TGase和Ca2＋联合作用对未经漂洗的革胡子鲶鱼鱼糜凝胶特性...
TGase和Ca2＋联合作用对未经漂洗的革胡子鲶鱼鱼糜凝胶特性的影响鲍佳彤1,宁云霞1,杨淇越1,梁丽雅1,李 玲1,王 洋2,马俪珍1,*
(1.天津农学院食品科学与生物工程学院,国家大宗淡水鱼加工技术研发分中心,天津市水产品加工及质量安全校企协同创新重点实验室,天津 300384;2.天津农学院水产学院,水产生态及养殖重点实验室,天津 300384)
摘 要：为开发新的鱼糜制品原料,以革胡子鲶鱼(Clarias gariepinus)为研究对象,将革胡子鲶鱼宰杀、去内脏、去皮后,直接得到鱼肉块,不经过传统冷冻鱼糜生产的采肉、漂洗、脱水工艺,而是将鱼肉块冰浴降温处理、添加冷冻防护剂直接斩拌得到革胡子鲶鱼鱼糜。通过测定革胡子鲶鱼鱼糜凝胶的质构特性、凝胶强度、持水力、蛋白共价交联、扫描电镜和动态流变学特性等指标,探讨转谷氨酰胺酶(transglutaminase,TGase)和不同含量CaCl2联合作用对未经漂洗的革胡子鲶鱼鱼糜凝胶特性的影响。结果表明:添加TGase能有效增强革胡子鲶鱼鱼糜凝胶特性,在TGase的添加量为0.4%,随着Ca2+(20～80 mmol/kg)含量增加,鱼糜凝胶特性出现显著变化。在较低的Ca2+含量(20 mmol/kg)下,Ca2+能起到激活TGase的作用,增强革胡子鲶鱼鱼糜凝胶的凝胶强度(3 261.97 g·mm)、弹性(0.92)、茹聚性(0.81)、回复性(0.47)、持水力(76.32%),且弛豫时间T22缩短,储能模量G’增加,微观结构较紧密、空洞较少;而过高的Ca2+含量(40～80 mmol/kg),则使其凝胶强度、弹性均下降,硬度增加,弛豫时间T22延长,持水力和蛋白共价交联程度下降。综上,在革胡子鲶鱼鱼糜中添加0.4% TGase和20 mmol/kg CaCl2能有效提高革胡子鲶鱼鱼糜凝胶特性。
关键词：革胡子鲶鱼;鱼糜;转谷氨酰胺酶;钙离子;凝胶特性
随着社会经济的快速发展,人们的消费方式不断向绿色、营养、健康方向转变,鱼糜制品作为一种低脂肪、高蛋白食品越来越受到消费者的青睐,其产量从2005年的44.63万 t迅速增加到2017年的154.19万 t。但近年来,由于海水资源日益匮乏,海水鱼的捕获量逐年下降,致使加工鱼糜制品的主要原料——冷冻海水鱼糜,价格攀升,所以寻求新的鱼糜制品原料迫在眉睫。革胡子鲶鱼(Clarias gariepinus)是我国主要的淡水鱼品种,其养殖密度高,成本低,且营养丰富、无肌间刺、便于加工,所以特别适合作为淡水鱼糜的原料。有研究表明,淡水鱼的凝胶形成能力低于海水鱼,红肉鱼低于白肉鱼,而革胡子鲶鱼正属于红肉鱼,因此研究革胡子鲶鱼鱼糜的凝胶特性是开发革胡子鲶鱼鱼糜制品的关键。本实验室曾研究过革胡子鲶鱼鱼肉的脱腥和保鲜工艺,但目前国内外关于革胡子鲶鱼鱼糜凝胶性能的研究报道相对较少。常用的提高鱼糜凝胶特性的方法有漂洗,添加转谷氨酰胺酶(transglutaminase,TGase)、CaCl2、外源蛋白、水溶性胶体等。传统的冷冻鱼糜制作工艺中是将鱼体宰杀、去头、去内脏后,放入采肉机中采肉,然后经过2～3 次的漂洗和脱水工艺,再进行精滤、擂溃、包装、速冻等工序处理得到。其中,漂洗是提高鱼糜凝胶性能的一种有效方法,通过漂洗可除去鱼肉中的色素、部分无机盐、脂肪和水溶性蛋白等杂质,提高鱼糜的凝胶性和白度。然而,漂洗会导致大约20%～30%水溶性蛋白流失,同时大量漂洗水还易造成水资源浪费和环境污染,另一方面在鱼糜制品的加工中还常常添加猪背膘或鸡皮、鸭皮增加脂肪含量和提高鱼糜制品的风味,而未经漂洗的革胡子鲶鱼鱼肉中本身就含有较高的优质脂肪。介于此,同时考虑到革胡子鲶鱼鱼肉中无肌间刺,便于直接采肉得到鱼肉块,故本研究欲探究不经过漂洗、脱水工艺得到的冷冻鱼糜的凝胶性能以及如何提高其凝胶性。研究报道较多的是在鱼糜制品制作过程中添加TGase,以促进ε-(γ-谷氨酰)赖氨酸键的形成,改变其蛋白结构和功能性能,从而提高鱼糜制品的凝胶性,并且添加Ca2+可适当起到激活TGase的作用,促进蛋白结构适度伸展。但不同鱼种鱼糜(尤其是未经过漂洗工艺的革胡子鲶鱼鱼糜)中最适的Ca2+含量、肌原纤维蛋白特性、TGase添加量等因素均会影响鱼糜的凝胶性能。
