添加海藻粉对鸡肉肌原纤维蛋白低钠热凝胶特性的影响

李庆云，邹玉峰，邵俊花，徐幸莲

(南京农业大学教育部肉品加工与质量控制重点实验室，江苏南京210095)

过量摄入钠会导致高血压等疾病，从而增加中风和心脑血管疾病的患病风险［1］。发达国家饮食中超过20%～30%的钠摄入来源于肉类产品［2］。原料肉本身含有的钠较少，每100g肉中钠含量只50～90mg，主要的钠来源于肉品加工过程中添加的食盐(即氯化钠)，一般需加入2%～4%［3］。近年来我国凝胶类低温肉制品的消费快速增长，因此，减少肉品加工过程中食盐(钠含量)的添加量越来越受到消费者和肉品生产者的关注。海藻含有较多有益人体生理活性的膳食纤维，经常食用可以显著降低血液中的胆固醇含量和血压水平，因此受到越来越多人的欢迎。将海藻替代部分食盐应用于凝胶类低温肉制品的生产具有很大的技术优势。比如海藻粉具有较好的水分吸附和保持能力，可以较好地弥补低钠(低离子强度)导致的肌肉蛋白溶解度低、保水性差等问题［4-5］;另外海藻的微量元素含量高，也有利于优化电荷平衡和离子环境，改善低钠条件下肌肉蛋白粘结性不足、热凝胶弹性和咀嚼性弱等问题，从而尽可能地减少热凝胶形成所必需的氯化钠添加量。从营养和加工的角度而言，将海藻部分替代食盐会起到很好的效果，但目前对此的研究还不够充分。因此本文探讨海藻添加比例对鸡肉肌原纤维蛋白低钠热凝胶强度、保水性以及凝胶形成过程中的动态黏弹性变化的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鸡胸肉 购于南京卫岗农贸市场;海藻粉 购于陕西瑞康生物工程有限公司;氯化钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、EGTA、氯化镁 均为分析纯。

Beckman Avanti J-E高速离心机 美国Beckman Coulter公司;Ultra Turrax T25 BASIS高速匀浆器 德国IKA公司;质构仪TA-XT2i英国stable Micro Systelns公司;HH-42水浴锅 常州国华电器有限公司;UV-2450岛津紫外分光光度计 日本岛津公司;pH211HANNA台式酸度计 葡萄牙HANNA公司;MUL-9000 H20纯水机 美国密理博公司;SANYO制冰机(SIM-F124)日本三洋公司。

1.2 实验方法

1.2.1 鸡肉肌原纤维蛋白的提取 肌原纤维蛋白提取根据Park等人的方法［6］。取200g解冻的鸡胸肉用Waring Blender匀浆后，加入4倍体积的分离提取缓冲液(提取条件除非特别说明均为0～4℃，分离缓冲液:0.1mol/L NaCl，2mmol/L MgCl2·6H2O，1mmol/L EGTA，10mmol/L Na2HPO4/NaH2PO4，pH6.8)。均质的溶液2000×g离心15min收集沉淀。把沉淀分散在4倍体积的分离缓冲液中，重复两次，在两次离心之间用ultra TurraxT25高速分散器分散约30s。沉淀重新分散在4倍体积0.1mol/L NaCl溶液中，纱布(纱布提前用沸水煮20min后晾干)过滤，而后2000×g离心15min收集沉淀，重复两次，在每次离心之间用ultra TurraxT25高速分散器分散约20s。收集沉淀，得到纯化的肌原纤维蛋白。蛋白质浓度用双缩脲法测定，用牛血清白蛋白做蛋白质浓度标准曲线，提取的肌原纤维蛋白在24h内用完。

1.2.2 低钠盐鸡胸肉肌原纤维蛋白热诱导凝胶的制备 肌原纤维蛋白溶于低钠盐的磷酸盐缓冲液(0.2mol/L NaCl， 50mmol/L Na2HPO4/NaH2PO4，pH6.8)，将整体离子强度调整到0.2mol/L NaCl，蛋白浓度调整到40mg/mL，分别加入不同浓度的海藻粉(0%、2%、4%、6%、8%)搅拌后置于5mL小烧杯中，水浴加热从20～70℃以约1℃/min线性升温，并在70℃保温20min形成凝胶。置于4℃冷库中过夜，备用。所有样品做三次平行实验，结果取平均值。

1.2.3 低钠盐鸡胸肉肌原纤维蛋白热诱导凝胶强度的测定 形成的肌原纤维蛋白热诱导凝胶用TA XT 2i质构仪进行测量，探头型号:P5.0s，参数设定为:测前速度为2mm/s;测定速度0.5mm/s;测后速度为2mm/s;测试距离10mm;触发力:4g。每个处理测定三个重复。测试完成后，用仪器自带软件Texture Expert Exceed 2.64内部宏TPA.MAC对测试结果进行处理，得到凝胶强度数值，用g来表示。

