曲 敏，耿浩源，孫 玥，田 野，楊麗媛,2，陳鳳蓮

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150076；2.哈爾濱勞動技師學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025）

冰結(jié)構(gòu)蛋白（ice structuring proteins，ISPs），又稱為抗凍蛋白、不凍蛋白或熱滯蛋白，是由動物、植物、昆蟲和微生物等為抵御外界低溫而產(chǎn)生的蛋白質(zhì)[1-2]，具有一定的熱滯活性（thermal hysteresis activity，THA），非依數(shù)性降低冰點(diǎn)，與冰進(jìn)行特異性結(jié)合等特性，具有控制冰晶生長、修飾冰晶形態(tài)、抑制冰晶重結(jié)晶[3-4]等作用。現(xiàn)已知的ISPs主要來源于植物、海洋魚類、昆蟲和微生物。植物ISPs的THA不高，現(xiàn)已知的ISPs主要來源于植物。由于具有抗凍保護(hù)作用，ISPs作為一種新型食品添加劑，近年來在食品行業(yè)的應(yīng)用受到了廣泛的關(guān)注，其中以植物ISPs最容易被消費(fèi)者和食品生產(chǎn)企業(yè)所接受。Payne等[5]發(fā)現(xiàn)將肉浸泡在ISPs溶液中，可以顯著減少由凍藏產(chǎn)生的冰晶數(shù)量；美國DNAP公司發(fā)現(xiàn)將ISPs添加到牛奶和冰淇淋中可以有效地消除冰渣，改善產(chǎn)品的風(fēng)味和質(zhì)量[6]；李玲玲等[7]研究了冬小麥ISPs對濕面筋蛋白凍藏穩(wěn)定性的影響。隨著冷凍行業(yè)的發(fā)展和人們生活需求的增加，速凍水餃在人們?nèi)粘ｏ嬍持姓紦?jù)的地位越來越高[8]。雖然速凍水餃的技術(shù)和模式在不斷進(jìn)步，但仍存在著速凍后水餃表皮開裂，水煮時口感黏爛，湯汁渾濁，餃子皮顏色加深等質(zhì)量問題[9-10]。隨著凍藏時間的延長和運(yùn)輸過程中溫度波動而造成的凍融循環(huán)會導(dǎo)致水餃凍裂和結(jié)坨等現(xiàn)象，因而影響速凍水餃的貯存和銷售[11]。提高速凍水餃質(zhì)量、改善口感、降低成本已成為各個企業(yè)共同關(guān)注的焦點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，選擇合適的添加劑有利于減少速凍水餃的凍裂率、提高其蒸煮質(zhì)量、改善口感風(fēng)味[12]。

苜蓿（Medicago sativa L.）是多年生豆科植物，也稱為金花菜或草頭，江浙等地將其作為菜蔬食用。苜蓿的蛋白質(zhì)含量高，鮮品中蛋白質(zhì)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)18%以上。苜蓿產(chǎn)量高，素有“牧草之王”美稱，且耐寒，在極端嚴(yán)寒條件下（-45 ℃）的返青率仍高達(dá)90%。本研究通過從苜蓿中提取苜蓿冰結(jié)構(gòu)蛋白（alfalfa ice structure proteins，AISPs），確定其分子質(zhì)量和THA，將其添加到速凍餃子皮并對餃子進(jìn)行多次凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)，觀察餃子皮外觀凍裂情況，檢測餃子皮持水性和質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的變化，以及檢測AISPs對冷凍濕面筋表征結(jié)構(gòu)的影響。為拓寬AISPs在速凍水餃行業(yè)中的應(yīng)用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

“肇東”紫花苜蓿 黑龍江省蓬勃牧草有限公司；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉（均為分析純） 天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；餃子粉 河北金沙河面業(yè)集團(tuán)；豬肉、芹菜、調(diào)料 市售。

1.2 儀器與設(shè)備

XL-08多功能粉碎機(jī) 永康市帥通工具有限公司；FDU-1200型冷凍干燥機(jī) 日本東京理化公司；Z366高速大容量臺式離心機(jī) 德國哈默公司；SU8010掃描電鏡（scanning electron microscope，SEM） 日本日立公司；TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀 英國SMS公司；DSC4000差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）儀美國PerkinElmer科技有限公司；BS224S型電子分析天平北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 AISPs的提取

