木薯淀粉对栉孔扇贝闭壳肌凝胶特性的改善作用

米红波， 李 岩， 李政翰， 李学鹏， 刘 贺， 励建荣

(渤海大学 食品科学与工程学院/国家鱼糜及鱼糜制品加工技术研发分中心/生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心， 辽宁 锦州 121013)

栉孔扇贝是一种重要的养殖经济贝类，主要分布于黄海北部与渤海沿岸[1]。栉孔扇贝是我国北方主要养殖贝类之一,在我国海水养殖业中占有重要地位,也是出口创汇的支柱产品[2]。2017年，我国海水养殖面积2 084.08 khm2，其中贝类养殖面积为1 286.77 khm2，占比超过60%；我国贝类养殖总量为1 437.13万t，扇贝产量为200.75万t，比2016年增加8.52%[3]。目前，对栉孔扇贝的研究主要集中在养殖[4]和遗传育种[5]方面，而对其闭壳肌营养成分的报道较少；同时，由于扇贝产地较为集中，且不易运输，扇贝主要以鲜食或制成干制品进行销售，加工技术粗犷，产品单一，深加工比例较低[6]。

鱼糜制品是以新鲜鱼肉或冷冻鱼糜为原料，加入食盐、调味品等辅料，经斩拌、凝胶化等工艺流程制成的凝胶状食品[7]。目前，已有报道各种外源添加物或新型加工工艺对不同鱼种的鱼糜凝胶特性的影响，为水产重组制品的开发提供了新的思路。例如，结冷胶可以作为活性填料填充在鱼糜凝胶网络中从而增强鲷鱼鱼糜的凝胶强度[8]；膳食纤维具有良好的膨胀性和吸水性，添加6%的长链纤维素可以改善阿拉斯加鳕鱼鱼糜的色泽和质地，还可以增加鱼糜的黏弹性[9]。扇贝作为一种高蛋白、低脂肪的海产食品，有望加工成贝肉糜及各种贝类调理食品，以合理利用这一优质蛋白资源，开发新型的精深加工产品。

淀粉是鱼糜加工过程中最常见的外源添加物，既可提高鱼糜的凝胶强度，又可降低生产成本。添加淀粉可有效提高鱿鱼鱼糜的凝胶强度和持水性[10]；马铃薯淀粉既可以提高草鱼鱼糜的凝胶强度和质构特性，还可以改善冷冻的阿拉斯加鳕鱼鱼糜的凝胶特性[11-12]。对扇贝肉糜凝胶特性的分析及改善，以及淀粉对扇贝肉糜凝胶特性的影响少见报道。

本研究以栉孔扇贝闭壳肌为原料，对其营养成分进行初步测定，同时，根据预实验结果，从3种淀粉(木薯淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉)中选取改善贝糜凝胶强度效果最好的木薯淀粉进行实验；研究木薯淀粉对栉孔扇贝闭壳肌肉糜凝胶强度、持水性、质构特性、白度、蛋白组成和微观结构的影响，希望为扇贝精深加工提供理论依据，以促进贝类资源的利用，丰富水产品市场。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

栉孔扇贝，购自锦州市林西街水产市场；木薯淀粉、食盐，购于锦州万达商场万维超市；PVC肠衣，购于强大饮食包装机械公司；氢氧化钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、戊二醛、无水乙醇、丙烯酰胺等均为分析纯。

1.2 仪器与设备

L- 8900型氨基酸自动分析仪，日本日立公司；UMC5型真空斩拌机,德国Stephan公司；VULCAN.3- 550PD型马弗炉,美国Vulcan公司； UV- 2100型紫外可见分光光度计，日本Shimadzu公司；Forma702型- 80℃超低温冰箱，美国TA公司；CM1850型冷冻切片机，德国 Leica公司；Eclipse Ti- S型正置显微镜，日本Nikon公司；S- 4800型场发射扫描电镜，日本Hitachi公司；CR- 400型柯尼卡色差计，日本 Konica Minolta Holdings公司； TA.XT Plus型质构仪，英国Stable Micro Systems公司。