1.2.4 低钠盐鸡胸肉肌原纤维蛋白热诱导凝胶保水性(WHC)的测定 肌原纤维蛋白热诱导凝胶保水性的测定基于Kocher和Foegeding的离心法［7］，按照韩敏义［8］的参数进行测定。将制备的肌原纤维蛋白凝胶称重后，于0～4℃下经10000×g离心10min，去除离出的液体，记录离心管的重量以及离心前后离心管与凝胶的总重。WHC用式(1)进行计算:

式中:m为离心管重，m1为离心前的凝胶与离心管总重，m2为离心后的凝胶与离心管总重。

1.2.5 低钠盐鸡胸肉肌原纤维蛋白流变特性的测定

将样品均匀涂布于测试平台，赶掉气泡，采用50mm平行板，测试参数为:频率为0.1Hz，应变为2%，上下板夹缝为0.5mm，从20℃以1℃/min升温到80℃，平行板外蛋白与空气接触处用石蜡封住，防止加热过程中蛋白溶液蒸发，各个处理测定三个重复。

1.2.6 低钠盐鸡胸肉肌原纤维蛋白热诱导凝胶核磁(NMR)的测定 将核磁管擦净放于测试室，测试室温度为32℃，核磁测定的参数为:共振频率主频为22MHz，回波时间为 200μs，重复间隔时间为 6.5s，扫描18000个回波数，重复扫描32次，自旋弛豫时间T2用CPMG序列进行测量，每个样品测定三个重复。

1.3 统计分析

实验数据进行方差分析，方差显著则进行Duncan多重比较，检测限为0.05。进行主成分分析，以较少的互不相关的综合指标来反映凝胶硬度、保水性、动态黏弹性以及水分子存在状态等四个原始指标所提供的关键信息。数据处理和统计软件为Origin 8.5和SAS 9.1。

2 结果与分析

2.1 海藻粉添加比例对低钠盐肌原纤维蛋白凝胶强度的影响

由图1可以看出，肌原纤维蛋白凝胶强度随着海藻粉添加量的增加而显著增加(p＜0.05)。在低NaCl浓度下(0.2mol/L)，由于肌原纤维蛋白呈现不溶解的纤丝状态，形成的凝胶强度很差，在实验中发现由于不能形成优良的凝胶网络，形成的凝胶较松散。添加海藻粉后，肌原纤维蛋白的凝胶强度增加，海藻粉添加量为2%～6%时随海藻添加量的增加凝胶强度呈现显著增加(p＜0.05)的趋势，当海藻粉的添加量为8%时，凝胶强度达到最大值，为58.42g，但较海藻粉添加量为6%的处理组差异不显著。添加海藻粉使肌原纤维蛋白凝胶强度增加这可能是因为海藻中的膳食纤维作用的结果，因为海藻的主要成分是膳食纤维，有很多研究指出，将不同的膳食纤维(大豆纤维，小麦纤维，谷物纤维，水果纤维)添加到肉品中，均能增加肉品的硬度［9-11］。

2.2 海藻粉添加比例对低钠盐肌原纤维蛋白凝胶保水性的影响

不同的海藻粉添加量对凝胶保水性(Water Holding Capacity)的影响结果见图2。由图2可知，海藻粉的添加显著的提高了低盐凝胶的保水性(p＜0.05)，海藻粉的添加量为2%时，其保水性显著升高，为80.41%，这主要是因为纤维素具有强大的吸收和保留水分的能力［12-13］。海藻粉的添加量为8%时，保水性达到88.3%。4%、6%和8%处理组的差异不显著(p＞0.05)，这是因为少量的海藻多糖可与肌原纤维蛋白形成强大的凝胶网络，阻碍水的自由流动，进而保留了水分。

图1 不同的海藻添加量对低钠盐鸡胸肉肌原纤维蛋白凝胶强度的影响Fig.1 Effect of different contents of added seaweed on hardness of low-sodium chicken myofibrillar protein gel

图2 不同的海藻添加量对低钠盐肌鸡胸肉原纤维蛋白凝胶保水性的影响Fig.2 Effect of different contents of added seaweed on water-holding capicity of low-sodium chicken myofibrillar gel

