γ-聚谷氨酸对鲤鱼肉糜凝胶特性的影响

赵岩岩，王书彦，李钊，赵圣明，周威，张浩，*，崔震昆，李红波，莫海珍2，，胡梁斌

（1.河南科技学院食品学院，河南新乡453003；2.新乡市水产品加工及安全风险控制重点实验室，河南新乡453003；3.陕西科技大学食品与生物工程学院，陕西西安710021）

我国是目前最大的鲤鱼（carp surimi）养殖国和消费国，年产量302万吨，占世界总产量的80%，位列大宗鱼类第4位，黄河鲤鱼更是中国的“国鱼”。鲤鱼的营养价值很高，含有丰富的优质蛋白质，人体消化吸收率可达96%，同时可提供人体必需的8种氨基酸、不饱和脂肪酸、矿物质、维生素A和维生素D等[1]，具有降低人体胆固醇，防止动脉硬化，冠心病等功能，所以鲤鱼被认为是健康食品[2-3]。但是鲤鱼由于其肉内刺较多且土腥味重，导致其食用品质不高且市场价格低廉[4-5]。而将其进一步加工成鱼糜制品，是提升其加工性能和产品附加值的有效途径。

淡水鱼类肌原纤维蛋白的凝胶能力较差，影响其加工制品品质。目前主要采用超高压[6-7]、超声波[8-9]、电场[10]、电子束[11]等新工艺处理以及添加蛋白类[12-13]、多糖类[14]和金属盐离子[15]等改善鱼糜凝胶的品质。以上方法都可以在一定程度上有效的改善鱼糜的凝胶特性。γ-聚谷氨酸是一种由L-谷氨酸和（或）D-谷氨酸缩合成的水溶性、可生物降解的无毒高分子物质[16]，具有促进肠道内钙吸收和治疗糖尿病等生理功能[17]。γ-聚谷氨酸还具有增稠乳化成膜和粘接等优良性能，已经被广泛应用于农业、医疗、化妆品和食品领域[17-18]。尤其是在食品领域可以作为果汁饮料的增稠剂和稳定剂，改善面团的流变和质地[19]以及改善鸡肉的凝胶品质[20]等，目前关于γ-聚谷氨酸对淡水鱼糜类制品的的品质影响未见报道。本文以新鲜的鲤鱼鱼糜为原料，采用两段式加热方法，研究γ-聚谷氨酸对鲤鱼鱼糜凝胶品质特性和流变学性质的影响，为γ-聚谷氨酸在淡水鱼糜凝胶品质改善方面的应用提供一定的理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 试验材料

鲜活鲤鱼（体重约800 g）：市售；食品级γ-聚谷氨酸：南京轩凯生物科技有限公司；食品级食盐：市售。

1.1.2 仪器与设备

UMC-5C斩拌机：德国Stephan公司；TA-XT.plus质构仪：英国 Stable Micro Systems（SMS）公司；HAAKEMARS流变仪：Thermo scientific公司；CR-400色差计：美能达公司（日本）；T25高速匀浆器：IKA公司（德国）；Sartious电子精密天平：北京赛多利斯天平有限公司；HH-42水浴锅：国华电器有限公司（常州）；L-80-XP离心机：美国Beckman公司；FE28 PH计：梅特勒-托利多仪器有限公司（上海）。

1.2 试验方法

1.2.1 鲤鱼鱼糜凝胶的制备

参考吕梁玉等[11]方法略有改进。取鲜活鲤鱼，去头尾、磷和内脏后进行采肉，用5倍于鱼肉质量的冰水漂洗3次，离心脱水后加入2% NaCl斩拌5 min；然后再分别加入不同添加量的γ-聚谷氨酸（0、0.025%、0.05%、0.075%、0.1%、0.125%）斩拌8 min后，采用二段加热法获得鱼糜凝胶，先在40℃条件下凝胶化40 min，再90℃加热30 min，加热后立即置于冰水中冷却，然后4℃冷藏24 h后备用。

