酸酯、乙?；p淀粉己二酸酯和磷酸酯雙淀粉在添加量達到6%時，凝膠強度仍然呈上升趨勢，可能是淀粉膨脹對凝膠強度的增強作用強于蝦糜蛋白減少的弱化作用[25]，并且淀粉經改性引入大量的親水性基團后獲得了比原淀粉更大的膨脹度，使得復合蝦糜凝膠網絡更加致密[26]。

圖4 不同淀粉對復合蝦糜凝膠強度的影響Fig.4 Effects of different starches on the gel strength of mixed shrimp surimi gel

2.6 淀粉對復合蝦糜流變學特性的影響

動態流變學常被用來評價蛋白質的黏彈性，也是凝膠性質的表征。儲能模量(G′)的增加能夠表明良好凝膠網絡的形成，G′越高表明其形成的凝膠結構越好[27]。如圖5所示，5種淀粉對復合蝦糜凝膠G′的整體變化趨勢一致，但受到淀粉種類及不同添加量的影響。對于空白組，G′隨溫度的升高先略有升高，然后在溫度接近40 ℃時迅速下降，然后繼續隨溫度的升高而升高，在接近80 ℃時，G′達到最大值，并在80～90 ℃出現一個相對穩定的平穩曲線，但在接近90 ℃時G′略有下降。對同一淀粉而言，隨著淀粉添加量的增加，蝦糜-淀粉凝膠體系的G′逐漸升高，且與空白組相比有顯著性差異(P<0.05)，這主要是因為經加熱后，淀粉顆粒吸水溶脹并以充填方式與復合蝦糜蛋白凝膠網絡結合，增大了凝膠網絡的凝膠強度和黏彈性，從而增加了體系的G′[13]。此外，淀粉的添加量也影響了復合蝦糜蛋白的變性，隨著淀粉添加量的增加，復合蝦糜凝膠儲能模量的峰值溫度升高，表明淀粉的添加影響了復合蝦糜蛋白的變性溫度，使變性溫度升高，主要是因為淀粉顆粒吸水膨脹，占據了大量空間，阻礙了蛋白質分子的伸展變性，從而導致變性溫度升高[28]。同樣，淀粉種類影響復合蝦糜凝膠升溫過程中的G′。由圖5可知，添加不同淀粉的復合蝦糜凝膠的儲能模量峰值及峰值溫度均高于空白組樣品。對復合蝦糜凝膠G′的作用強弱順序為：蠟質玉米淀粉>乙?；p淀粉己二酸酯>羥丙基二淀粉磷酸酯>木薯淀粉>磷酸酯雙淀粉。

a-木薯淀粉；b-蠟質玉米淀粉；c-羥丙基二淀粉磷酸酯；d-乙?；p淀粉己二酸酯；e-磷酸酯雙淀粉圖5 不同淀粉對復合蝦糜凝膠儲能模量(G′)的影響Fig.5 Effects of different starches on storage modulus (G′) of mixed shrimp surimi gel

2.7 淀粉對復合蝦糜凝膠微觀結構的影響

通過分析復合蝦糜凝膠的凝膠強度、持水性、流變學特性，本實驗選取添加量為2%、4%、6%、8%的乙?；p淀粉磷酸酯淀粉與其他4種添加量為6%的淀粉進行微觀結構觀察。如圖6所示，隨著淀粉添加量的增加，形成了表面較為平滑、孔洞較為均一且有序的蝦糜凝膠網絡。但當淀粉添加量大于6%時，復合蝦糜凝膠網絡結構變得相對疏松，這是因為過量的淀粉顆粒因擠壓而破壞了凝膠網狀結構，降低其穩定性。在相同淀粉添加量的情況下，添加乙?；p淀粉己二酸酯的復合蝦糜凝膠網絡結構中孔徑雖大，但是孔洞分布均勻，形成了平滑完整的凝膠網絡結構，從而獲得了更好的持水性。

a-2%乙?；p淀粉己二酸酯；b-4%乙?；p淀粉己二酸酯；c-6%乙?；p淀粉己二酸酯;d-8%乙?；p淀粉己二酸酯； e-6%木薯淀粉；f-6%蠟質玉米淀粉；g-6%羥丙基二淀粉磷酸酯；h-6%磷酸酯雙淀粉圖6 不同淀粉對復合蝦糜凝膠組織結構的影響(100×)Fig.6 Effect of different starches on structure of mixed shrimp surimi gel (100×)

3 結論

淀粉種類及不同添加量對復合蝦糜的凝膠品質均有顯著影響。淀粉的加入能夠顯著提高復合蝦糜凝膠的持水力、質構性能、凝膠強度、儲能模量(G′)，改善符合蝦糜凝膠的水分分布和微觀結構。但是當淀粉添加量大于6%時，復合蝦糜凝膠的彈性、凝膠強度會有所降低，微觀結構會有一定程度的損壞，造成復合蝦糜凝膠品質的下降。木薯淀粉在改善復合蝦糜凝膠白度以及凝膠強度方面優于其他4種淀粉，乙?；p淀粉己二酸酯在改善復合蝦糜凝膠持水性、微觀結構方面具有更好的效果，凝膠強度方面僅次于木薯淀粉。綜合各項指標，6%的乙?；p淀粉己二酸酯淀粉可用于改善復合蝦糜的凝膠品質。