2.3 海藻添加比例对肌原纤维蛋白的流变学特性的影响

由图3看出，添加海藻粉后，低钠盐肌原纤维蛋白的G＇随温度的变化趋势基本一致。随着温度的升高，各个添加组的肌原纤维蛋白的贮能模量均为先升高，后降低，再升高的趋势。贮能模量的初始值和终值都随着海藻粉添加量的增加而升高，且差异显著(p＜0.05)。添加量为8%的处理组，其初始值和终值分别为 170Pa和 429Pa，均为最大值，且在63.1℃时G＇出现第二个峰值378Pa，而其他处理组的肌原纤维蛋白则没有第二个峰出现;未添加海藻的处理组，G＇在56.1℃之前基本保持不变，直到56.1℃时开始缓慢上升，85℃时达到最大值15.4Pa。这是因为在低NaCl浓度下，肌原纤维蛋白处于不溶解的纤丝状态，形成的凝胶结构不稳定，而添加海藻后，由于海藻和肌原纤维蛋白的交互作用，形成了稳定的凝胶网络结构。这种流变学的转变在肌原纤维蛋白热凝胶的变化过程中可以被广泛地观察到，目前被普遍接受的说法是42～48℃时的G＇增大来源于肌球蛋白头部的接合，随着温度的进一步升高，肌球蛋白的尾部会逐渐展开，致使肌球蛋白头部的结合崩溃瓦解，从而导致G＇下降;在温度超过55℃后，随着蛋白的变性，凝胶网络重新形成，G＇持续增加［14］。

图3 不同的海藻添加量对低钠盐鸡肉肌原纤维蛋白G＇的影响Fig.3 Effect of different contents of added seaweed on G＇of low-sodium chicken myofibrillar gel

2.4 添加海藻对肌原纤维蛋白T2弛豫时间及峰面积的影响

质子NMR用来测量-自旋弛豫时间(T2)衰减的NMR信号一般可以被反映为1～3个峰。由图4可以看出，T2的弛豫特征是在14～35ms(T21)的位置有一个小的分布，在100～400ms(T22)的位置形成一个主要的分布，最后在932～1800ms(T23)的位置存在一个小峰。在鸡胸肉的肌原纤维蛋白凝胶中加入海藻对T2有显著影响(p＜0.05)，最大峰的位置发生明显移动，形成更快弛豫。

图4 不同的海藻添加量对低钠盐鸡胸肉肌原纤维蛋白凝胶弛豫分布的影响Fig.4 Spin-spin relaxation times(T2)of low-sodium chicken myofibrillar protein gel with different contents of added seaweeds

由图5、图6可知，T21弛豫时间和所占峰面积百分数都不随海藻添加量的变化而发生显著变化(p＞0.05)，说明了结合水T21稳定的存在，不随海藻添加量的改变而改变。主要峰(T22)为所占峰面积最大的峰，在加入海藻后对应的T2向快的弛豫方向移动，从258ms的对照组降低到添加量最大组的175ms，且对应的峰面积随海藻添加量的增大而增大。

T23的变化趋势与T22类似，随着海藻添加量的增加向快的弛豫方向移动，且较未添加海藻的处理组差异显著(p＜0.05)。T23对应的峰面积随着海藻添加量的增加呈下降的趋势，说明了随着海藻添加量的增加形成的凝胶网络结构致密度增加，一部分自由水转变为不易流动水。这种水分状态的转化说明了水分的流动性逐渐降低，与随着海藻添加比例的升高保水性逐渐增加的趋势相一致。

图5 不同的海藻添加量对低钠盐鸡胸肉肌原纤维蛋白凝胶T2的影响Fig.5 Effect of different contents of added seaweeds on the T2of low-sodium chicken myofibrillar gel

图6 不同的海藻粉添加量对低钠盐鸡胸肉肌原纤维蛋白凝胶峰面积百分数的影响Fig.6 Fraction of the relaxation component of low-sodium chicken myofibrillar protein gel at different contents of added seaweed

2.5 海藻粉添加比例对肌原纤维蛋白低钠热凝胶特性的主成分分析

海藻粉添加比例显著影响肌原纤维蛋白低钠热凝胶的硬度、贮能模量、保水性和核磁检测结果，因此对这四个指标进行主成分分析，以评估海藻对热凝胶特性的整体影响效果，结果见图7。其中主成分1的贡献率为89.4%，主成分2的为6.36%，这说明主成分1即包含了原来4个检测指标的大部分信息。硬度、保水性、黏弹性和T22等指标在主成分1上的特征向量分别为0.45、0.41、0.47 和-0.44，说明这四个指标对主成分1的影响程度比较接近，这就意味着海藻粉的添加比例对凝胶特性的各指标具有相近的作用。

图7 不同的海藻粉添加量对鸡胸肉肌原纤维蛋白热凝胶特性影响的主成分分析Fig.7 PCA analysis at different contents of added seaweed on low-sodium chicken myofibrillar gel characteristics

