不同类型变性淀粉对鲅鱼鱼糜凝胶特性的影响

王睿纯，李 义，林松毅,3，傅宝尚,3，李睿尧，邵晓阳，张思敏,3,

（1.大连工业大学食品学院，辽宁大连 116034；2.中粮生物科技股份有限公司，辽宁大连 116034；3.国家海洋食品工程技术研究中心，辽宁大连 116034）

鱼糜及其制品因其高蛋白、低脂肪的特点广受消费者喜爱，成为我国发展最快的水产食品，年产量超过135 万吨，行业规模近200 亿元[1]。鱼糜是原料鱼经过采肉、漂洗、精滤制成，被称为“浓缩的肌原纤维蛋白”。鱼糜制品是以冷冻或新鲜鱼糜为原料，加入一定的辅料经过擂溃、成型、加热过程制成的具有弹性凝胶状食品，有鱼丸、蟹棒、鱼肠等多种产品[2]。鱼糜制品品质的高低是由口感、颜色、质地、凝胶性能、流变特性等重要的理化指标决定的。鲅鱼具有营养价值高、产量丰富、价格低的特点，是深加工鱼糜制品的重要原料，但鲅鱼鱼糜凝胶性能较弱，持水性较差，限制了鲅鱼鱼糜产品的开发。如何提升其品质特性是开发鲅鱼鱼糜制品的重大问题[3]，已有研究报道利用不同漂洗方式[4-5]及利用外源物质添加[3,6-7]等方法改善鲅鱼鱼糜凝胶特性，而淀粉是鱼糜制品中应用最广泛的填充辅料（填充剂及增稠剂），可以增加鱼糜制品结构的致密性，增强蛋白保水能力[8-9]。淀粉多糖可与肌原纤维蛋白相互作用形成混合凝胶[10]，改善蛋白的流变学特性，从而改变鱼糜制品弹性、硬度、凝胶性能等[11]，进而达到改善品质、增加产量并降低成本的目的。相比普通淀粉水溶性、热粘度及其稳定性差等问题，变性淀粉经物理、化学或酶法处理，改变了分子大小、颗粒性质或引入新的官能团，有望进一步改善鱼糜的凝胶性能，成为更好的鱼糜凝胶增强剂[12-14]。羟丙基二淀粉磷酸酯是淀粉与磷酸化试剂和醚化剂伴同酯化制得的具有优异特性的复合变性淀粉，较普通淀粉糊化后膨润力、透明度显著提高，具有粘度稳定性好，保水性强及耐加工性好的特点[15-16]；乙酰化双淀粉己二酸酯是混合酸酐对淀粉进行交联和酯化反应制得的一种抗老化性[17]、热糊性显著提高的变性淀粉高粘度，较普通淀粉具有糊液透明度好，取代度高，耐剪切，耐高温等优点[18]。预糊化乙酰化双淀粉己二酸酯则在乙酰化双淀粉己二酸酯的基础上进行了预糊化处理，使其能够在冷水中溶涨溶解，冻融稳定性好、耐低温储存[19]，使产品分散性好，具有良好的乳化能力。变性淀粉由于原料来源以及变性方式的不同，理化差异较大，在应用过程中食品企业缺乏相应的理论数据参考。

本研究以鲅鱼为原料，添加羟丙基二淀粉磷酸酯（FMS 117）、乙酰化双淀粉己二酸酯（FMS 121）、预糊化乙酰化双淀粉己二酸酯（FMS 1820）三种不同类型变性淀粉，通过测定白度、持水性、流变特性、质构特性和水分迁移等指标，探究三种不同变性淀粉添加对鲅鱼鱼糜凝胶性能和产品品质的影响及其机理；旨在为高品质鲅鱼鱼糜制品的开发提供技术支撑，为不同变性淀粉在鱼糜制品中的进一步应用提供理论依据与参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

冷冻鲅鱼 于大连生鲜市场购买，在-20 ℃下冷冻备用；三种变性淀粉（羟丙基二淀粉磷酸酯（FMS 117）、乙酰化双淀粉己二酸酯（FMS 121）、预糊化乙酰化双淀粉己二酸酯（FMS 1820））中粮集团有限公司提供；盐 食品级，纯度不低于98.5%，购于大连当地超市；去离子水 通过Milli-Q 梯度A10 系统（Millipore，Billerica，MA）纯化。