本研究将革胡子鲶鱼鱼肉不经过漂洗过程直接制作成革胡子鲶鱼鱼糜,重点研究TGase和不同含量CaCl2联合对未经漂洗的革胡子鲶鱼鱼糜的质构特性(texture profile analysis,TPA)、凝胶特性、持水力、微观结构等品质特性的影响,本研究不仅可以避免革胡子鲶鱼鱼糜中蛋白的损失,降低环境污染,同时也为开发新的鱼糜制品原料提供数据支持。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
革胡子鲶鱼(体质量1.5～1.6 k g,体长38～40 cm) 天津市德仁农业发展有限公司;TGase(酶活力100 U/g) 江苏一鸣生物股份有限公司;复合磷酸盐、山梨糖醇 江阴连盛化工有限公司;CaCl2(食品级) 天津市光复科技发展有限公司;塑料肠衣 天津市汇润泽塑料包装制品有限公司;十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfonate,SDS)(分析纯) 美国Sigma公司;氢氧化钠、磷酸(均为分析纯) 天津市北方天医化学试剂厂;尿素(分析纯) 天津市科密欧化学试剂有限公司;硼砂(分析纯) 天津市风船化学试剂科技有限公司;邻苯二甲醛(o-phthalaldehyde,OPA)、牛血清蛋白、考马斯亮蓝(均为分析纯) 北京索莱宝科技有限公司;β-巯基乙醇、三氯乙酸(均为分析纯) 天津市津科精细化工研究所;无水乙醇(分析纯) 天津市津东天正精细化学试剂厂。
1.2 仪器与设备
CM-14斩拌机 西班牙美卡公司;CM-5色差仪日本Konica Minolta公司;TA-XT plus物性测定仪英国Stable Micro System公司;FA-25匀浆机 上海弗洛克液体机械制造有限公司;PQ-001核磁共振分析仪上海纽迈电子科技有限公司;BZZT-IV-90蒸煮桶 嘉兴艾博实业有限公司;IMS-50制冰机 河南兄弟仪器设备有限公司;Research plus移液枪 德国Eppendorf公司;DZF-6020真空干燥箱 上海博迅实业有限公司;BJRJ-82绞肉机 浙江嘉兴艾博实业有限公司;TU-1800紫外分光光度计 日本Shimadzu公司;ST-40R冷冻离心机 德国Thermo-Fisher公司;SDX-1全自动风冷速冻箱 天津市特斯达食品机械科技有限公司;Pro台式扫描电镜 荷兰Phenom-world BV公司;Discovery流变仪 美国TA仪器;CLC-B2V-M/ CLC 111-TV恒温恒湿培养箱 艾力特国际贸易有限公司;LLJ-A10T1搅拌机广东小熊电器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 革胡子鲶鱼鱼糜的制备
将鲜活革胡子鲶鱼,30 min内运输到学校食品加工厂,立即放入冰水(4～6 ℃)中降温10～15 min,敲击头部击晕,开膛取内脏,用自来水清洗干净取去皮鱼肉块,立即放入碎冰中降温,待鱼肉块温度降为10 ℃以下,从碎冰中取出,用干净纱布擦去表面水分,平铺在不锈钢盘中,放入全自动风冷速冻箱(-35 ℃)预冻30～50 min,至手感略硬,用温度计插入革胡子鲶鱼鱼肉块,测其中心温度为-3 ℃时,取出放入绞肉机中绞碎(筛板8 mm),再放入斩拌机中,加入冷冻防护剂(0.25%复合磷酸盐、0.04%山梨糖醇、5%蔗糖)高速斩拌3～5 min至鱼糜细腻有光泽,即为革胡子鲶鱼鱼糜(经测定,含水量为60.57%)。将其分装到真空包装袋中(每袋500 g),放入速冻箱(-35 ℃)中速冻2 h,将得到的革胡子鲶鱼冷冻鱼糜放入-18 ℃冷库中贮存,本实验中所用鱼糜样品冷冻时间为20 d。
1.3.2 革胡子鲶鱼鱼糜凝胶的制备
取出革胡子鲶鱼冷冻鱼糜在0～4 ℃冷藏条件下缓慢解冻成半解冻状态,切成小块,于斩拌机中空擂1 min,加入质量分数2.2%(革胡子鲶鱼鱼糜肉质量)的食盐继续盐擂3 min,再加入TGase和CaCl2继续斩拌4 min,期间不断加入冰水保持肉馅终温低于12 ℃,冰水的加入量依据革胡子鲶鱼鱼糜的水分含量和最终使肉馅的水分质量分数保持在75%计算,实际冰水加入量为12.68%(总革胡子鲶鱼鱼糜肉质量)。将斩拌好的馅料用手摇灌肠机灌入塑料肠衣(直径3.5 cm)中,排气打扣,采用两段式加热方式,加热条件依据相关文献和前期预实验,首先40 ℃加热1 h,后直接放入90 ℃加热30 min制成革胡子鲶鱼鱼糜凝胶,在冰水中快速冷却后,放入4 ℃冷藏库中冷藏3 d内测定完持水力、白度、蛋白共价交联、微观结构和低场核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)、动态流变、扫描电镜等各项指标;对于凝胶强度和TPA指标,将样品于20 ℃恒温恒湿培养箱中放置12 h后测定。
