淀粉对南极磷虾复合虾糜凝胶品质的影响

郭璇，张彪，韩佳彤，林峻鑫，满昊，于波，佟毅，李冬梅,4*

1(大连工业大学 食品学院，国家海洋食品工程技术研究中心，辽宁 大连，116034) 2(辽渔集团远洋食品公司，辽宁 大连，116000)3(中粮生物科技股份有限公司，安徽 蚌埠，233010) 4(大连工业大学，海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心，辽宁 大连，116034)

南极磷虾(Euphausiasuperba)资源丰富，生物总量为0.65～10亿t[1]，具有很高的营养价值[2-3]。然而，磷虾的肌原纤维含量低且其丰富的内源性蛋白酶促使磷虾蛋白快速自溶，导致磷虾蛋白功能特性的丧失[4]，尤其是凝胶、质构形成和保水能力的丧失，使其不能单独用于普通虾糜制品的生产，成为了磷虾商业化加工和以磷虾蛋白为基础的重组产品开发的主要瓶颈。因此，为了扩大磷虾蛋白在重组食品上的应用，需要改善磷虾蛋白的凝胶性能。田利利等[5]研究发现，将阿拉斯加鳕鱼糜与南极磷虾糜复配可以获得凝胶性较强的虾糜-鱼糜凝胶。王志江等[6]将谷氨酰胺转氨酶(transglutaminase，TG酶)、组织化植物蛋白与南极磷虾肉糜进行反应，并优化了NaCl、CaCl2的添加量以及反应时间，得到了凝胶强度较高的虾糜凝胶。许刚[7]发现3种畜禽肉(鸡肉、猪肉、牛肉)和2种鱼肉(鳙鱼和白姑鱼)的添加均能增加磷虾糜凝胶制品的破断力和破断距离。前期研究发现，将南美白对虾与南极磷虾进行复配能够获得较好的凝胶特性，在此基础上探究外源添加物对复合虾糜凝胶的影响，旨在为南极磷虾虾糜类制品的开发提供数据支撑。

鱼糜类产品是当前水产品制品中非常重要的品类。鱼糜凝胶的品质通过添加TG酶、大豆分离蛋白(soybean protein isolate，SPI)和淀粉等外源添加物得到了显著改善[8]。其中，淀粉是鱼糜制品中使用最广泛的外源添加物，吸水溶胀后作为填充剂存在于鱼蛋白凝胶网络结构间隙中，凝胶基质被挤压，从而使鱼糜凝胶网络结构更为致密，有效提高鱼糜的保水性能，从而提高鱼糜制品的质量，降低成本，增加产量[9-10]。此外，淀粉种类及其功能特性(如淀粉粒径和支链淀粉含量)的差异极大地影响了鱼糜凝胶特性的改善。倪伟等[11]研究了羟丙基二淀粉磷酸酯(hydroxypropyl distarch phosphate，HPDSP)对中华管鞭虾虾糜凝胶性能的改善效果，表明7%的HPDSP能显著改善虾糜凝胶的质构特性、凝胶强度、持水性、微观结构等。PAN等[12]将不同支链比的淀粉(马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉和变性淀粉)添加到南美白对虾虾糜中，研究其质构、持水性能等的变化，结果表明添加6%变性淀粉可以提高南美白对虾虾糜凝胶的硬度、黏聚性和弹性，改善其持水能力。

目前，关于淀粉对鱼糜以及复合鱼糜凝胶特性的影响已有广泛报道[9-10,13]，但对比不同淀粉对南极磷虾虾糜凝胶特性影响的研究较少。本研究以南极磷虾及南美白对虾混合制得的复合虾糜为对象，研究木薯淀粉、蜡质玉米淀粉、羟丙基二淀粉磷酸酯、乙酰化双淀粉己二酸酯和磷酸酯双淀粉5种淀粉对复合南极磷虾糜凝胶特性的影响，确定最适淀粉及其添加量，以期为南极磷虾糜制品开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

南极磷虾肉，大连辽渔远洋食品有限公司；南美白对虾虾仁，大连美极鲜虾食品有限公司；蜡质玉米淀粉、羟丙基二淀粉磷酸酯、乙酰化双淀粉己二酸酯、磷酸酯双淀粉，中粮集团；木薯淀粉，新良(良润)面粉食品有限公司。