S35-LA551 搅拌机 杭州九阳生活电器有限公司；UltraScanPRO 色度仪 美国HunterLab 公司；TA-XTPLUSZ 质构仪 英国StableMicroSystem 公司；TA-DHR 流变仪 沃特世科技有限公司TA 仪器；MesoMR23-060H-I 核磁共振仪 上海纽迈电子科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 鲅鱼鱼糜的制备 将新鲜鲅鱼去皮去骨，漂洗后用厨房用纸吸干水分，用破碎机绞碎成鱼肉馅放入搅拌机中。空擂1 min 后放入2.5%食盐擂溃2 min，接着放入5 %碎冰与不同比例（0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%）的变性淀粉，控制含水量在80%左右，误差不超过1%，继续擂溃3 min得到鲅鱼鱼滑。取15 g 鱼滑放入模具中，在4 ℃下过夜塑型，沸水浴5 min 得到鱼糜凝胶成品，保存在4 ℃备用[20-21]。

1.2.2 持水性的测定 采用离心法测定凝胶的持水力[21]。将鲅鱼鱼糜凝胶平衡到室温后，吸干表面水分，称取2 g 左右搅碎的鱼糜凝胶，记下准确的重量（精确到0.001）小心包入中速滤纸并放入50 mL 离心管中3000 r/min 离心15 min，取出样品称得重量记为m2，按公式（1）计算鲅鱼鱼糜持水性。

式中：m1为测试样品的质量；m2为离心脱水后的质量。

1.2.3 白度的测定 将鲅鱼鱼糜凝胶平衡到室温后，吸干表面水分，用色度仪测定其L*，a*，b*。其中L*表示样品的亮度，a*表示红绿值，b*表示黄蓝值。按公式（2）计算鲅鱼鱼糜的白度值。

1.2.4 质地剖面分析（texture profile analysis，TPA）参考陈媚依[21]的实验方法，将鲅鱼鱼糜凝胶平衡到室温后，吸干表面水分，切成20 mm×20 mm 的正方体，用质构仪测定其质地特性，实验参数：探头型号选择P50，触发力5 g，压缩比40%，测前，测中，测后速度分别为5、1、5 mm/s。每个样品采集6～8 个平行。测试指标分别为硬度（Hardness，g），弹性（Springiness，g），粘聚性（Cohesiveness），咀嚼性（Chewiness）。

1.2.5 凝胶强度的测定 参考文献[22]，将鲅鱼鱼糜凝胶平衡到室温后，吸干表面水分，切成20 mm×20 mm的正方体，用质构仪进行穿刺实验。实验参数为探头P/5s，触发力5 g，测前，测中，测后速度分别为5、1、1 mm/s，压缩曲线中最大峰值对应的力和距离分别为鱼糜凝胶的破断力和破断距离，每个样品平行6～8 个。凝胶强度（G×mm）是断裂力（G）和断裂距离（mm）的乘积。

1.2.6 流变特性的测定 利用流变仪测试鲅鱼鱼滑在升温熟化过程中的tanδ（相位角），G′（储能模量）和G″（损耗模量）变化情况。将鲅鱼鱼滑平衡至室温，取3 g 左右放置在载物台上，探头选用型号为116801 的平板，设置平板探头与载物台之间的间隙为1 mm，将多余的样品轻轻沿平板四周刮去，并用硅油密封以免水分蒸发。实验参数参考陈媚依[21]的研究，如下：应变为1%、振荡频率为1 Hz，升温扫描范围为20～90 ℃，升温速度设为2 ℃/min。

1.2.7 低场核磁共振弛豫信号的采集 使用低场核磁共振分析仪测试，开机预热，永磁体温度保持在32 ℃，强度为0.5 T。选用40 mm 直径线圈，采集前先用标准硫酸铜溶液匀场，设置参数为：射频线圈60 mm，TW 为4500 ms，回波个数3000 个，迭代次数为10 万，每个样品扫描3 次，完成信号采集，得到弛豫曲线。