1.3.3 实验分组设计
实验共分6 组,按照革胡子鲶鱼鱼糜凝胶制备的方法进行,空白对照组(CK组)只在革胡子鲶鱼冷冻鱼糜中加入2.2%食盐和12.68%的冰水,不加入TGase和CaCl2,其余5 个实验组在CK组的基础上均加入0.4% TGase,并分别再加入0、20、40、60 mmol/kg和80 mmol/kg的CaCl2,依次记为TC0组、TC20组、TC40组、TC60组、TC80组。
1.3.4 指标测定
1.3.4.1 凝胶特性的测定
将样品切成高25 mm的圆柱体,使用物性测定仪,P/5S球行探头,设置测前速率1.00 mm/s、测中速率1.10 mm/s、测后速率10.00 mm/s,位移15 mm,触发力10 g。测试结果选择凝胶曲线上第1个峰所在位置的破断强度,对应的距离为破断距离,其中破断强度反映了鱼糜凝胶的硬度,破断距离反映了鱼糜凝胶的弹性。二者乘积即为凝胶强度(g·mm)。每个处理组包含10 个平行试样,结果取平均值。
1.3.4.2 TPA指标的测定
将样品切成15 mm×15 mm×15 mm的立方体,使用物性测定仪,P/35探头,设置测试全过程速率为1 mm/s,应变50%,触发力5 g,测试结果由软件读数自动得出。每个处理组包含10 个平行试样,结果取平均值。
1.3.4.3 持水力测定
将样品切成厚约3 mm的薄片,称取样品质量,记为m1;用滤纸包住样品放入10 mL离心管中,在15 ℃、2 000×g离心10 min,离心结束后立即取下滤纸,测定离心后样品的质量,记为m2,每个样品平行测定3 次。持水力按式(1)计算:
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1.3.4.4 白度值测定
样品置于室温下平衡温度2 h后用搅拌机搅碎30 s,采用色度仪测定样品的L*(透明度),a*(+a*表示样品偏红,-a*表示样品偏绿)和b*(+b*表示样品偏黄,-b*表示样品偏蓝)值,测定前用标准白板对色差仪进行校正。每个处理组包含3 个平行试样,结果取3 个试样的平均值。白度值按式(2)计算:
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1.3.4.5 蛋白共价交联程度测定
采用OPA法测定鱼糜和凝胶的自由氨基相对含量,表征鱼糜凝胶蛋白的交联程度。参照Jia Dan和Ma Yaolan等的方法,略作修改。OPA试剂的配制:25 mL 0.1 mol/L硼砂,2.5 mL 20% SDS,40 mg OPA(用1 mL甲醇溶解),100 μL β-巯基乙醇,用蒸馏水定容至50 mL,此试剂需现用现配。称取2 g样品加入18 mL硼酸缓冲液(0.070 mol/L SDS,0.002 mol/L硼砂,pH 8.9),均质,75 ℃摇床水浴振荡15 min,以防止蛋白水解;振荡结束后于60 ℃水浴2 h,10 000×g离心20 min,取上清液。上清液用1% SDS稀释10 倍,取200 μL稀释液加入4 mL OPA试剂,混匀后于室温下反应2 min,在波长340 nm处测定吸光度,以1% SDS为空白。标准曲线采用L-亮氨酸制作。每个处理组包含4 个平行试样,结果取4 个试样的平均值。交联程度按下式计算:
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式中:a为每组革胡子鲶鱼鱼糜中自由氨基质量浓度/(µg/mL);a’为每组革胡子鲶鱼鱼糜凝胶中自由氨基质量浓度/(µg/mL)。
1.3.4.6 LF-NMR弛豫时间T2的测定