1.3 实验方法

1.3.1基本营养成分的测定

水分的测定：参照GB/T 5009.3—2016《食品中水分的测定》中的常压干燥法。粗蛋白的测定：参照GB/T 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》中的微量凯氏定氮法。灰分的测定：参照GB/T 5009.4—2016《食品中灰分的测定》中的高温灼烧法。粗脂肪的测定：参照GB/T 5009.6—2016《食品中脂肪的测定》中的索氏抽提法。

1.3.2氨基酸组成的测定

参照GB/T 5009.124—2016，样品经盐酸水解后用氨基酸自动分析仪测定。

1.3.3栉孔扇贝肉糜凝胶的制备

栉孔扇贝去壳、去内脏后用蒸馏水清洗干净，沥干备用。将处理好的栉孔扇贝闭壳肌放入真空斩拌机空斩5 min，加入质量分数2.5%的食盐盐斩2.5 min。对照组不添加淀粉，实验组分别添加质量分数为1%、2%、3%、4%的木薯淀粉，调节水分含量至81%，继续斩拌3 min，整个过程温度保持在10 ℃以下。将斩拌好的肉糜挤入直径为25 mm的肠衣中，封口后在40 ℃下加热30 min，90 ℃下加热20 min。将贝糜凝胶样品放入冰水中冷却15 min，置于4 ℃冰箱冷藏，待测。

1.3.4凝胶强度的测定

将贝糜凝胶样品切成2.5 cm×2.5 cm的圆柱体，使用质构仪的球形金属探头P/0.5S进行穿刺实验，测试速率：1 mm/s，下压高度：15 mm，触发力：0.098 N。

1.3.5凝胶持水性的测定

将样品切成4 mm左右的薄片称重(m)，用三层滤纸包裹样品，置于50 mL离心管中，5 000 r/min离心15 min，取出样品再次称重(m1)。持水性计算方法见式(1)。

(1)

1.3.6质构特性的测定

样品前处理同1.3.4方法，选用P/50柱形探头。测定条件：测试速率1 mm/s，压缩形变40%，触发力0.049 N，获得样品的硬度、黏聚性、弹性、咀嚼性等质构参数。

1.3.7白度的测定

样品前处理同1.3.4方法，使用CR- 400色彩色差计测定样品的L*(亮度)、a*(红绿度)和b*(黄蓝度)值，每组样品平行测定5次，采用式(2)计算白度值。

(2)

1.3.8十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析

凝胶电泳(SDS- PAGE)分析参照文献[13]的方法，并略加修改。称取贝糜凝胶2 g，切碎后加入18 mL 5% SDS溶液，均质2 min，85 ℃下加热45 min，冷却至室温后在10 000 r/min条件下离心10 min，调节上清液蛋白浓度至3 mg/mL，加入等体积的上样缓冲液，沸水浴3 min。制胶后上样5 μL，其中浓缩胶浓度为4%，分离胶浓度为12%，在110 V恒压下进行实验。电泳结束后用质量分数0.25%的考马斯亮蓝染色40 min，立即使用脱色液脱色至背景基本无色。

1.3.9光学显微镜分析

将样品切成1 cm×1 cm×1 cm的小立方体，在-80 ℃条件下冷冻1 h，用冷冻切片机将其切成10 μm薄片并放置在载玻片上，利用苏木精- 伊红染色法(HE染色)进行染色后，光学显微镜放大40倍进行观察。

1.3.10扫描电子显微镜分析

根据文献[14]的方法，将贝糜凝胶样品切成边长5 mm、厚度1 mm左右的正方形小块，用体积分数2.5%戊二醛溶液固定24 h，然后分别在50%、70%、80%、90%的梯度乙醇中脱水15 min，最后用无水乙醇脱水15 min，重复3次，真空冷冻干燥，喷金后用扫描电镜观察贝糜凝胶微观结构。