1.3 数据处理

运用IBM SPSS Statistics 26 统计软件进行显著性差异分析，P<0.05，差异显著。采用 Origin 2022软件进行数据绘图。

2 结果与分析

2.1 不同变性淀粉对鲅鱼鱼糜凝胶持水性的影响

持水性是鱼糜凝胶保水能力的重要指标。由图1 可知，添加羟丙基二淀粉磷酸酯（FMS 117）、乙酰化双淀粉己二酸酯（FMS 121）、预糊化乙酰化双淀粉己二酸酯（FMS 1820）三种不同类型变性淀粉后，鲅鱼鱼糜凝胶的持水性均显著增大（P<0.05），当添加量为0.5%时，持水性即增高10%～19%，说明变性淀粉可显著提高鲅鱼肌原纤维蛋白的持水性，这可能是由于FMS117 中引入了亲水性的磷酸酯和羟丙基基团可使淀粉更易溶解膨胀，吸水性提高，从而对鱼糜凝胶起支撑作用[18]；因FMS121 和FMS1820 结构中乙酰基的存在使其具有较优的亲水性能，同时交联增加了其与蛋白分子的联系，使得鲅鱼鱼糜凝胶强度与持水性均有所升高[15,23]。随着变性淀粉的继续添加，FMS 117 和FMS 121 组的鱼糜凝胶呈现先增加后平缓趋势，持水性趋于稳定，FMS 1820 组鱼糜凝胶呈现先增加后降低趋势，持水性相对较弱。这可能是由于FMS 1820 相较于其它变性淀粉更易溶于冷水，提升其添加比例后可供肌原纤维蛋白吸收的水分逐渐下降，而其自身的保水性并不够优异，从而呈现这一趋势。

图1 变性淀粉对鲅鱼鱼糜凝胶持水性的影响Fig.1 Effect of modified starch on water holding capacity of Spanish mackerel surimi gel

2.2 不同变性淀粉对鲅鱼鱼糜凝胶强度的影响

由图2 可知，随着FMS 117 和FMS 121 两种变性淀粉的增加，鲅鱼鱼糜凝胶呈现先上升后下降的趋势，并均在1%添加量时达到最大值；FMS1820 组呈现先下降再上升后下降的趋势，也在1%添加量时达到最大值。相比于对照组422.206 g/cm2凝胶强度，添加1%三组变性淀粉时，凝胶强度显著增加（P<0.05），分别达到860.979、932.693 和655.573 g/cm2。结果表明，淀粉种类和添加量对鱼糜凝胶强度有直接影响，可能是由于这两种淀粉分别通过羟丙基酯化和乙酰基的醚化作用，吸水膨胀能力明显增大，所以会对鱼糜基质产生更强的挤压力，从而增强凝胶强度具有抗凝胶网络束缚的内在压力，同时变性淀粉参与蛋白质内部交联反应，胶粘作用使得凝胶强度增加[24]；然而鱼糜凝胶的凝胶形成能力较淀粉的凝胶形成能力要强，随着变性淀粉比例的增加，淀粉的吸水能力更强，使鱼糜蛋白所用水分减少[9]，从而阻碍肌原纤维蛋白自身凝胶形成。此外，先凝胶化形成的肌原纤维蛋白网络体系亦会束缚水分限制淀粉吸水膨胀，使淀粉不能充分糊化，降低了体系凝胶强度[16,25-26]。

图2 变性淀粉对鲅鱼鱼糜凝胶凝胶强度的影响Fig.2 Effect of modified starch on gel strength of Spanish mackerel surimi gel

2.3 不同变性淀粉对鲅鱼鱼糜凝胶质构特性的影响

质构测定是模拟人的口腔咀嚼动作压缩被测样品，将口腔对食品的感受以数据化形式体现出来，是反映鱼糜凝胶样品品质的重要指标，主要包括鱼糜凝胶的硬度、弹性、粘聚性和咀嚼度[22]。其中硬度体现凝胶结构的嚼劲；弹性是受到外力变形后恢复原状态的能力；粘聚性是凝胶样品的抗拉伸强度，体现鱼糜凝胶对咀嚼的持续抵抗力。图3 是不同变性淀粉不同添加量制备的鱼糜凝胶质构特性分析，从图3 中可以看出，所有组的粘聚性变化并不显著，FMS 117、FMS 121 组硬度、粘聚性和咀嚼度均先上升后下降，而添加FMS 1820 组这三个指标均明显下降（P<0.05），这一结果与凝胶强度一致。这主要是由于FMS 117和FMS 121 促进了鱼糜-变性淀粉凝胶体系的形成。当FMS 117 和FMS 121 添加量为1.5%时，鱼糜的硬度粘聚性达到最大值，咀嚼度也处于较高的水平，这表明在该添加量下，变性淀粉能最大程度地促进鱼糜蛋白分子交联形成凝胶，有力挤压鱼糜形成稳定致密的三维凝胶结构，改善了鱼糜的凝胶特性[8]，还可以很好地阻碍凝胶内部疏水键和氢键的破坏，并稳定了ε-（γ-Glu）-Lys 共价键的交联从而获得更佳的凝胶品质[27]。而淀粉添加过量则会稀释蛋白浓度，阻碍蛋白分子交联，从而降低粘聚性等质构指标。在添加量为1.5%时，FMS 117、FMS 121 组鱼糜凝胶的弹性相对较好，而FMS1820 组弹性低于对照组。说明FMS 117、FMS 121 变性淀粉的添加可以制备质地柔软且富有弹性的鲅鱼鱼糜凝胶。