参照Pan Teng等的方法使用核磁共振分析仪测定,稍作修改。先放入样品,进行单次采样,再将样品放入直径15 mm核磁管底部,放入分析仪中。采用CPMG序列进行测量。测试参数为:质子共振频率为22 MHz,90°脉宽为15.00 μs,重复采样等待时间为4 000 ms,回波时间为0.3 ms,回波个数为2 000,采样频率200 Hz,累计采样,检测结束后使用仪器自带Multi Exp InvAnalysis软件进行反演便可得到样品的T2弛豫信息和T2横向弛豫时间波谱图。每个样品重复测定3 次,结果取平均值。
1.3.4.7 动态流变学特性的测定
参照Xue Siwen等的方法使用流变仪测定,稍作修改。采用40 mm平板测试,将待测样品均匀涂布于测试平台。测试参数:采用温度扫描模式,振荡频率0.1 Hz,应变1.0%,平行板的间距1 mm,升温扫描范围20～90 ℃,升温速率2.0 ℃/min,测定升温过程中储能模量(G’)的变化。每个样品做3 个平行样,结果取平均值。
1.3.4.8 微观结构的测定
先将包埋剂滴一滴置于台式扫描电镜样品台上,再将样品放在样品台,调节样品台至低于样品杯2 mm,设置冷台温度为-15 ℃,待温度降低即可测定。测定参数:加速电压:高分辨(10 kV);束流强度:能谱点扫;探头模式:背散射,实时观察参数684 high,照片存储参数1 024 high。
1.4 数据处理
运用Microsoft Excel 2003软件整理实验数据及分析标准偏差,使用Statistic 8.1软件进行显著性分析,使用SigmaPlot 10.0软件进行绘图。
2 结果与分析
2.1 Ca2+含量对革胡子鲶鱼鱼糜凝胶特性的影响
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图1 Ca2＋含量对革胡子鲶鱼鱼糜凝胶破断力（A）、破断距离（B）和凝胶强度（C）的影响
Fig. 1 Effect of Ca2+ concentration on breaking force (A), breaking distance (B) and gel strength (C) of surimi gel
由图1可以看出,Ca2+含量对革胡子鲶鱼鱼糜凝胶破断力、破断距离和凝胶强度呈现一致的变化规律,随着Ca2+含量的增加,3 个指标均呈现先升高后降低的变化趋势,这与刘海梅等的研究结果一致。TC0组较CK组鱼糜凝胶的破断力、破断距离和凝胶强度分别增强了54.44%、16.45%、79.11%,说明TGase能催化肌球蛋白重链上赖氨酸的ε-氨基与谷氨酸的γ-羟酰胺基形成共价键,促进蛋白质分子间或分子内的共价交联,使凝胶结构更紧密,提高其弹性和茹聚性,达到提高革胡子鲶鱼鱼糜凝胶特性的目的。TC20是在TC0的基础上添加20 mmol/kg CaCl2,其破断力和破断距离分别为393.98 g和8.28 mm,凝胶强度达到6 组中的最高值(3 261.97 g·mm),而继续增加CaCl2的含量,革胡子鲶鱼鱼糜凝胶的破断力、破断距离和凝胶强度反而逐渐下降(P＜0.05),TC80组凝胶强度与CK组差异不显著(P＞0.05)。出现这一现象的原因可能是较低的Ca2+含量(20 mmol/kg)对革胡子鲶鱼鱼糜凝胶中的TGase起到了激活作用,而在40 ℃凝胶化过程中TGase又催化了鱼肉中肌球蛋白与肌动蛋白之间发生共价交联作用,且低含量Ca2+具有“盐溶”效应,促进了蛋白质三维结构的伸展,暴露隐蔽在蛋白质内部的功能性基团,使分子间相互作用力增强。而高含量Ca2+则会促进TGase与鱼糜凝胶中的蛋白形成过量的交联结构。
2.2 Ca2+含量对革胡子鲶鱼鱼糜凝胶TPA参数的影响
表1 Ca2＋含量对革胡子鲶鱼鱼糜凝胶TPA参数的影响
Table 1 Effect of Ca2+ concentration on TPA parameters of surimi gel
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注:同列不同字母表示差异显著(P＜0.05)。