SD-JR57型绞肉机，三的电器制造有限公司；Stable Micro Systems TA.XT.plus型质构仪，英国SMS公司；Ultra Scan PRO测色仪，美国Hunter Lab公司；H1850R湘仪离心机，河南兄弟仪器设备有限公司；Discovery HR-1旋转流变仪，美国TA仪器；JJ200型电子天平，常熟市双杰测试仪器厂；Coolsafe 110-4冷冻干燥机，丹麦Labogene公司；JSM-7800F扫描电镜仪，日本东京电子株式会社。

1.2 实验方法

1.2.1 复合虾糜凝胶样品的制备

将冷冻南美白对虾虾仁与南极磷虾肉分别在4 ℃下解冻12 h后，沥干表面水分。将南极磷虾肉与南美白对虾仁按照质量比2∶3混合，斩拌5 min，加入质量分数为2.25%的食盐和0.5%的复合磷酸盐斩拌5 min。空白组不添加淀粉，实验组分别添加质量分数为2%、4%、6%、8%的木薯淀粉、蜡质玉米淀粉、羟丙基二淀粉磷酸酯、乙酰化双淀粉己二酸酯、磷酸酯双淀粉斩拌5 min。将复合虾糜装入聚碳酸酯(polycarbonate，PC)管(φ30 mm×30 mm)中，排气密封，采用两段式加热方法。根据米红波等[14]的研究方法和前期预实验结果，加热条件设定为：40 ℃水浴加热30 min，90 ℃水浴加热20 min。在冰水中冷却20 min后，于4 ℃下冷藏过夜，备用。

1.2.2 白度的测定

将凝胶样品于室温下平衡2 h，将样品切成直径为25 mm、高度为30 mm的圆柱体，使用测色仪测定样品的L*、a*、b*值。每组样品测定3个平行。白度值W按公式(1)计算：

(1)

式中：L*,亮度；a*正值表示偏红，负值表示偏绿；b*正值表示偏黄，负值表示偏蓝。

1.2.3 持水性的测定

将凝胶样品切成2 mm薄片，称取样品质量(m1)，用滤纸包裹样品薄片并放至离心管底部，4 000 r/min离心20 min后，取下包裹的滤纸再次称重(m2)。每组样品测定3个平行。持水性按照公式(2)计算[15]：

(2)

式中：WHC，表示持水性，%；m1，复合虾糜凝胶的原始质量，g；m2，复合虾糜凝胶离心后的质量，g。

1.2.4 弛豫时间的测定

将凝胶样品切成直径为25 mm、高度为10 mm的圆柱体，用保鲜膜包裹，使用低场核磁共振仪(low field nuclear magnetic resonance, LF-NMR)进行横向弛豫时间T2的测定。弛豫时间的测定参数为：质子共振频率22 MHz，90°脉宽15.00 μs，重复采样等待时间4 000 ms，回波时间0.3 ms，回波个数2 000，采样频率200 Hz，累计采样，每个处理组重复测定3 次，结果取平均值。

1.2.5 动态流变学性质测定

在测试平台上将复合虾糜样品均匀着色，选用40 mm平板测定升温过程中储能模量(G′)的变化。每组样品测定3个平行。采用温度扫描模式，振荡频率0.1 Hz，应变1.0%，平行板间距1 mm，温度扫描范围20～90 ℃，升温速率5.0 ℃/min。

1.2.6 凝胶质构的测定

凝胶样品在室温下平衡2 h后，参考LUO等[16]的方法并稍作修改。将样品切成直径为25 mm、高度为30 mm的圆柱体，使用质构仪TPA模式进行压缩测试。每组样品至少测定6个平行。探头为P/50，测试前、中、后速率分别为3、1、4 mm/s，应变为30%，触发力为5 g。

1.2.7 凝胶强度的测定

凝胶样品在室温下平衡2 h后，参考LUO等[16]的方法并稍作修改。将样品切成直径为25 mm、高度为30 mm的圆柱体，使用质构仪的球形探头P/5 s进行穿刺测试，每组样品至少测定6个平行。测试前速率为5 mm/s，测试中速率为1 mm/s，测试后速率为10 mm/s，穿透比为50%，触发力为5 g。