图3 变性淀粉对鲅鱼鱼糜凝胶质构特性的影响Fig.3 Effects of modified starch on textural properties of Spanish mackerel surimi gel

2.4 不同变性淀粉对鲅鱼鱼糜凝胶流变学特性的影响

添加变性淀粉后，鲅鱼鱼糜凝胶在20～90 ℃升温过程的流变学特性变化情况如图4 所示。通过衡量鲅鱼鱼糜凝胶的储能模量G'、损耗模量G″和相位角tanδ来评价蛋白热诱导凝胶形成能力，当tanδ<1时，代表鱼糜凝胶主要以弹性为主[23-24]。从图4a 中可以看出，添加2%的变性淀粉的鲅鱼鱼糜凝胶，在快速升高到平稳阶段后还有二段大幅升高的趋势。表征鱼糜在一定应变条件下可以储存的能量，在加入FMS 121 后，对鱼糜弹性上限有所提高，这主要是因为在升温过程中，淀粉分子糊化，分子间相缠绕形成网络结构，加固了鱼糜蛋白分子的网络结构，使体系的弹性模量增大。从图4b 中可以看出，鲅鱼鱼糜凝胶的损耗模量与储能模量的变化趋势大致相同，添加FMS 121 的浓度为2%时鲅鱼鱼糜更易凝胶化。而添加FMS 1820 变性淀粉的鲅鱼鱼糜凝胶的影响并不明显。从图4c 中可以看出，所有鲅鱼鱼糜凝胶的tanδ均小于0.25，这说明鲅鱼鱼糜凝胶主要性能为弹性，且整体呈下降趋势，这说明经加热后，鲅鱼鱼糜凝胶弹性有明显增加。其中比较明显的是添加2% FMS 121 后，在20 到55 ℃左右时明显高于其它浓度，这说明变性淀粉增加了鲅鱼鱼糜凝胶的黏性组分，可能更利于鲅鱼鱼糜凝胶的成型，这是由于吸水膨胀后，淀粉分子间相互缠绕，加强了鱼糜蛋白分子凝胶网络结构，具有较强的黏弹性。总体可以看出2% FMS 121 的添加使鲅鱼鱼糜凝胶更易凝胶化，更易成型且更富弹性。而FMS 1820 对其几乎无影响。

图4 变性淀粉对鲅鱼鱼糜凝胶流变学特性的影响Fig.4 Effects of modified starch on rheological properties of Spanish mackerel surimi gel

2.5 不同变性淀粉对鲅鱼鱼糜凝胶白度的影响

白度是评价鱼糜制品质量的重要指标，通常以Lab 差值来判断它们之间的色差。L*表示颜色的明亮度，正数表示偏白，负数表示偏黑；a*表示红绿值，正数表示偏红，负数表示偏绿；b*表示黄蓝值，正数表示偏黄，负数表示偏蓝。消费者通常喜欢白度较高的产品。不同变性淀粉对鱼糜凝胶白度的影响如图5所示。结果表明，添加0.5%三种变性淀粉后，鱼糜凝胶白度值显著低于空白组（P<0.05）；然而随着变性淀粉质量分数的增加（1%），鱼糜凝胶白度有所增加，显著高于空白组（P<0.05）。这可能是由于适量的变性淀粉的添加促进了凝胶化，从而增强了蛋白质-水的相互作用，在一定程度上改善了凝胶表面的散色强度；继续增大添加量，白度下降至空白组以下，但仍在感官可接受范围内。从表1 中可以看到，加入变性淀粉后整体a*值负值随浓度增加而变大，说明鱼糜凝胶绿度逐渐上升，b*值也逐渐减小[20]，说明鱼糜凝胶黄度随变性淀粉浓度的增加而下降。

表1 变性淀粉对鲅鱼鱼糜凝胶色度的影响Table 1 Effect of modified starch on chromaticity of Spanish mackerel surimi gel

图5 变性淀粉对鲅鱼鱼糜凝胶水分分布的影响Fig.5 Effect of modified starch on whiteness of Spanish mackerel surimi gel