由于ISPs具有與冰進(jìn)行特異性結(jié)合的特點(diǎn)，根據(jù)本課題組改良的冰結(jié)合磷酸緩沖溶液法[13-14]從苜蓿干草中提取AISPs。將苜蓿干草粉碎，過80 目篩，以料液比1∶20（g/mL）與磷酸緩沖溶液（0.63 mmol/L、pH 7.7）混合。磁力攪拌2 h后以8 000 r/min離心15 min，取上清液。上清液中加入直徑為10 mm的冰球，每100 mL上清液加50 個冰球，置于-18 ℃冰箱冷凍2.5 min，使冰球與AISPs發(fā)生結(jié)合后，取出冰球，冰球融化的液體即為AISPs溶液。經(jīng)濃縮，冷凍干燥制成AISPs凍干粉備用。

1.3.2 AISPs的THA檢測

利用DSC儀測定THA，參考文獻(xiàn)[15-16]的方法并進(jìn)行改進(jìn)。取5 μL 20 mg/mL樣品注入坩堝底部，以空坩堝為參比，以1 ℃/min的速率將溫度降至-20 ℃，平衡10 min，使樣品結(jié)冰固化且使系統(tǒng)穩(wěn)定，再以同樣的速率升溫至10 ℃，從熱流-溫度/時間曲線上可得到樣品熔點(diǎn)Tm及熔融焓ΔHm（即吸熱峰面積）。以同樣的速率再降溫至-20 ℃，平衡10 min，再以1 ℃/min左右升溫至保留溫度Th，平衡10 min，再降溫至-20 ℃。記錄降溫后部分融化狀態(tài)再次全部凍結(jié)產(chǎn)生的重結(jié)冰溫度T0和結(jié)冰焓ΔHf，改變Th，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，由DSC曲線得到不同停留溫度條件下體系的冰晶含量及樣品的THA。THA與冰核含量（φ）按公式（1）、（2）計(jì)算：

1.3.3 十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulphate polyacrylamide gel electrophoresis，SDSPAGE）測定AISPs分子質(zhì)量

采用SDS-PAGE法[17]對AISPs進(jìn)行電泳實(shí)驗(yàn)。分離膠為12%，濃縮膠為4%，電泳開始時電壓恒定為80 V，樣品完全進(jìn)入分離膠時將電壓調(diào)節(jié)為120 V。

1.3.4 速凍水餃的制備及質(zhì)地檢測

1.3.4.1 速凍餃子的制備及凍融處理

制備豬肉芹菜餡水餃。參考林瑩等[18]的方法制作餃子皮，參照李雪琴等[11]的方法制作豬肉芹菜餃子餡。

將AISPs凍干粉溶于水，與餃子粉充分混合，制成AISPs質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、0.1%、0.3%、0.5%的餃子皮（以面粉為基準(zhǔn)）。用4 種不同AISPs添加量的餃子皮包成家常豬肉芹菜餡水餃，將包好的餃子放入-50 ℃低溫冰箱速凍20 min，再移入-18 ℃冰箱中凍藏。1 周后取出于室溫（25 ℃）條件下完全解凍，此為1 個凍融周期，將以上速凍餃子樣品分別處理0、1、2、3、4、5 個凍融周期。

1.3.4.2 速凍餃子皮持水性的測定

取解凍后的餃子去餡，將餃子皮在高速離心機(jī)中10 000 r/min離心15 min，倒掉離心出來的液體，根據(jù)公式（3）計(jì)算餃子皮持水率，用以評估餃子皮的持水性。

式中：M1為離心前餃子皮質(zhì)量/g；M0為離心后餃子皮質(zhì)量/g。

1.3.4.3 速凍餃子皮質(zhì)構(gòu)特性的測定

餃子解凍后去餡，取3 cm×3 cm完整餃子皮平整的放在載物臺上，調(diào)整位置至探頭正下方，檢測生餃子皮的質(zhì)構(gòu)特性。

取500 mL水燒開，將需要測試的餃子放入沸騰的水中，待再次沸騰時開始計(jì)時，到最佳時間后立刻撈出，放入涼水中冷卻1 min。用濾紙將餃子表面吸干，然后去餡取3 cm×3 cm完整餃子皮平整的放在載物臺上，調(diào)整位置至探頭正下方，檢測熟餃子皮的質(zhì)構(gòu)特性。