1.2.8 微观结构

参考焦甜甜等[17]的方法，将凝胶样品冻干后切成小块(0.5 cm×0.5 cm)，黏在导电胶上进行喷金，用环境扫描电镜在真空条件(电压25 kV，二次电子成像模式，温度5 ℃，湿度15%)下进行观察。

1.2.9 数据处理及统计分析

实验数据使用IBM SPSS 26.0软件进行统计分析，结果以平均值±标准差表示，使用Origin 9.0软件进行作图，显著性分析采用Duncan检验。

2 结果与分析

2.1 淀粉对复合虾糜凝胶白度值的影响

白度值的高低可以反映鱼糜制品的质量，均匀致密的凝胶网络结构具有更好的光学性能[16]。由图1可知，复合虾糜凝胶的白度值随淀粉添加量的增加而降低，但不同种类的淀粉对于复合虾糜凝胶的白度值影响程度有所差别。当淀粉添加量为6%时，木薯淀粉、蜡质玉米淀粉、羟丙基二淀粉磷酸酯、乙酰化双淀粉己二酸酯、磷酸酯双淀粉的白度值分别比空白组降低了3.70%、6.61%、6.60%、5.10%、3.73%，其中，蜡质玉米淀粉及其变性淀粉更容易造成复合虾糜凝胶白度的下降，而羟丙基二淀粉磷酸酯、乙酰化双淀粉己二酸酯、磷酸酯双淀粉是蜡质玉米淀粉通过不同的改性处理得到的，淀粉颗粒结构的强度增强，从而抑制了颗粒的膨胀和破裂，光的折射和反射强度相应减弱，难以穿过淀粉颗粒，白度值降低不显著(P>0.05)且肉眼无法区分[18-19]。

图1 不同淀粉对复合虾糜凝胶白度值的影响Fig.1 Effects of different starches on whiteness of mixed shrimp surimi gel注：小写字母表示同一淀粉不同添加量之间差异显著(P<0.05)； 大写字母表示不同淀粉同一添加量之间差异显著(P<0.05)(下同)

2.2 淀粉对复合虾糜凝胶持水性的影响

持水性是鱼糜类凝胶保水性能高低的直接反映，与蛋白质-水相互作用的能力以及凝胶网络结构的强弱有关[20]。由图2可知，复合虾糜凝胶的持水性随淀粉添加量的增加显著增加(P<0.05)，当乙酰化双淀粉己二酸酯淀粉的添加量为6%时，复合虾糜凝胶的持水性为85.55%，相比空白组提高了20.27%，当添加量为8%时，复合虾糜凝胶的持水性达到最大值88.59%，相比空白组提高了24.50%。不同淀粉对复合虾糜凝胶持水性的影响不同，其中羟丙基二淀粉磷酸酯、乙酰化双淀粉己二酸酯、磷酸酯双淀粉3种变性淀粉的持水性显著高于木薯淀粉和蜡质玉米淀粉(P<0.05)，其原因可能是3种变性淀粉经过分子间的交联作用，导致复合虾糜凝胶吸水能力和持水能力显著增强[21]。

图2 不同淀粉对复合虾糜凝胶持水性的影响Fig.2 Effects of different starches on water-holding capacity of mixed shrimp surimi gel

2.3 淀粉对复合虾糜凝胶弛豫时间的影响

由图3可知，复合虾糜凝胶的横向弛豫时间T2波谱图存在4个特征峰T2b(单分子层水)、T21(半结合水)、T22(不易流动水)和T23(自由水)，所对应的弛豫峰面积分别表示为A2b、A21、A22、A23。弛豫时间分布的变化表征复合虾糜凝胶中存在的多种状态水分群中水分的结合状态和自由移动程度。弛豫峰面积百分比图表征复合虾糜凝胶中各种状态水分群的流动和转移[22]。