2.6 不同变性淀粉对鲅鱼鱼糜凝胶水分迁移的影响

鱼糜体系受到外界瞬时干扰后，能够恢复到原来的平衡状态所持续的时间为弛豫时间，鱼糜体系经过NMR 拟合后可得到 3 个峰，水分含量以曲线所对应的峰面积来表示，其弛豫时间分别用T21、T22、T23表示。由图5b 中不同鱼糜弛豫时间可知，弛豫时间T21位于0～10 ms，这些为鱼糜体系中的结合水，弛豫时间T22位于10～150 ms 之间，代表了鱼糜中的不易流动水，弛豫时间T23位于150～1245 ms 之间，为鱼糜中的自由水[28]。以往的研究证明了不易流动水主要存在于肌原纤维蛋白及细胞膜之间，占鲅鱼鱼糜中总水分含量的80%以上；结合水主要以结合蛋白的形式存在，含量较少；自由水存在于细胞间隙中，易被挤压流出，二者均不到总水分含量的5%[29]，这与图5a 中的结果一致。不易流动水的含量应与持水性呈正相关[30]，结果中我们可以看到，加入1.5%FMS117 和1.5% FMS121 的鲅鱼鱼糜，不易流动水所占比例较高，肌肉的持水性最好（r=0.35,P<0.05），说明变性淀粉的加入抑制了组织中的不易流动水向自由水转化，减少鲅鱼鱼糜的水分流失，说明在此添加量下形成的凝胶网络中，蛋白质和水分子的结合更加紧密，水的流动性降低，这在其他学者的研究中也有相似的结论[25,31]。而加入FMS1820 的鲅鱼鱼糜不易流动水没有太大变化，这均与持水性结果相符。

2.7 不同变性淀粉对鲅鱼鱼糜凝胶性质影响的热图分析

热图通过将数据矩阵中的各个值按一定规律映射为颜色展示，利用颜色变化来可视化比较数据[25]。当应用于数值矩阵时，热图中每个单元格的颜色展示的是行变量和列变量交叉处的数据值的大小相应的矩形颜色表示其所对应行注释与列注释的相关程度，矩形颜色越红表示二者之间成正相关，反之，矩形颜色越蓝表示二者之间呈负相关。由图6 可知，综合持水性、凝胶强度、白度、硬度、弹性、咀嚼度、粘聚性等七种指标，添加1.0%、1.5%的FMS 117、FMS 121 变性淀粉对鲅鱼鱼糜的凝胶特性有显著积极影响，同时不易流动水所占比例较高，表现为鱼糜的持水性最好。而添加FMS 1820 会对鲅鱼鱼糜凝胶特性带来消极影响，各指标随其浓度的增加呈下降的趋势。

图6 鲅鱼鱼糜凝胶的热图分析Fig.6 Heat map analysis of Spanish mackerel surimi gel

3 结论

本研究选用羟丙基二淀粉磷酸酯（FMS 117）、乙酰化双淀粉己二酸酯（FMS 121）、预糊化乙酰化双淀粉己二酸酯（FMS 1820）三种不同类型变性淀粉来提升鲅鱼鱼糜制品的品质。实验结果表明，羟丙基二淀粉磷酸酯（FMS 117）和乙酰化双淀粉己二酸酯（FMS 121）的添加能够显著提高鱼糜凝胶的凝胶性能，在添加浓度为1%时各项指标均能达到最大值。三种变性淀粉的加入均显著地提高了鲅鱼鱼糜凝胶的持水性（P<0.05），其中1.5% FMS 117 和1.5%FMS 121 的鲅鱼鱼糜，不易流动水所占比例较高，表现为肌肉的持水性最好。FMS 117、FMS 121 组在添加量为1.5%时鱼糜凝胶的弹性相对较好，可以制备质地柔软且富有弹性的鲅鱼鱼糜凝胶。添加2%FMS121 时，显著提高了鲅鱼鱼糜的弹性上限且增加了鲅鱼鱼糜凝胶的黏性组分，可能更利于鲅鱼鱼糜凝胶的成型。总的来说，添加1.0%、1.5%的FMS 117、FMS 121 变性淀粉对鲅鱼鱼糜凝胶的积极影响显著，而FMS 1820并不太适合在鲅鱼鱼糜中添加。本研究从多种维度进行的比较与分析可为高品质鲅鱼鱼糜制品的开发提供技术支撑，为不同变性淀粉在鱼糜制品中的进一步应用及产品开发提供理论依据与参考。