1.4 数据处理

利用SPSS 19.0软件对数据进行方差和显著性分析，P<0.05表示具有显著性差异。使用origin 8.5软件绘图。

2 结果与分析

2.1 栉孔扇贝闭壳肌基本营养成分分析

不同种类扇贝闭壳肌的基本营养成分分析结果见表1。新鲜栉孔扇贝闭壳肌含水量为81.25%，粗蛋白含量为16.68%，粗脂肪含量为2.05%，灰分含量为1.24%。所测含水量高于祝亚辉等[15]分析结果，可能是由于扇贝生长环境、年龄等因素不同导致的。与其他几种扇贝相比，栉孔扇贝闭壳肌含水量较高，粗蛋白含量和粗脂肪含量在几种扇贝里最高，灰分含量明显低于其他几种扇贝，表明栉孔扇贝是一种高蛋白的贝类，具有很好的开发前景和经济价值。

表1 栉孔扇贝与其他扇贝闭壳肌基本营养组成

2.2 栉孔扇贝闭壳肌的氨基酸组成分析

栉孔扇贝闭壳肌氨基酸种类齐全，除色氨酸在酸水解过程中被破坏无法检测出来外，共测出16种氨基酸(表2)，其中必需氨基酸6种，非必需氨基酸10种。谷氨酸(2.049%)含量最高，其次为甘氨酸(1.431%)、天冬氨酸(1.427%)和赖氨酸(1.229%)，脯氨酸(0.227%)含量最低。氨基酸的总量为13.204%，必需氨基酸含量为4.399%，占氨基酸总量的33.315%。栉孔扇贝具有独特鲜美的品质，与其较高含量的呈味氨基酸有关，其含量为5.710%，占氨基酸总量的43.244%。谷氨酸和天冬氨酸是呈鲜味的特征氨基酸，在栉孔扇贝闭壳肌中分别占氨基酸总量的15.523%和10.807%；甘氨酸、丙氨酸呈甘味。支链氨基酸由亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸组成，是必需氨基酸，具有独特的生理作用，可以降低运动性疲劳，提高运动能力，对肝病也有一定的治疗效果[17-18]。

表2 栉孔扇贝闭壳肌的氨基酸组成及含量

*为必需氨基酸；呈味氨基酸为谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、甘氨酸、脯氨酸、丝氨酸；支链氨基酸为亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸。

2.3 木薯淀粉对贝糜凝胶强度的影响

添加不同质量分数的木薯淀粉对贝糜凝胶强度的影响，实验结果如图1。随着木薯淀粉添加量的增加，栉孔扇贝肉糜凝胶强度呈先增加后降低的趋势，当木薯淀粉添加量为1%时，贝糜凝胶强度达到最大值，和对照组相比提高了21%。当木薯淀粉添加量大于3%时，凝胶强度开始下降，淀粉添加量为4%时，贝糜凝胶强度明显低于对照组(P<0.05)。水产蛋白质在加热过程中会发生变性展开，变性或非变性蛋白质之间的相互作用力达到平衡而有序地聚集在一起形成稳定的三维网状空间结构[19]。加入淀粉后，淀粉颗粒受热会吸水膨胀，可做“填充剂”分布于水产蛋白质网络结构的空隙中，使凝胶网络结构更紧密，从而增加凝胶强度[20]。添加超过3%的木薯淀粉导致贝糜凝胶强度降低，可能是因为为了保持贝糜的含水量恒定(81%)，随着淀粉添加量的增加，水的添加量也随之增加，但是木薯淀粉的吸水率不高[21]，多余的水分进入贝糜中，在一定程度上降低了蛋白的浓度，导致凝胶变差。Zhang等[22]也发现淀粉添加量超过3%时会使牛肉- 鱼糜复合凝胶的凝胶强度降低，与本实验结果相似。

不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。图1 木薯淀粉添加量对贝糜凝胶强度的影响Fig.1 Effects of cassava starch on gel strength ofChlamys farreri puree