質(zhì)構(gòu)特性測試條件[19-21]：采用P35柱形探頭，在TPA模式下分別設(shè)定測前速率1.00 mm/s，測試速率0.80 mm/s，測后速率0.80 mm/s，下壓距離4.00 mm，時間3.00 s，引發(fā)力5.00 g，應(yīng)變位移70.00%，引發(fā)距離2.00 mm。目標(biāo)模式為應(yīng)變位移，引發(fā)類型為自動（力）。

1.3.4.4 觀察水餃表面的凍裂情況

將達(dá)到凍融周期的水餃從冰箱中取出，觀察速凍餃子皮表面的開裂情況，拍照記錄。

1.3.5 速凍餃子皮的SEM結(jié)構(gòu)表征

將解凍后的速凍餃子皮樣品用刀片切成2 mm×5 mm的小片[22]，加入2.5%、pH 6.8的戊二醛固定并置于4 ℃冰箱中固定1.5 h以上。用0.1 mol/L pH 6.8磷酸緩沖液沖洗2～3 次，每次10 min。然后分別用50%、70%、90%的乙醇溶液進(jìn)行脫水各一次。每次10～15 min，無水乙醇脫水3 次，每次10～15 min。無水乙醇-叔丁醇（1∶1，V/V）溶液，純叔丁醇各一次，每次15 min。放入冷凍干燥儀干燥。將干燥樣品黏在樣品臺上，用鍍膜儀鍍上金屬膜，置于SEM下觀察樣品的結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與分析

2.1 AISPs的SDS-PAGE分析

圖1 AISPs的凝膠電泳圖Fig. 1 SDS-PAGE pattern of AISPs

由圖1可知，AISPs的主條帶清晰，其分子質(zhì)量約為52 kDa，在30～35 kDa處也有條帶。與沙冬青葉片中分離出的ISPs為40 kDa相比較[23]，分子質(zhì)量稍高。另一條帶接近于胡蘿卜[24]和女貞葉[25]中分離出的分子質(zhì)量為36 kDa的ISPs。

2.2 AISPs的THA檢測結(jié)果

表1 AISPs的THA檢測結(jié)果Table 1 THA values of AISPs

圖2 AISPs的熱流曲線Fig. 2 Heat fl ow curve of AISPs

通過表1與圖2中的THA可以看出，隨著停留溫度的降低，反復(fù)凍融并未對THA造成明顯影響，AISPs的THA均為0.54 ℃，低于女貞葉ISPs的0.678 ℃[25]高于沙冬青葉ISPs的0.46 ℃[26]。表明AISPs的THA良好。

2.3 AISPs對速凍餃子皮持水性的影響

水分遷移是影響速凍餃子皮品質(zhì)的主要因素之一[27]，凍結(jié)過程中，餃子皮中的水發(fā)生結(jié)晶。其中的半結(jié)合水由于與高分子物質(zhì)結(jié)合不緊密而發(fā)生遷移，不斷靠攏細(xì)小冰晶進(jìn)而形成大冰晶，大冰晶會刺破面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨著凍融次數(shù)的增加，面筋蛋白分子疏水基團(tuán)暴露，降低了面筋蛋白的持水性，而大冰晶和重結(jié)晶會對面筋蛋白結(jié)構(gòu)造成進(jìn)一步的破壞，持水性也將進(jìn)一步降低。因此，持水性間接反映了面筋蛋白內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的均一性及其穩(wěn)定性。從圖3可以看出，在冷凍過程中，速凍餃子皮的持水性在凍藏1 周時最高，之后隨著凍融周期的增加持水性呈下降趨勢，但添加AISPs餃子皮的持水性普遍好于對照，且隨著AISPs添加量的增加，其持水性增加。以AISPs添加量為0.5%時效果最好。說明在冷凍過程中，由于AISPs與冰的結(jié)合能力強(qiáng)，修飾冰晶形態(tài)能力強(qiáng)，AISPs能有效吸附鎖住餃子皮中的水分，阻止了大冰晶的形成，提高了速凍餃子皮的持水性。

圖3 AISPs對餃子皮持水率的影響Fig. 3 Effect of AISPs on water-holding capacity of dumpling wrappers