由横向弛豫时间T2波谱图可知，淀粉的添加使复合虾糜凝胶的T2弛豫时间整体右移，即弛豫速度减小，T2弛豫时间增大，表明各水分的自由度增强，可能与淀粉所含的亲水性基团有关。由T2弛豫时间峰面积百分比图可知，随着淀粉添加量的增加，复合虾糜凝胶的A22较空白组均有所升高，A23显著降低(P<0.05)，说明淀粉的添加使A23发生部分迁移。进一步分析发现，添加木薯淀粉的复合虾糜凝胶A22增加，而添加蜡质玉米淀粉及其变性淀粉的复合虾糜凝胶A21和A22均增加，说明复合虾糜凝胶体系中的水分向半结合水及不易流动水2个方向移动，复合虾糜凝胶的持水性增强，是因为淀粉颗粒受热吸收了复合虾糜中的游离水，导致A23降低。同时，蛋白质中的酰胺基与淀粉中的羟基形成新的氢键，吸附了更多水分子，A22随之增加[23]。

A、a-木薯淀粉；B、b-蜡质玉米淀粉；C、c-羟丙基二淀粉磷酸酯； D、d-乙酰化双淀粉己二酸酯；E、e-磷酸酯双淀粉图3 不同淀粉对复合虾糜凝胶T2弛豫时间及峰面积的影响Fig.3 Effects of different starches on the T2 relaxation time and peak area of mixed shrimp surimi gel

2.4 淀粉对复合虾糜凝胶质构特性的影响

由表1可知，不同淀粉及其添加量对复合虾糜凝胶的质构特性均有显著性影响(P<0.05)。添加8%木薯淀粉对复合虾糜凝胶硬度的影响最显著，较空白组增加了205.80%，可能是木薯淀粉比其他4种淀粉的颗粒大，更易吸水溶胀，在凝胶内部产生较大压力促进蛋白间相互作用，增强了其硬度。且木薯淀粉是原淀粉，在4 ℃下冷藏过夜发生了老化回生现象[14]。同时，这也是导致木薯淀粉的弹性、黏聚性、回复性显著低于其他4种淀粉的原因。适量的淀粉能够显著改善复合虾糜凝胶的质构性能(P<0.05)，但是当木薯淀粉和蜡质玉米淀粉添加量为8%时，复合虾糜凝胶的弹性相比添加6%淀粉时分别下降了0.35%、0.43%，表明淀粉本身的物性在添加量过大时可能会影响复合虾糜凝胶的固有物性，从而阻碍虾糜蛋白之间的交联[22]，因而添加6%的淀粉可以获得质构特性较好的虾糜凝胶。

表1 不同淀粉对复合虾糜凝胶质构特性的影响Table 1 Effects of different starches on the texture properties of mixed shrimp surimi gel

2.5 淀粉对复合虾糜凝胶强度的影响

凝胶强度是评价鱼糜质量优劣的重要指标。由图4可知，随着淀粉添加量的增加，复合虾糜凝胶的凝胶强度逐渐增强，是因为在热诱导的过程中，蛋白质凝胶基质中嵌入的淀粉颗粒在溶胀时对基质施加压力并从基质中吸水所致[24]。而添加不同淀粉对复合虾糜的凝胶强度影响程度不同。当淀粉添加量大于2%时，添加木薯淀粉的复合虾糜凝胶强度显著高于其他4种淀粉，并在添加量为6%时取得最大值(1 444.43 g·mm)，而当添加量为8%时，凝胶强度下降了7.25 g·mm，这与复合虾糜凝胶的硬度及弹性结果一致。羟丙基二淀粉磷酸酯、乙酰化双淀粉己二酸酯和磷酸酯双淀粉在添加量达到6%时，凝胶强度仍然呈上升趋势，可能是淀粉膨胀对凝胶强度的增强作用强于虾糜蛋白减少的弱化作用[25]，并且淀粉经改性引入大量的亲水性基团后获得了比原淀粉更大的膨胀度，使得复合虾糜凝胶网络更加致密[26]。

图4 不同淀粉对复合虾糜凝胶强度的影响Fig.4 Effects of different starches on the gel strength of mixed shrimp surimi gel