由表1可以看出,TC0组较CK组的硬度、茹聚性、胶着度、咀嚼度和回复性均显著提高(P＜0.05),这是因为TC0组添加了TGase所起到的蛋白交联作用,与凝胶破断力、破断距离和凝胶强度结果一致(图1)。在TC0～TC60组之间,TGase存在条件下,随着Ca2+含量的增加,革胡子鲶鱼鱼糜凝胶的硬度、胶着度、咀嚼度4 个参数升高趋势不显著(P＞0.05),而茹聚性和回复性均呈先上升后下降的趋势(P＜0.05)。其中,TC20组的硬度(2 232.75 g)、弹性(0.92)、茹聚性(0.81)、胶着度(1 796.94)、咀嚼度(1 664.77 g)和回复性(0.47)与未经超高压处理的带鱼鱼糜凝胶的TPA数值在大致相同范围内。而当Ca2+含量增加到80 mmol/kg时,TPA各参数均显著降低(P＜0.05)。
结合以上凝胶特性和TPA参数变化结果说明,未经过漂洗处理的革胡子鲶鱼鱼糜,同时添加0.4% TGase和20 mmol/kg CaCl2,可以提高革胡子鲶鱼鱼糜的凝胶特性,适合作为鱼糜制品的原料,这可能与革胡子鲶鱼鱼糜本身肌肉蛋白的结构与功能特性有关。
2.3 Ca2+含量对革胡子鲶鱼鱼糜凝胶持水性的影响
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图2 Ca2＋含量对革胡子鲶鱼鱼糜持水力的影响
Fig. 2 Effect of Ca2+ concentration on water-holding capacity of surimi gel
凝胶持水性与凝胶的结构有关,形成的凝胶越致密、均匀,则其失水率越低,持水性就越好。由图2可以看出,革胡子鲶鱼鱼糜凝胶的持水力呈先上升后降低的趋势,但TC80组的持水力(74.86%)仍高于CK组(73.43%)(P＜0.05),由此可说明添加TGase和CaCl2能有效增强革胡子鲶鱼的持水力,但随着Ca2+含量的增加,Ca2+和Cl-的“盐析”作用增强,蛋白聚集速率过快,使凝胶网络结构呈现出较大且不均匀孔洞,进而降低其持水性。实验发现,革胡子鲶鱼鱼糜凝胶持水力最高的TC20组(76.32%)仍明显低于鸢乌贼鱼糜凝胶持水性(失水率14.71%～21.54%)。究其原因,一是革胡子鲶鱼鱼糜未经过漂洗工艺,鸢乌贼鱼糜则经过漂洗工艺,而漂洗时水分子经离子化后会和蛋白质分子之间发生相互作用;二是由于添加的CaCl2中的Ca2+和Cl-能够结合革胡子鲶鱼鱼糜蛋白质表面带相反电荷的基团,影响了鱼糜凝胶的水分分布。从持水性结果看,添加0.4% TGase和20 mmol/kg CaCl2的革胡子鲶鱼鱼糜凝胶持水性相对较高。
2.4 Ca2+含量对革胡子鲶鱼鱼糜凝胶白度的影响
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图3 Ca2＋含量对革胡子鲶鱼鱼糜白度的影响
Fig. 3 Effect of Ca2+ concentration on whiteness of surimi gel
由图3可以看出,在添加TGase和Ca2+后,革胡子鲶鱼鱼糜凝胶的白度呈先下降再逐渐上升的趋势。其中TC0组比CK组降低了0.98(P＜0.05),这也许是受TGase本身颜色偏黄的影响,Rawdkuen等研究发现添加物本身的颜色和添加量会影响到鱼糜的色泽,会使其黄度值增加,白度值降低。继续增加Ca2+含量,革胡子鲶鱼鱼糜凝胶的白度又呈现上升的趋势,其中TC80组白度值最高,为71.55,但仍低于同为淡水鱼的白鲢鱼糜凝胶(79.11～83.80)和竹荚鱼鱼糜蛋白凝胶(82.32)的白度值。其原因有两点,一是革胡子鲶鱼鱼糜属于红肉鱼,经过测定其红度值较高(1.20～1.90);二是本实验是将革胡子鲶鱼去皮、取肉块后,不经过漂洗工艺直接制成冷冻革胡子鲶鱼鱼糜,而漂洗可以去除鱼肉中的脂肪和色素,从而提高鱼糜制品的白度。
本实验革胡子鲶鱼鱼糜凝胶的白度尽管低于经过漂洗的冷冻鱼糜制品,但肉眼观察在可接受范围内,符合SC/T 3701—2003《冻鱼糜制品》中较好的要求。在实际应用中也可以考虑将革胡子鲶鱼鱼糜作为包馅鱼糜制品的内包馅原料,因为内包馅对于颜色不作为重要的品质指标考察,更为重要的价值在于不经过漂洗,在减少可溶性肌浆蛋白和营养物质流失的同时,降低了鱼糜加工成本,降低环保压力,这对于实际生产具有重要的意义。
2.5 Ca2+含量对革胡子鲶鱼鱼糜凝胶共价交联程度的影响
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图4 Ca2＋含量对革胡子鲶鱼糜蛋白共价交联程度的影响