2.4 木薯淀粉对贝糜凝胶质构特性的影响

添加不同质量分数的木薯淀粉对贝糜凝胶质构特性的影响，实验结果见表3。由表3可知，添加木薯淀粉后，栉孔扇贝肉糜凝胶的弹性和黏聚性无显著性差异(P>0.05)，说明贝糜在第一次压缩后可恢复样品原高度，这也是鱼糜凝胶的典型特性[23]。添加1%或2%的木薯淀粉可提高贝糜凝胶的硬度，但是差异不显著(P>0.05)，而当木薯淀粉添加量大于3%时，贝糜凝胶硬度开始明显降低(P<0.05)。硬度的变化与所加淀粉的吸水率有关，淀粉吸水率越低，对鱼糜硬度影响越小[24]。咀嚼度是硬度、弹性和黏聚性三项的乘积，所以咀嚼度与硬度呈相同趋势。

表3 木薯淀粉对贝糜凝胶质构特性的影响

不同小写字母表示同一列数据之间的差异显著(P<0.05)。

2.5 木薯淀粉对贝糜凝胶持水性的影响

添加木薯淀粉对贝糜凝胶持水性的影响，实验结果如图2。持水性是鱼糜凝胶的一个重要参数，当样品的凝胶特性较好时持水性也相对较强[25]。由图2可知，随着淀粉添加量的增加，贝糜持水性呈先上升后下降的趋势，与贝糜凝胶强度变化趋势一致(图1)。淀粉添加量为1%时，贝糜凝胶持水性和对照组相比提高了约2.9%(P<0.05)。这是因为在加热过程中，淀粉吸收了鱼糜中的游离水，使其难以析出；同时，吸水膨胀的淀粉颗粒填充在鱼糜蛋白质的空隙中，使凝胶网络结构更加致密，有助于捕获更多的水。肌球蛋白在交联之后会形成较为致密的三维网状结构，这种结构对水分有很强的束缚能力，当样品表现出较高持水性的时候，说明贝糜对水的束缚能力较强，三维网状结构也更致密。添加过多淀粉时淀粉颗粒进入贝糜中，阻碍了蛋白质之间的交联，导致凝胶网络变得松散，持水性下降[26]。

不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。图2 木薯淀粉添加量对贝糜持水性的影响Fig.2 Effect of cassava starch on water holding capacity of Chlamys farreri puree

2.6 木薯淀粉对贝糜凝胶白度的影响

白度是水产凝胶的重要指标之一，与淀粉的种类和添加量有关[27]。木薯淀粉对贝糜凝胶白度的影响见图3。添加1%～4%的木薯淀粉对贝糜白度几乎没有影响(P>0.05),可能是因为栉孔扇贝闭壳肌自身白度较高，而本实验淀粉添加量较少，所以贝糜凝胶白度变化不显著。王丽丽等[28]发现，添加不同种类的淀粉(小麦淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、交联淀粉和羟丙基淀粉)均会降低带鱼鱼糜的白度，且随着淀粉添加量的增加，白度值越低。由于淀粉加热后形成透明澄清的糊浆，所以对带鱼鱼糜感官色泽的影响不显著。相反，孔文俊等[29]研究表明，不同种类的变性木薯淀粉(羟丙基化二淀粉磷酸酯、乙酰化二淀粉己二酸酯、磷酸交联淀粉和羟丙基化淀粉)均能提高鱼糜的白度，其中添加20%木薯羟丙基淀粉的样品白度值最大。凝胶的颜色会被添加剂的颜色所影响，若淀粉的白度比肉糜凝胶的更高，则淀粉的添加会提高鱼糜的白度。

相同小写字母表示无显著差异(P>0.05)。图3 木薯淀粉对贝糜白度的影响Fig.3 Effects of cassava starch on whiteness ofChlamys farreri puree