2.6 淀粉对复合虾糜流变学特性的影响

动态流变学常被用来评价蛋白质的黏弹性，也是凝胶性质的表征。储能模量(G′)的增加能够表明良好凝胶网络的形成，G′越高表明其形成的凝胶结构越好[27]。如图5所示，5种淀粉对复合虾糜凝胶G′的整体变化趋势一致，但受到淀粉种类及不同添加量的影响。对于空白组，G′随温度的升高先略有升高，然后在温度接近40 ℃时迅速下降，然后继续随温度的升高而升高，在接近80 ℃时，G′达到最大值，并在80～90 ℃出现一个相对稳定的平稳曲线，但在接近90 ℃时G′略有下降。对同一淀粉而言，随着淀粉添加量的增加，虾糜-淀粉凝胶体系的G′逐渐升高，且与空白组相比有显著性差异(P<0.05)，这主要是因为经加热后，淀粉颗粒吸水溶胀并以充填方式与复合虾糜蛋白凝胶网络结合，增大了凝胶网络的凝胶强度和黏弹性，从而增加了体系的G′[13]。此外，淀粉的添加量也影响了复合虾糜蛋白的变性，随着淀粉添加量的增加，复合虾糜凝胶储能模量的峰值温度升高，表明淀粉的添加影响了复合虾糜蛋白的变性温度，使变性温度升高，主要是因为淀粉颗粒吸水膨胀，占据了大量空间，阻碍了蛋白质分子的伸展变性，从而导致变性温度升高[28]。同样，淀粉种类影响复合虾糜凝胶升温过程中的G′。由图5可知，添加不同淀粉的复合虾糜凝胶的储能模量峰值及峰值温度均高于空白组样品。对复合虾糜凝胶G′的作用强弱顺序为：蜡质玉米淀粉>乙酰化双淀粉己二酸酯>羟丙基二淀粉磷酸酯>木薯淀粉>磷酸酯双淀粉。

a-木薯淀粉；b-蜡质玉米淀粉；c-羟丙基二淀粉磷酸酯；d-乙酰化双淀粉己二酸酯；e-磷酸酯双淀粉图5 不同淀粉对复合虾糜凝胶储能模量(G′)的影响Fig.5 Effects of different starches on storage modulus (G′) of mixed shrimp surimi gel

2.7 淀粉对复合虾糜凝胶微观结构的影响

通过分析复合虾糜凝胶的凝胶强度、持水性、流变学特性，本实验选取添加量为2%、4%、6%、8%的乙酰化双淀粉磷酸酯淀粉与其他4种添加量为6%的淀粉进行微观结构观察。如图6所示，随着淀粉添加量的增加，形成了表面较为平滑、孔洞较为均一且有序的虾糜凝胶网络。但当淀粉添加量大于6%时，复合虾糜凝胶网络结构变得相对疏松，这是因为过量的淀粉颗粒因挤压而破坏了凝胶网状结构，降低其稳定性。在相同淀粉添加量的情况下，添加乙酰化双淀粉己二酸酯的复合虾糜凝胶网络结构中孔径虽大，但是孔洞分布均匀，形成了平滑完整的凝胶网络结构，从而获得了更好的持水性。

a-2%乙酰化双淀粉己二酸酯；b-4%乙酰化双淀粉己二酸酯；c-6%乙酰化双淀粉己二酸酯;d-8%乙酰化双淀粉己二酸酯； e-6%木薯淀粉；f-6%蜡质玉米淀粉；g-6%羟丙基二淀粉磷酸酯；h-6%磷酸酯双淀粉图6 不同淀粉对复合虾糜凝胶组织结构的影响(100×)Fig.6 Effect of different starches on structure of mixed shrimp surimi gel (100×)

3 结论

淀粉种类及不同添加量对复合虾糜的凝胶品质均有显著影响。淀粉的加入能够显著提高复合虾糜凝胶的持水力、质构性能、凝胶强度、储能模量(G′)，改善符合虾糜凝胶的水分分布和微观结构。但是当淀粉添加量大于6%时，复合虾糜凝胶的弹性、凝胶强度会有所降低，微观结构会有一定程度的损坏，造成复合虾糜凝胶品质的下降。木薯淀粉在改善复合虾糜凝胶白度以及凝胶强度方面优于其他4种淀粉，乙酰化双淀粉己二酸酯在改善复合虾糜凝胶持水性、微观结构方面具有更好的效果，凝胶强度方面仅次于木薯淀粉。综合各项指标，6%的乙酰化双淀粉己二酸酯淀粉可用于改善复合虾糜的凝胶品质。