Fig. 4 Effect of Ca2+ concentration on degree of protein covalent crosslinking in surimi
由图4可以看出,CK组的鱼糜凝胶蛋白交联程度较低仅为4.00%,而TC0组和TC20组的蛋白交联程度较CK组迅速升高,分别为22.38%和19.76%,这说明添加TGase或CaCl2能有效提高革胡子鲶鱼鱼糜凝胶的共价交联程度。适当的Ca2+含量有利于蛋白结构展开,暴露TGase的催化底物(谷氨酸和赖氨酸残基),并与之发生共价交联,形成分子质量更大的肽链,使之不易被β-巯基乙醇解离,从而提高蛋白共价交联程度。但随着Ca2+含量的升高,TC60组和TC80组的蛋白共价交联程度又低于CK组(P＜0.05),分别降至1.31%和1.27%,这主要是因为革胡子鲶鱼鱼糜中添加了过高含量的Ca2+,使凝胶中的蛋白质聚集速度过快,导致TGase的催化底物没有充分接触形成共价交联键。Kishi等报道完全激活白鲢中的TGase所需的Ca2+含量为5 mmol/kg,而王金余等通过研究结果表明当CaCl2的含量添加量大于18 mmol/kg后,其对白鲢鱼糜肌球蛋白重链的交联程度则无显著变化。实验发现,革胡子鲶鱼鱼糜凝胶蛋白交联的峰值点(22.38%)低于白鲢鱼糜凝胶的交联程度峰值点(33.32%),这可能是因为白鲢鱼糜经过漂洗工艺,而革胡子鲶鱼鱼糜未经漂洗,没有除去鱼肉中的水溶性蛋白,使其肌球蛋白、肌动蛋白等起共价交联作用的蛋白含量较白鲢鱼糜低的缘故。
2.6 Ca2+含量对革胡子鲶鱼鱼糜凝胶横向弛豫时间T22的影响
LF-NMR技术依据样品中水分子的横向弛豫时间T2不同,对样品中不同状态的水分进行检测,T2越短表明水与底物结合越紧密,T2越长表明水分越自由,因此T2可以表征水分的自由度。从图5可以看出,革胡子鲶鱼鱼糜凝胶存在4 个T2区间,分别为T21-1(0.1～1 ms)、T21-2(1～10 ms)、T22(20～300 ms)、T23(300～3 000 ms),其中由T22代表被凝胶微观结构束缚的不易流动水占革胡子鲶鱼鱼糜凝胶总水分的比例最大,是鱼糜凝胶中最主要的水分,这与李睿智等对白鲢鱼凝胶中水分分布的研究结果一致。
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图5 Ca2＋含量对革胡子鲶鱼鱼糜凝胶横向弛豫时间T2波谱图
Fig. 5 Transverse relaxation time (T2) spectrum of surimi gel at different Ca2+ concentrations
表2 Ca2＋含量对革胡子鲶鱼鱼糜凝胶横向弛豫时间T22的影响
Table 2 Effect of Ca2+ concentration on T22 of surimi gel
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注:同行不同字母表示差异显著(P＜0.05)。
由表2可以得出,TC20组(150.39 ms)的T22值较CK组显著降低(P＜0.05),说明TC20组的鱼糜凝胶中水分与底物的结合度更为紧密,水分的自由度降低,与前期指标测定得出的较低含量Ca2+(20 mmol/kg)能有效增强革胡子鲶鱼鱼糜凝胶强度、持水力结果一致;而TC40、TC60和TC80组的T22较TC20组均显著上升(P＜0.05),这说明较高含量的Ca2+,反而使鱼糜凝胶中的水与底物结合不够紧密,增大水分的自由度。这与凝胶强度、持水力、蛋白共价交联等指标的变化结果一致,均表示添加过量的Ca2+会降低革胡子鲶鱼的凝胶特性。
2.7 Ca2+含量对革胡子鲶鱼鱼糜凝胶流变学特性的影响
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图6 Ca2＋含量对革胡子鲶鱼鱼糜凝胶流变学特性的影响
Fig. 6 Effect of Ca2+ concentration on rheological properties of surimi gel