海藻粉添加比例不同，在主成分评分图上的负荷差异显著。0%和2%添加组在第一主成分的左端，对应低的凝胶弹性和硬度，以及低的水分保持能力;而4%、6%和8%添加组在第一主成分的右端，热凝胶特性显著改善。2%和4%添加组在第二主成分的下部，而6%和8%添加组位于第二主成分的上部，说明海藻粉添加比例应该高于4%。海藻粉会有一定的色泽和气味［15-16］，添加量过多会影响凝胶类低温肉制品的感官品质;因此综合起来看，海藻粉的最优添加比例为4%～6%。

3 结论

实验结果表明，添加海藻粉显著改善肌原纤维蛋白低钠热凝胶的质构特性和保水性(p＜0.05)，但是海藻粉添加比例对热凝胶的强度、保水性、混合蛋白的贮能模量以及体系中水分子弛豫状态的影响存在显著差异。通过对凝胶特性各指标进行主成分分析，并考虑到海藻粉在肉制品加工中潜在的实际应用，得出海藻粉的最优添加比例为4%～6%。

［1］LAW M R，FROST C D，WALD N J.Analysis of observational data among populations［J］.British Medical Journal，1991，302:811-818.

［2］WIRTH F.Reducing the fat and sodium content of meat products.What possibilities are here? ［J］.Fleischwirtschaft，1991，71:294-297.

［3］ARUN K，VERMA B D，SHARMA，et al.Effect of sodium chloride replacement and apple pulp inclusion on the physicochemical，textural and sensory properties of low fat chicken nuggets［J］.Food Science and Technology，2010，43:715-719.

［4］RUPE’REZ P，SAURA-CALIXTO F.Dietary fibre and physicochemical properties of edible Spanish seaweeds ［J］.European Food Research and Technology，2001，212(3):349-354.

［5］S COFRADE S，LOPEZ-LOPEZ I，JIMENEZ-COLMENERO F，et al.Influence of different types and proportions of added edible seaweeds on charact eristics of low-salt gel/emulsion meat systems［J］.Journal of Food Science，2008，79:767-776.

［6］DONKEUN PARK，XIONG Y L.Oxidative modification of amino acids in porcine myofibrillar protein isolates exposed to three oxidizing systems［J］.Food Chemistry，2007，103:607-615.

［7］KOCHER P N，FOEGEDING E A.Microcentrifoge-based method for measuring water-holding of protein gels［J］.Journal of Food Science，1993，58(5):1040-1046.

［8］HAN M Y，ZHANG Y J，FEI Y，et al.Effect of microbial transglutaminase on NMR relaxometry and microstructure of pork myfibrillar protein gel［J］.European Food Research and Technology，2009，228(4):665-670.

［9］COFRADES S，GUERRA M A，CARBALLO J，et al.Plasma protein and soy fiber content effect on bologna sausage properties as influenced by fat level［J］.Journal of Food Science，2000，65(2):281-287.

［10］FERMA’NDEZ-GINE’S J M，FERNA’NDEZ-LO’PEZ J，SAYAS-BARBERA E，et al.Meat products as functional foods:A review.［J］.Journal of Food Science，2005，70(2):37－43.

［11］JIME’NEZ－COLMENERO F，AYO M J，CARBALLO J.Properties of low sodium frankfurter with added walnut:Effect of transglutaminase combined with caseinate，KCl and dietary fibre as salt replacers［J］.Meat Science，2005，69(4):781－788.

［12］FERNA'NDEZ－GINE'S J M，FERNA'NDEZ－LO'PEZ J，SAYAS－BARBERA E，et al.Lemon albedo as a new source of dietary fiber:Application to bologna sausages［J］.Meat Science，2004，67(1):7－13.

［13］LOPEZ－LOPEZ I，BASTIDA S，RUIZ－CAPILLAS C，et al.Composition and antioxidant capacity of low－salt meat emulsion model systems containing edible seaweeds［J］.Meat Science，2009，83:492－498.

［14］EGELANDSDAL B，FRETHEIM K，SAMEJIMA K.Dynamic rheological measurements on heat－induced myosin gels:effect of ionic strength，protein concentration and addition of adenosine triphosphate or pyrophosphate［J］.Journal of the Science of Food and Agriculture，1986，37:915－926.

［15］LOPEZ－ LOPEZ I，S COFRADES.Design and nutritional properties of potential functional frankfurters based on lipid formulation，added seaweed and low salt content［J］.Meat Science，2009，83:255－262.

［16］LOPEZ－LOPEZ I，S COFRADES.Low－ fat frankfurters enriched with n－3 PUFA and edible seaweed:Effects of olive oil and chilled storage on physicochemical，sensory and microbial characteristics［J］.Meat Science，2009，83(1):148－154.