2.7 木薯淀粉对贝糜凝胶蛋白组成的影响

不同添加量的木薯淀粉对贝糜凝胶SDS- PAGE电泳图谱的影响如图4。贝糜凝胶蛋白主要由肌球蛋白重链(MHC)，肌动蛋白和原肌球蛋白组成，其中MHC是肌原纤维蛋白中主要贡献凝胶能力的蛋白质，MHC含量越高，凝胶形成能力越高[30]；然而，在加热过程中MHC发生交联，导致其含量下降。由图4可知，添加1%木薯淀粉的贝糜凝胶中MHC条带最窄，说明MHC发生了较好的交联，促进凝胶网络结构的形成，从而提高贝糜的凝胶强度。随着木薯淀粉添加量的增加，MHC条带逐渐变宽，说明淀粉的添加阻碍了蛋白质的交联，导致凝胶网络松散，凝胶强度和持水性下降，与前面实验的结果一致(图1和图2)。

图4 木薯淀粉对贝糜SDS- PAGE电泳图谱的影响Fig.4 Effect of cassava starch on SDS- PAGE electrophoresis of Chlamys farreri puree

2.8 木薯淀粉对贝糜凝胶组织结构的影响

通过光学显微镜观察木薯淀粉对贝糜凝胶组织结构的影响，实验结果见图5。图5显示，未添加淀粉的对照组贝糜凝胶蛋白网络结构较为松散，孔洞较大。添加1%或2%木薯淀粉的贝糜凝胶网络结构变得紧密，孔洞较小且分布均匀。少量的淀粉可以均匀地分布在贝糜凝胶网络中，有利于提高贝糜凝胶网络结构中淀粉颗粒的包裹能力，从而增加淀粉分子对贝糜凝胶网络结构的增强作用，提高贝糜凝胶强度。随着木薯淀粉添加量的增加，贝糜凝胶网络结构又变得杂乱无序，可能是因为过多的淀粉会降低其在凝胶中分布的均匀性，膨胀的淀粉颗粒破坏了贝糜凝胶的网络结构，导致凝胶强度降低。

贝糜凝胶放大40倍。图5 木薯淀粉对贝糜凝胶组织结构影响的光学显微镜观察结果Fig.5 Effect of cassava starch on light microscopy of Chlamys farreri puree

贝糜凝胶放大5 000倍。图6 木薯淀粉对贝糜凝胶微观结构影响的扫描电镜观察结果Fig.6 Effect of cassava starch on scanning electron microscopy of Chlamys farreri puree

2.9 木薯淀粉对贝糜凝胶微观结构的影响

图6显示了不同添加量的木薯淀粉对扇贝肉糜凝胶微观结构的影响。可以比较清晰地看到，未添加淀粉的对照组空洞较多，结块程度较高。随着淀粉含量的增加，贝糜凝胶网状结构呈现先致密后稀松的变化趋势。添加1%或2%木薯淀粉的贝糜凝胶网络结构更加平滑、致密，孔洞较小。木薯淀粉添加量超过3%时，贝糜凝胶的三维网状结构变得松散，孔洞增加且分布杂乱。微观结构表明，添加1%或2%的木薯淀粉可加固扇贝肉糜蛋白形成的凝胶网络结构，这与凝胶强度的结果一致。之前的研究也报道，添加不同种类的淀粉会加固鱼糜凝胶的三维网络结构，使鱼糜表面光滑、结构更加致密[31]。

3 结 论

栉孔扇贝是一种高蛋白的海产品，氨基酸组成均衡、丰富，具有较好的开发前景。木薯淀粉对扇贝肉糜的凝胶特性具有显著影响。凝胶强度、持水性、硬度、咀嚼度随淀粉添加量的增加呈现先升高后降低的趋势，且添加量为1%时，贝糜凝胶强度和持水性达到最大值。木薯淀粉对扇贝肉糜弹性、黏聚性和白度没有显著性影响。蛋白电泳图谱显示，添加1%木薯淀粉后凝胶蛋白中的MHC条带最窄，说明淀粉可促进贝糜蛋白间的交联；同时，光学显微镜和扫描电镜结果显示，1%或2%木薯淀粉的添加可使贝糜凝胶网络结构变得更为致密。研究结果表明，1%的木薯淀粉可用于改善栉孔扇贝肉糜的凝胶品质。