G’反映的是蛋白凝胶网络结构的形成情况,表明样品的弹性特征,也称弹性模量。结合各项指标的分析结果,CK组、TC0组和TC20组三者之间变化较为明显,所以以三者凝胶形成之前的鱼糜肉馅为分析对象,进行动态流变学特性分析。由图6可知,3 组在20～90 ℃加热过程中,G’均呈现增加的趋势,但增幅程度不同。从动态流变学曲线可以看出,革胡子鲶鱼鱼糜凝胶形成过程大致可分为3 个阶段:在40～50 ℃之间,3 组革胡子鲶鱼鱼糜的G’均呈小幅度增加,其中TC0组和TC20组的G’高于CK组,这主要是由于肌球蛋白轻链发生解离,而TGase和Ca2+能促进蛋白之间的交联,从而使G’增加;在50～60 ℃之间,3 组革胡子鲶鱼鱼糜的G’均出现小范围的下降,这说明这一温度是鱼糜凝胶的劣变温度,因此在热凝胶的形成过程中应尽可能快速通过这一温度范围。相比较而言,TC0组和TC20组的G’在50～60 ℃范围的下降程度较弱;在60～90 ℃之间,随着温度的上升G’大幅增加,增幅速度依次为TC20＞TC0＞CK,其原因可能是鱼糜中蛋白质除了以二硫键和疏水相互作用等形成稳定的网络结构外,TGase催化肌球蛋白重链形成ε-(γ-谷氨酰)赖氨酸键在鱼糜凝胶网络形成过程中起主导作用,适当的Ca2+又可起到激活TGase的作用,从而促使更加稳定的网络结构的形成。这一研究结果与凝胶强度、持水力和共价交联程度等指标的分析结果一致。
2.8 Ca2+含量对革胡子鲶鱼鱼糜凝胶微观结构的影响
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图7 Ca2＋含量对革胡子鲶鱼鱼糜凝胶微观结构的影响
Fig. 7 Effect of Ca2+ concentration on microstructure of surimi gel
由图7可看出,革胡子鲶鱼鱼糜凝胶在放大1 000 倍后,CK组所形成的凝胶网络结构比较松散,空洞较多;而添加了TGase和CaCl2后,鱼糜凝胶网络结构逐渐紧密。TC20组的革胡子鲶鱼鱼糜凝胶网络结构较CK组和TC0组更为紧密、均匀,空洞较少。这进一步从微观结构上说明添加TGase和20 mmol/kg CaCl2有利于革胡子鲶鱼鱼糜凝胶网络结构的形成,能有效增强革胡子鲶鱼鱼糜凝胶特性。
3 结 论
本实验以革胡子鲶鱼为原料,取肉块后不经过漂洗工艺直接制成革胡子鲶鱼鱼糜,采用TPA、凝胶强度、共价交联、动态流变学特性、扫描电镜等分析方法,研究TGase和不同含量Ca2+联合作用对未经漂洗的革胡子鲶鱼鱼糜凝胶特性的影响。研究结果表明,添加0.4% TGase能有效增强革胡子鲶鱼鱼糜凝胶特性,在此基础上再添加不同含量的Ca2+(20～80 mmol/kg)则对鱼糜凝胶特性影响很大。在较低的Ca2+含量(20 mmol/kg,TC20组)下,Ca2+能起到激活TGase的作用,增强革胡子鲶鱼鱼糜凝胶的凝胶强度(3 261.97 g·mm)、弹性(0.92)、茹聚性(0.81)、回复性(0.47)、持水力(76.32%),并且弛豫时间T22缩短,G’显著高于CK组和TC0组,微观结构较紧密、均匀,空洞较少;而过高的Ca2+含量(40～80 mmol/kg),则会促进TGase与鱼糜凝胶中的蛋白形成过量的交联结构,使其凝胶强度、弹性下降,硬度增加,弛豫时间T22延长,持水力和蛋白共价交联程度降低。因此,对于未漂洗的革胡子鲶鱼鱼糜,添加0.4% TGase和20 mmol/kg CaCl2可显著提高革胡子鲶鱼鱼糜的凝胶特性,并对指导实际生产具有重要的意义。
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Combined Effects of TGase and Ca2+ on Gel Properties of Unwashed Clarias gariepinus Surimi
BAO Jiatong1, NING Yunxia1, YANG Qiyue1, LIANG Liya1, LI Ling1, WANG Yang2, MA Lizhen1,*