1.2.2 蒸煮得率的测定

参考王春彦等[21]方法，将过夜冷却的熟鱼肉糜从离心管中取后，吸水纸除去鱼肉糜外部的渗出液，然后对不同处理的熟鱼肉糜分别进行称重，蒸煮得率按照以下公式计算，平行测定5次。

式中：M1为熟鱼肉糜质量，g；M2为生鱼肉糜质量，g。

1.2.3 保水性的测定

将鱼糜凝胶切成约2 mm的薄片，准确称量1.0 g左右，用滤纸包好置于离心管中，5 000 r/min、4℃条件下离心10 min，离心后样品质量（W2）占离心前样品质量（W1）的百分比为保水性。每组样品平行测定5次。

1.2.4 色泽的测定

采用CR-400色差计测定鱼糜凝胶的L*值、a*值和b*值[22]。采用标准比色板进行校正，标准比色板为L*=97.22，a*=-0.14，b*=1.82。其中 L*表示亮度值，a*表示红度值，b*表示黄度值，每个样品选取5个点进行测定。

1.2.5 凝胶强度的测定

参考王希希等[23]方法略作修改。将制作完成的鱼糜凝胶样品置于4℃冰箱冷藏过夜后用质构仪测定凝胶强度。将其切成2.5 cm长的圆柱，每组样品做5次平行，结果取平均值。采用直径为5 mm的球形探头（P/0.5），测前速度：2.0 mm/s，测试速度：1.0 mm/s，测后速度：10 mm/s，下压距离 15 mm，触发值 10 g，数据采集速度为每秒100个数据点。

1.2.6 质构的测定

参考Zhao等[24]方法略作修改。将鲤鱼肉糜凝胶制成20 mm×20 mm×10 mm的长方体，质构测定参数为：质地多面分析（texture profile analysis，TPA）模式，选用P/36R探头；测试前速度2.0 mm/s，测试速度2.0 mm/s，测试后速度5.0 mm/s，压缩形变为50%，测定间隔时间5 s，触发力5 g，触发类型为自动。

1.2.7 流变学性质的测定

参考Kang等[25]方法略作修改。将不同处理组的鲤鱼肉糜样品均匀涂抹于两个50 mm圆形平板探头之间，间隙为0.5 mm，为防止水分蒸发，外周涂一层薄薄的硅油。参数设置：起始温度为20℃，保持10 min，之后以2℃/min的升温速率上升至90℃，同时，频率固定为0.1 Hz对样品进行连续剪切，测定储能模量（G'）随温度的变化情况。

1.2.8 数据处理

试验数据采用SPSS 20.0软件进行分析，所有试验重复3次，试验结果以平均值±标准差表示，显著性分析采用Duncan检验。并用Origin 2017软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 γ-聚谷氨酸对鲤鱼鱼糜凝胶蒸煮得率的影响

γ-聚谷氨酸对鲤鱼鱼糜凝胶蒸煮得率的影响见图1。

图1 γ-聚谷氨酸添加量对鲤鱼鱼糜凝胶蒸煮得率的影响Fig.1 Effect of γ-polyglutamate content on the gelatin cooking yield of carp surimi

由图1可知，随着γ-聚谷氨酸添加量的增加鲤鱼鱼糜凝胶蒸煮得率呈先增加后减少的趋势，与对照组相比，当γ-聚谷氨酸的添加量为0.1%时蒸煮得率最高，提高了8.89%，当添加量为0.125%时蒸煮得率有所下降，与对照组相比，所有处理组蒸煮得率均显著提高（P＜0.05）。蒸煮得率的提高可能是由于γ-聚谷氨酸结构中存在大量的羧基与蛋白结合形成长分子链，锁住了部分水分[26]；而γ-聚谷氨酸添加量过高时，蒸煮得率出现下降趋势，可能是因为一旦γ-聚谷氨酸浓度过高时，γ-聚谷氨酸结构中的大量游离羧基与蛋白质亲水基团发生竞争，导致蛋白质结合水的能力减弱，从而导致蒸煮得率下降。