2.4 AISPs對生、熟餃子皮質(zhì)構(gòu)特性的影響

圖4 AISPs對生、熟餃子皮硬度（A）、黏性（B）、彈性（C）、咀嚼性（D）、膠著性（E）和黏聚性（F）的影響Fig. 4 Effect of AISPs on texture properties of cooked and raw dumpling wrappers

趙琳等[28]認(rèn)為，不同品種間煮熟餃子皮的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)中如硬度、回復(fù)性、黏聚性、膠著性、咀嚼性等不同樣品間均呈極顯著差異，表明質(zhì)構(gòu)儀的測定指標(biāo)均可反映餃子皮的質(zhì)地結(jié)構(gòu)差異，可作為評價餃子結(jié)構(gòu)特性的客觀量化指標(biāo)。

從圖4可以看出，隨著凍融周期的增加，速凍生餃子皮的硬度、咀嚼性整體上升，其中硬度指標(biāo)中添加AISPs組低于對照，咀嚼性中添加組高于對照，膠著性不穩(wěn)定；彈性、黏性整體下降，添加組均高于對照；黏聚性不穩(wěn)定。以添加0.5% AISPs組的改變明顯。速凍餃子皮質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的變化是水分結(jié)晶和重結(jié)晶造成的，且隨著冰晶的變大，大冰晶會破壞面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的塌陷[29]，使硬度和咀嚼性升高；麥谷蛋白是數(shù)條亞基通過分子間—S—S—交聯(lián)形成的聚合物，為面制品提供彈性和黏性。多次的凍融循環(huán)使餃子皮面筋蛋白和麥谷蛋白質(zhì)量下降導(dǎo)致餃子皮的彈性、黏性明顯下降；面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，不均一導(dǎo)致了黏聚性的下降；而黏聚性的不穩(wěn)定也說明了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定[30]。本研究結(jié)果基本反映了以上原理，符合冷凍貯藏環(huán)境對速凍餃子皮質(zhì)地特性的影響規(guī)律。從添加AISPs的結(jié)果看，AISPs影響了速凍生餃子皮的硬度、彈性和黏性，改善了速凍餃子皮在凍藏過程中的質(zhì)地。

李雪琴等[31]研究了速凍餃子皮煮后質(zhì)構(gòu)指標(biāo)與感官評價指標(biāo)的相關(guān)性，結(jié)果顯示，熟餃子皮的硬度、黏聚性、膠著性、咀嚼性與感官評價總分呈顯著正相關(guān)，與食味極顯著相關(guān)，彈性和黏性與感官評價總分不相關(guān)。從圖4可以看出，經(jīng)過5 個周次的凍融循環(huán)后，添加AISPs熟餃子皮的硬度、黏聚性、膠著性、黏性、彈性和咀嚼性均高于對照，且以添加0.5% AISPs組的效果最顯著。說明添加AISPs很好地改善了速凍熟餃子皮的質(zhì)地與感官特性。

通過比對，添加AISPs速凍餃子皮生、熟條件下的硬度、膠著性和黏聚性的影響不同，說明添加AISPs對于速凍餃子皮的部分質(zhì)構(gòu)特性和質(zhì)地在生、熟階段產(chǎn)生的影響效果不同。因此，在檢測評價速凍餃子皮的質(zhì)地特性時，應(yīng)結(jié)合生、熟餃子皮的質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)進(jìn)行綜合評價。

低溫條件下產(chǎn)生的冰晶對餃子皮面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞是不可逆的，冰晶越大破壞越大，這種結(jié)構(gòu)的破壞影響了面筋蛋白內(nèi)部的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響水餃的口感和品質(zhì)。而添加AISPs可以有效地修飾冰晶形態(tài)，抑制重結(jié)晶，提高面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對面筋蛋白和速凍餃子皮的質(zhì)地起到了很好的抗凍保護(hù)作用。

2.5 餃子外觀開裂情況

圖5 5 個凍融周期餃子皮開裂情況Fig. 5 Cracking condition of dumpling skin after 5 freeze-thaw cycles

經(jīng)檢查，凍融1～3 個周期的餃子除空白外皆無開裂；4 個凍融周期和5 個凍融周期的餃子開裂情況基本相同。從圖5可以看出，經(jīng)過5 個凍融周期后，對照餃子皮有大裂縫、開裂程度大；添加0.1% AISPs的餃子皮裂紋較?。惶砑?.3% AISPs的餃子皮現(xiàn)細(xì)小、可見裂紋；

