冷等离子体处理的面筋蛋白对鸡肉糜凝胶品质特性的影响

韩西平，计红芳,2, ，张 莹，李丹丹，张令文，马汉军,2

（1.河南科技学院食品学院，河南新乡 453003；2.国家猪肉加工技术研发专业中心，河南新乡 453003）

鸡肉营养丰富，具有低脂肪、低胆固醇、高蛋白等优点，其肉糜产品，如肉丸、肉饼、香肠等深受消费者的喜爱[1]。肉糜产品的品质取决于肉糜形成凝胶的性能，在实际生产中，往往添加植物蛋白、淀粉、亲水胶体等非肉类填充剂用以减少脂肪流失，保持水分，改善制品的乳化性、持水性和质构特性等[1-3]。植物蛋白既能平衡肉制品的氨基酸组成，又能赋予肉制品特殊的组织结构与风味，是一种相对理想的肉类产品填充剂[4-6]。

面筋蛋白是小麦淀粉生产过程中的副产物，因其资源丰富、营养价值高，且含有人体必需的8 种氨基酸，是营养丰富的植物蛋白资源[7]。面筋蛋白由于内部大量的疏水性基团和非极性氨基酸的存在，导致其水溶性不理想，极大地限制了其在食品领域的应用。因此，采用适当的技术对面筋蛋白进行改性，扩大其应用范围变得极其重要。面筋蛋白常用的改性方法有微波改性[8]、超声改性[9]、糖基化改性[10]和脱酰胺改性[11]，其中冷等离子体作为一种耗时短、效率高、环境友好等优势的改性方法引起研究者的广泛关注[12-14]。王若兰等[13]研究发现冷等离子体处理可以增强面筋蛋白聚合度，增加面筋强度，改善面筋质量。何鑫[14]研究发现冷等离子体处理可使蛋白质二级结构发生改变，促使蛋白质组分间发生聚合作用，使大分子量聚合体含量增加，同时增强面筋的品质。

本课题组前期研究表明，经冷等离子体处理的面筋蛋白可以提高其溶解度、持水力，改变其二级结构等，但尚未见有将其加入到鸡肉制成肉糜，研究改性面筋蛋白对鸡肉凝胶品质影响的报道。因此，本实验通过测定凝胶蒸煮损失、保水性、质构特性、流变特性、化学作用力、微观结构、水分迁移等指标，探讨冷等离子体处理的面筋蛋白对鸡肉凝胶特性改善规律，可为拓宽面筋蛋白在肉类食品中的应用提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

白羽鸡胸肉 河南新乡鸿运来超市；面筋蛋白 河南密丹儿商贸有限公司；戊二醛、无水乙醇、叔丁醇、硫酸钾、盐酸、硫酸铜、氢氧化钠、硼酸、氯仿等均为国产分析纯。

HAAKE MARS III 旋转式流变仪 德国Thermo Fisher Scientific 公司；UMC-5C 斩拌机 德国Stephan 公司；核磁PQ001 台式NMR 分析仪 上海纽迈电子有限公司；JRJ-100 绞肉机 山东嘉信食品机械有限公司；TS-PL50 大气等离子表面处理机宁波新芝生物科技股份有限公司；Quanta 200 扫描电镜 美国FEI 公司；AUY120 电子天平 日本岛津公司；U2810 型紫外-可见分光光度计 日本日立高新技术公司；3-18K 台式高速冷冻离心机 德国Sigma 公司；TA-XT 质构仪 英国SMS 公司。

1.2 实验方法

1.2.1 冷等离子体处理面筋蛋白 参考杜艳丽等[15]的方法并稍作修改。将30 g 面筋蛋白平铺在玻璃平皿中，加入90 mL 蒸馏水使其吸水完全，然后置于冷等离子体载物台上，分别用350、500、650、800、950 W功率的冷等离子体处理面筋蛋白，时间为150 s，将处理好的面筋蛋白冻干后研磨成粉备用。

1.2.2 共混凝胶的制备 参考Zhao 等[16]的方法并稍作修改。将鸡肉切除脂肪，剔除可见结缔组织和血管，每组取鸡肉糜100 g，加入2%食盐、25%冰水，第1 组不加面筋蛋白，第2 组加6 g 面筋蛋白不处理，3～7 组加6 g 面筋蛋白（分别为冷等离子功率350、500、650、800、950 W 处理），高速搅拌2～3次，每次30 s，混合均匀后称48 g 装入离心管中，配平，1342×g 离心10 min，放入水浴锅中，85 ℃，30 min，取出冷却。