2.2 γ-聚谷氨酸对鲤鱼鱼糜凝胶保水性的影响

保水性是衡量肉品品质的一个重要指标，保水性越好，说明肉类中的蛋白质与水分的结合能力越强，肉的品质越好。γ-聚谷氨酸对鲤鱼鱼糜凝胶保水性的影响见图2。

图2 γ-聚谷氨酸添加量对鲤鱼鱼糜凝胶蒸煮得率的影响Fig.2 Effect of γ-polyglutamate content on the water holding capacity of carp surimi

由图2可知，随着γ-聚谷氨酸添加量的增加鲤鱼鱼糜凝胶保水性呈先增加后减少的趋势，与对照组相比，当γ-聚谷氨酸的添加量为0.075%时保水性最好，达到了98.34%，当添加量为0.1%和0.125%时保水性有所下降，与对照组相比，所有处理组保水性均显著性提高（P＜0.05）。保水性的提高可能是由于γ-聚谷氨酸带有大量的负电荷，随着添加量增加会导致静电斥力增加，最终增加了蛋白质分子间的距离，从而提高凝胶的保水性[27]；而当γ-聚谷氨酸添加量过高时，保水性出现下降趋势，可能是因为一旦γ-聚谷氨酸浓度过高会影响蛋白质分子与水分子之间的作用力，最终造成凝胶保水能力变差。

2.3 γ-聚谷氨酸对鲤鱼鱼糜凝胶色泽的影响

色泽是消费者评价产品外观的一个重要指标。γ-聚谷氨酸对鲤鱼鱼糜凝胶色泽的影响见表1。

表1 γ-聚谷氨酸添加量对鲤鱼鱼糜凝胶色泽的影响Table 1 Effect of γ-polyglutamate content on the color of carp surimi

由表1可知，随着γ-聚谷氨酸添加量的增加鲤鱼鱼糜凝胶L*值呈下降趋势，b*值呈升高趋势，a*值呈现先下降后升高的趋势。与对照组相比，当γ-聚谷氨酸添加量为0.025%和0.05%时，L*值和b*值无显著性差异变化（P＞0.05），a*值显著降低（P＜0.05）。当 γ-聚谷氨酸添加量为0.075%、0.1%和0.125%时，L*值显著降低（P＜0.05），a*值显著增加（P＜0.05），b*显著降低（P＜0.05）。鲤鱼鱼糜凝胶L*下降可能是因为γ-聚谷氨酸在加热过程中发生美拉德反应[28]，生成有色物质，导致凝胶亮度下降。

2.4 γ-聚谷氨酸对鲤鱼鱼糜凝胶强度的影响

γ-聚谷氨酸对鲤鱼鱼糜凝胶强度的影响见图3。

图3 γ-聚谷氨酸添加量对鲤鱼鱼糜凝胶强度的影响Fig.3 Effect of γ-polyglutamate content on the gel strength of carp surimi

由图3可知，随着γ-聚谷氨酸添加量的增加鲤鱼鱼糜凝胶强度呈先增加后降低的趋势，与对照组相比，当γ-聚谷氨酸的添加量为0.075%时凝胶强度最好，达到了757.35 g·cm，当添加量为0.1%和0.125%时凝胶强度有所下降，与对照组相比，所有处理组凝胶强度均显著提高（P＜0.05）。凝胶强度的提高可能是因为γ-聚谷氨酸与蛋白质分子间的相互作用增强，同时热处理导致蛋白质分子高级结构变化内部暴露，从而使凝胶强度增加；而当γ-聚谷氨酸添加量过高时，凝胶强度出现下降趋势，可能是因为γ-聚谷氨酸浓度过高时会导致蛋白质分子间过度交联，无法形成稳定的凝胶网络结构，因而导致凝胶强度变差。

2.5 γ-聚谷氨酸对鲤鱼鱼糜凝胶质构的影响

γ-聚谷氨酸对鲤鱼鱼糜凝胶质构的影响见表2。

表2 γ-聚谷氨酸添加量对鲤鱼鱼糜凝胶质构的影响Table 2 Effect of γ-polyglutamate content on the texture of carp surimi