AISPs添加量為0.5%的餃子皮表面完整、無開裂。說明AISPs添加量為0.5%時對餃子皮凍裂保護(hù)最好。

2.6 速凍餃子皮的SEM結(jié)構(gòu)表征

圖6 速凍餃子皮的SEM結(jié)構(gòu)表征Fig. 6 Structural characterization of quick-frozen dumpling wrapper by SEM

通過SEM可以觀察到經(jīng)過5 個凍融循環(huán)后，速凍餃子皮的微觀結(jié)構(gòu)。從圖6A可以看出，面筋膜粗糙變薄，斷裂、不均勻，并出現(xiàn)不規(guī)則孔洞?？锥醋兇笄也灰?guī)則、質(zhì)地稀疏，面筋纖維塌陷，淀粉顆粒暴露較多，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)破壞嚴(yán)重；從圖6B可以看出，仍然有成片的面筋存在，面筋有少量斷裂，面筋孔洞大小、規(guī)則、面筋體系連接緊密等均較好，孔洞雖變大，但形態(tài)規(guī)則、質(zhì)地較均勻，面筋纖維不塌陷，淀粉顆粒暴露較少，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)遭到破壞程度較小。說明，AISPs對凍融條件下的面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)和淀粉顆粒具有良好的保護(hù)作用。速凍餃子皮的SEM結(jié)果佐證了在凍融過程中的開裂情況。

Gélinas等[32]的研究表明冰晶體的重結(jié)晶會導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。Berglund等[33]發(fā)現(xiàn)凍藏會使面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的不連續(xù)、斷裂，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因是冰晶體的增長。速凍餃子皮的開裂主要是由面粉中面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞引起的。由于溫度的波動造成的凍融循環(huán)，會使餃子皮里的面筋蛋白中的冰晶發(fā)生遷移，此時面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會受到擠壓，擠壓到一定程度網(wǎng)格中的冰晶會被釋放出來，釋放出來的冰晶會繼續(xù)對面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)造成損傷，最終造成了整個面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞和坍塌。隨著凍融次數(shù)的增加，面筋蛋白分子疏水基團(tuán)暴露，降低了面筋蛋白的持水性，此時冰晶的重結(jié)晶會對面筋蛋白結(jié)構(gòu)造成進(jìn)一步的破壞。這種對面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞，直接導(dǎo)致了速凍餃子外皮的開裂大小，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變差，使餃子皮的彈性和抗膨脹力下降，因此在速凍和冷藏過程中容易開裂。

3 結(jié) 論

本研究采用冰結(jié)合磷酸緩沖溶液法，從苜蓿干草中提取制備AISPs，對其分子質(zhì)量和THA進(jìn)行鑒定，并添加于速凍餃子皮中，考察不同凍融周期的影響。得到結(jié)論如下：

AISPs的主要分子質(zhì)量約為52 kDa，THA為0.54 ℃。速凍餃子皮的持水性隨著凍融周期的增加呈整體下降趨勢，而AISPs添加組的持水性隨添加量的增加而增加。添加AISPs對速凍餃子生、熟餃子皮的質(zhì)構(gòu)特性產(chǎn)生了影響，隨著凍融周期的增加，生餃子皮中，同對照組相比較添加組的硬度較低，咀嚼性較高，黏聚性不穩(wěn)定；熟餃子皮中，硬度、咀嚼性、黏聚性都較對照增大。添加組中生、熟餃子皮的彈性和黏性均高于對照。其中以添加0.5% AISPs組的改變明顯。經(jīng)過5 個凍融周期后，對照餃子皮的冷凍開裂程度大，AISPs添加組無明顯開裂，其中0.5%組的餃子皮表面完整、無開裂。速凍餃子皮的SEM結(jié)構(gòu)表征顯示，添加AISPs能有效改善面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和淀粉顆粒。

綜上，AISPs具有較好的抗凍活性，可以有效地防止速凍水餃內(nèi)部面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞，對其質(zhì)構(gòu)特性產(chǎn)生了一定的影響，降低了凍融過程中的開裂現(xiàn)象，對速凍水餃皮的質(zhì)地具有很好的抗凍保護(hù)作用，且凍融次數(shù)越多效果越明顯。本實(shí)驗(yàn)為AISPs作為一種新型食品添加劑，在速凍水餃及冷鏈面食品中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)研究信息。