1.2.3 蒸煮损失的测定 将48 g 经搅拌均匀的鸡肉糜转移至离心管，记录为煮前重量m1。经85 ℃水浴处理30 min，取出冷却，将凝胶倒在滤纸上，吸干表面流出汁液，称重，记录为煮后重量m2[17]。

1.2.4 保水性的测定 将煮好的凝胶用滤纸吸干表面流出汁液，切为高20 mm 的圆柱形，称其重量，记录为m1。将其置于离心管中，5368×g 离心10 min，取出擦干后再次称重，记录为m2[18]。

1.2.5 质构特性的测定 参考Zhu 等[19]的方法并稍作修改。采用TA-XT 质构仪对凝胶样品进行测定，样品规格为2 cm×2 cm 圆柱形，探头型号为P/36R，测定速度为2 mm/s，压缩比为40%，时间为5 s，触发力为5 g。试验重复6 次取平均值。

1.2.6 流变特性的测定 采用旋转式流变仪振荡模式，参数：狭缝宽度0.5 mm，平板直径50 mm，应变2%，频率0.1 Hz，加样后用石蜡密封。在20 ℃保温5 min，以2 ℃/min 的速率在20～80 ℃范围内进行加热扫描，测定储能模量G'变化[20]。

1.2.7 化学作用力的测定参照Gómez-Guillén等[21]的方法稍作修改。配制A、B、C、D、E 等5 种溶液，其中A 为0.05 mol/L NaCl；B 为0.6 mol/L NaCl；C 为0.6 mol/L NaCl+1.5 mol/L 尿素；D 为0.6 mol/L NaCl+8 mol/L 尿素；E 为0.6 mol/L NaCl+8 mol/L尿素+1.5 mol/Lβ-巯基乙醇溶液。实验分为5 组，每组取凝胶2 g，分别加入10 mL 的A、B、C、D、E 溶液，混匀，4 ℃静置1 h，5368×g 离心20 min，双缩脲法测定上清液中的蛋白质量浓度。以凝胶在不同溶液中测定的蛋白质含量差值表示离子键、氢键、疏水性相互作用和二硫键。

1.2.8 微观结构的分析 凝胶被分割成小片后用戊二醛（25 mg/mL）浸泡固定24 h。先用pH6.8 磷酸缓冲液（0.1 mol/L）洗涤10 min，接着用不同体积浓度乙醇溶液梯度脱水10 min，氯仿脱脂30 min，无水乙醇:叔丁醇=1:1，叔丁醇分别处理10 min[22]。真空干燥后进行拍照观察。

1.2.9 水分迁移的测定 参照朱东阳等[23]的方法稍作修改。将凝胶样品转移至直径15 mm 的核磁管中，根据Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脉冲序列测定样品的横向弛豫时间（T2）。测试参数为：TW=5000，SW=100 kHz，NS=8，NACH=5000。每个处理组测定4 个平行样品。利用仪器自带的Multi Exp Inv 分析软件获得T2分布和峰面积比值。

1.3 数据处理

每个试验重复3 次，采用Excel 进行数据处理，SPSS2018 进行方差分析，使用Duncan multiple range test 进行多重比较（P＜0.05），数值以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 冷等离子体处理的面筋蛋白对鸡肉糜凝胶蒸煮损失与保水性的影响

由图1 可知，与对照组相比，添加面筋蛋白可以提高凝胶的保水性，降低凝胶的蒸煮损失，这与计红芳等[6]研究结果相同。随着冷等离子体功率的升高，保水性呈先升高后降低，冷等离子体功率为650 W时保水性最高，为96.47%；而蒸煮损失先降低后升高，冷等离子体功率为650 W 时蒸煮损失最低，为5.43%。在冷等离子体处理面筋蛋白的过程中，一些亲水基团如羟基、羧基和氨基被加入到面筋蛋白分子内[24]，提高面筋蛋白分子的亲水能力，从而提高凝胶的保水性，降低了蒸煮损失；但当功率过高时，会造成面筋蛋白分子交联或发生聚集行为[25]，从而影响凝胶的保水性和蒸煮损失。