由表2可知，随着γ-聚谷氨酸添加量的增加鲤鱼鱼糜凝胶的硬度、弹性、内聚性和咀嚼性均呈先增加后减少的趋势，与对照组相比，添加一定比例的γ-聚谷氨酸后，鲤鱼肉糜凝胶的质构均有不同程度的改善，当γ-聚谷氨酸添加量为0.075%时，鲤鱼肉糜凝胶的硬度、弹性、内聚性和咀嚼性均显著增加（P＜0.05）。

硬度、弹性、内聚性和咀嚼性的分别达到了（2 559.63±26.34）g、1.02±0.03、0.71±0.01 和 1 684.85±49.88。变化趋势与保水性的结果基本一致，康壮丽等[29]研究发现肉糜的硬度和保水性有关，保水性升高，硬度也会升高。γ-聚谷氨酸与蛋白质发生交联，促进凝胶网络结构的形成，使凝胶结构更稳定。而硬度升高，弹性、内聚性和咀嚼性等也会随之升高。

2.6 γ-聚谷氨酸对鲤鱼鱼糜凝胶存储模量（G'）的影响

肉糜凝胶升温过程中的流变学性质变化主要与肉糜中肌原纤维蛋白变性影响凝胶形成有关[30]。在动态流变学测定过程中，存储模量（G'）可以作为反映鲤鱼肉糜凝胶强度的一个重要指标，G'值越高表明凝胶强度越好。γ-聚谷氨酸对鲤鱼鱼糜G'的影响见图4。

图4 γ-聚谷氨酸添加量对鲤鱼鱼糜凝胶存储模量（G'）的影响Fig.4 Effect of γ-polyglutamate content on the storage modulus of carp surimi

由图4可知，与对照组相比，添加不同比例γ-聚谷氨酸处理组的G'均呈现上升趋势，整体呈现先增大后减小的趋势，这与凝胶强度的变化基本相吻合。随温度升高加入不同比例γ-聚谷氨酸的鲤鱼鱼糜G'变化主要分为3个阶段：第一阶段（20℃～53℃），G'随温度的升高逐渐上升，在48℃～53℃时对照组和不同处理组分别出现一个高峰值，可能因为在这个温度范围内，肌球蛋白结构开始发生变化，蛋白质分子间头部与头部发生聚集[31]，开始交联形成弹性网络结构。与对照组相比，添加不同比例γ-聚谷氨酸的处理组出现峰值更早，表明γ-聚谷氨酸有助于促进鲤鱼肉糜凝胶的形成。第二阶段（53℃～65℃），G'随着温度的升高急速下降，G'的降低可能是因为在此温度范围内，内源蛋白酶的活性升高，导致凝胶出现劣化[32]，也可能是因为温度增高导致蛋白质变性，肌球蛋白的α-螺旋结构解螺旋，导致蛋白流变性增强[33]。但是添加不同比例γ-聚谷氨酸处理组的G'最小值要显著高于对照组的G'最小值。第三阶段（65℃～90℃），G'随温度的升高急速升高，可能因为在二硫键和疏水作用下，蛋白质发生大量聚集，沉积于网络结构中形成了不可逆弹性凝胶[34]。与对照组相比，添加不同比例γ-聚谷氨酸的处理组出现最大峰值更早，表明添加γ-聚谷氨酸有助于提高鲤鱼肉糜的凝胶强度。

3 结论

γ-聚谷氨酸作为一种食品级凝胶增强剂，少量添加于鲤鱼鱼糜中即可对其凝胶品质和流变性具有显著影响（P<0.05）。当γ-聚谷氨酸的添加量为0.1%时，鲤鱼鱼糜的蒸煮得率最高；当γ-聚谷氨酸添加量在0.075%时，鲤鱼鱼糜凝胶的蒸煮得率、保水性、硬度、弹性、内聚性和咀嚼性达到最好，且对鲤鱼鱼糜的色泽影响较小；G'曲线变化表明γ-聚谷氨酸可以有效促进鲤鱼鱼糜凝胶的形成。因此，γ-聚谷氨酸作为一种安全的凝胶增强剂在提高淡水鱼鱼糜制品品质方面具有广阔的应用前景。