(1. Tianjin Aquatic Product Processing and Quality Safety School Enterprise Synergy Innovation Key Laboratory,National R&D Branch Center for Conventional Freshwater Fish Processing, College of Food Science and Biotechnology,Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2. Key Laboratory of Aquatic Ecology and Aquaculture,College of Fisheries, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China)
Abstract: In order to develop a new fish species for producing surimi products, surimi from Clarias gariepinus was obtained by chopping the fish meat with added cryoprotectant after cooling it in an ice bath instead of the traditional process involving rinsing and dehydration. The effects of transglutaminase (TGase) combined with different concentrations of CaCl2 on the gel properties of unwashed surimi were examined by measuring texture characteristics, gel strength, water-holding capacity,protein covalent crosslinking, microstructure and dynamic rheology characteristics. The results showed that adding TGase could effectively enhance the gel properties of surimi. When the concentration of TGase was 0.4%, the gel properties of surimi were significantly changed with increasing Ca2+ concentration from 20 to 80 mmol/kg. Ca2+ at low concentration of 20 mmol/kg could activate TGase when they coexisted, enhancing gel strength (3 261.97 g·mm), elasticity (0.92),cohesiveness (0.81), resilience (0.47) and water retention (76.32%). In addition, it shortened the relaxation time T22, increased the elastic modulus G’, and made the microstructure more compact with less cavities. However, high Ca2+ concentration(40–80 mmol/kg) decreased the gel strength and elasticity, increased hardness and T22, and decreased water-holding capacity and the degree of protein covalent crosslinking. Therefore, adding 0.4% TGase and 20 mmol/kg CaCl2 could effectively improve the gel properties of surimi.
Keywords: Clarias gariepinus; surimi; transglutaminase; calcium ion; gel properties
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