图1 冷等离子体处理的面筋蛋白对鸡肉糜凝胶蒸煮损失和保水性的影响Fig.1 Effects of gluten treated with cold plasma on cooking loss and water retention of chicken gel

2.2 冷等离子体处理的面筋蛋白对鸡肉糜凝胶质构的影响

如表1 所示，随着冷等离子体功率的增加，凝胶的硬度、咀嚼性均呈上升趋势，在800 和950 W时差异不显著（P＞0.05），在950 W 时达到最大值，分别为8647 和5630 g，为对照组的1.57 倍和1.78 倍；凝胶的弹性和回复性随着冷等离子体功率的增加，均呈先升高后降低的趋势，在功率为650 W 时达到最大，与其它组存在显著性差异（P＜0.05），与对照相比回复性上升了29.03%，弹性上升了7.07%。面筋蛋白中含有醇溶蛋白和麦谷蛋白，使其具有独特的黏弹性[26]。冷等离子体处理可以增强面筋强度，改善面筋质量，提高面筋指数[14,27-28]，当添加到鸡肉糜凝胶中，可以促进肌原纤维蛋白和面筋蛋白之间的结合，使面筋蛋白充分填充到凝胶网络之中，使凝胶的组织结构更为紧密，进而增强了凝胶的弹性和回复性[29]。但冷等离子体功率过高时，蛋白分子组织结构遭到破坏，导致凝胶呈现过硬过韧现象，从而降低凝胶的弹性和回复性。

表1 冷等离子处理的面筋蛋白对鸡肉糜凝胶质构的影响Table 1 Effect of gluten treated with cold plasma on the texture of chicken minced meat gel

2.3 冷等离子体处理的面筋蛋白对鸡肉糜凝胶流变学特性的影响

肉糜凝胶中的蛋白质分子在加热过程中会受热变性展开和重新排列聚合两个过程，储能模量（G'）可以反映其过程，同时还能反映凝胶质构的变化[30-31]。由图2 可知，未加面筋蛋白的对照组峰值出现的温度均小于其他组，这可能是因为面筋蛋白推迟了肌球蛋白头部和尾部的变性温度。添加面筋蛋白后，各组凝胶在20～46 ℃时，G'随着温度的升高而缓缓下降，可能是在搅拌的过程中，蛋白质由长链转变为短链，蛋白之间氢键作用减弱有关[32]；在46 ℃左右时，G'开始缓慢增加，并在51 ℃达到第一个峰值，此峰为肌球蛋白头部变性峰，随后加热至62 ℃时，因肌球蛋白尾部变性，改变原有的蛋白网络结构导致其迅速下降；在62～80 ℃时G'快速上升，最终形成稳定的凝胶结构。当冷等离子体功率为650 W 时，G'值最高，此时凝胶品质最好，与质构所表现的一致（表1）。

图2 冷等离子体处理的面筋蛋白对鸡肉糜凝胶流变学特性的影响Fig.2 Effect of cold plasma treated gluten on rheological properties of chicken gel

2.4 冷等离子体处理的面筋蛋白对鸡肉糜凝胶化学作用力的影响

维持蛋白凝胶三维网络结构的作用力主要有氢键、离子键、疏水作用和二硫键[33]。由图3 所示，凝胶氢键、疏水作用和二硫键随冷等离子体功率的增加，呈现先上升后下降的趋势，疏水相互作用力在功率为650 W 时最高，对应的蛋白溶解量为8.434 mg/mL，且与功率800 和950 W 相比差异不显著（P＞0.05），二硫键在功率为650 W 时也最高（该值高达4.98 mg/mL），氢键在650 W 和800 W 时差异不显著（P＞0.05）。实验结果显示，冷等离子650 W 时处理的面筋蛋白对凝胶的疏水相互作用力、二硫键和氢键增强效果最佳。离子键随着冷等离子体功率的升高而增加，但所对应的蛋白溶解量均小于1 mg/mL，因此与氢键和疏水相互作用力相比较，离子键在凝胶形成网络结构的过程中发挥作用最小。Belon[34]研究结果表明，醇溶蛋白和麦谷蛋白相互作用会被氢键和疏水作用所影响。在水浴加热过程中，可能会造成面筋蛋白的分子结构被展开，从而促进了疏水相互作用的增强以及巯基—二硫键的交换，而冷等离子处理面筋蛋白可以增强面筋蛋白的疏水相互作用并且促进巯基—二硫键的交换[35-36]，从而使肌原纤维蛋白与面筋蛋白间的交联聚集得到加强，形成的三维网络结构更复杂均匀[37-38]。

图3 冷等离子体处理的面筋蛋白对鸡肉糜凝胶主要化学作用力的影响Fig.3 Effect of cold plasma treated gluten protein on chemical force of chicken gel

2.5 冷等离子体处理的面筋蛋白对鸡肉糜凝胶微观结构的影响

如图4 所示，对照组的凝胶结构较为粗糙，蛋白质分子之间呈颗粒状相互聚集，表面不平整[39]；随着冷等离子体功率的增加，凝胶表面逐渐变得平整、有序，结构逐渐致密，蛋白质分子间呈片状相互凝聚，冷等离子体功率为650 W 时，凝胶结构最为致密，形成的空间三维网状结构更加均匀有序，可能是冷等离子体功率的增加改变了面筋蛋白的结构，影响了氢键和蛋白质的水合性质[40-41]，从而提高蛋白质的持水性，影响凝胶的结构。均匀致密的网络结构，可以减少蛋白质、水分等物质的损失，捕获更多的水分[42]，提高凝胶保水性、改善质构。当冷等离子体功率继续升高，凝胶表面孔隙增大，结构变得粗糙，可能是冷等离子体功率过高，使面筋蛋白包藏在分子内部的疏水基团暴露出来，影响了水与肌肉蛋白以及肌肉蛋白与面筋蛋白之间的相互作用，造成凝胶的硬度过高，弹性减小。

图4 冷等离子体处理的面筋蛋白对鸡肉糜凝胶扫描电镜结果的影响（100 μm）Fig.4 Effect of cold plasma treated gluten on microstructure of chicken gel (100 μm)

2.6 冷等离子体处理的面筋蛋白对鸡肉糜凝胶水分迁移的影响

由图5A 可知，所有凝胶样品均在1～400 ms 内有三个峰，T2b代表结合水（0～10 ms）；T21代表不易流动水（10～100 ms）；T22代表自由水（100～1000 ms），其中不易流动水占比最多[43]。由图5B 可知，添加面筋蛋白后各组间T2b值无显著性差异（P＞0.05），表明结合水受到的影响较小，可能是肌肉蛋白与结合水结合的过于紧密造成的[44]。随着冷等离子体功率的增加，T21与T22均为先下降后升高的趋势，在功率为650 W 时达到最低，T21与T22越低，表明底物与水分子结合越牢固[32]。图5C 为三种状态水的峰面积比值，由图可知各组凝胶之间的结合水P2b差异不显著（P＞0.05）。不易流动水P21先增加后降低，而自由水P22先下降后升高，均在功率为650 W 时达到峰值，该结果与T2弛豫时间的结果一致，表明在添加面筋蛋白后凝胶中部分自由水可能向不易流动水转移。这可能是面筋蛋白的添加使凝胶的结构更加均匀致密，捕获更多的水分，与微观结构观察的结果一致。

图5 冷等离子体处理的面筋蛋白对鸡肉糜凝胶弛豫时间（A）、T2 弛豫时间（B）和P2 峰面积比值（C）的影响Fig.5 Effects of cold plasma treated gluten on relaxation time(A),T2 relaxation time (B) and P2 peak area ratio (C) of chicken gel

3 结论

添加经冷等离子体处理的面筋蛋白能够提高鸡肉糜凝胶的形成能力、改善鸡肉糜凝胶的品质。添加经冷等离子体处理的面筋蛋白能够改善凝胶的质构，降低凝胶蒸煮损失和自由水的比例，提高保水性和不易流动水的比例；当面筋蛋白经650 W 的冷等离子体处理后，制备的鸡肉糜凝胶网络结构更加均匀细腻、富有弹性。本研究结果可为拓宽面筋蛋白在肉类食品中的应用提供一定的科学依据，同时也为冷等离子体在食品加工中的应用提供一定的基础数据。