劉靜雪，李鳳林，張傳軍

（吉林農(nóng)業(yè)科技學院食品工程學院，吉林 吉林 132101）

玉米淀粉由于產(chǎn)量大且經(jīng)濟實用被廣泛的應用于食品、生物制藥和化工制造等行業(yè)，目前世界上玉米淀粉使用率遠高于其他淀粉。其中，約含有100%支鏈淀粉的蠟質玉米淀粉，由于其具有高度的膨脹性，較高的透明度，較強黏滯性和成膜性，較好的糊液穩(wěn)定性且不易老化等優(yōu)點[1-2]，在食品領域中應用較多。雖然蠟質玉米淀粉相對于其他淀粉性質優(yōu)越，但仍存在淀粉固有的脫水易老化、溶解性低、耐機械性差等缺點[3]，為擴大其應用范圍，通過酯化和交聯(lián)對天然淀粉進行改性，對蠟質玉米淀粉的性能特性進行改良，使其具有更強的應用價值。酯化可以通過引入乙?；鶎⒘u基取代賦予淀粉產(chǎn)品較好的親水性能，交聯(lián)處理能增加淀粉顆粒分子內部和分子間的聯(lián)系，從而增加淀粉結構中交聯(lián)的密度，同時，交聯(lián)也能很好地限制水分吸收[4]。

在肉類工業(yè)中，尤其是肉罐制品、腸類制品、肉糜類制品等的加工過程中，常需要添加變性淀粉改善產(chǎn)品的保水性、組織狀態(tài)、切片性和適口性，賦予產(chǎn)品極佳的風味，使肉制品的感官品質增加的同時還能顯著提高產(chǎn)品產(chǎn)量以降低生產(chǎn)成本[5-6]。近年來，研究玉米變性淀粉與肌肉蛋白的作用機制及其在肉制品中的應用較多[7-9]，而優(yōu)點更多的蠟質玉米變性淀粉的研究卻較少[10]。本實驗通過將蠟質玉米淀粉與變性淀粉（包括酯化玉米淀粉、交聯(lián)酯化玉米淀粉）添加到肌原纖維蛋白復合體系中，研究在肌原纖維蛋白加熱過程中淀粉與蛋白的相互作用機制，以及對復合凝膠持水性、質構特性、白度、彈性模量和微觀結構的影響，為變性蠟質玉米淀粉進一步在肉制品中的應用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豬背部最長肌 市售；蠟制玉米淀粉、酯化玉米淀粉、交聯(lián)酯化玉米淀粉 沈陽寶瑞祥食品有限公司；氯化鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、氯化鎂、乙二醇雙（2-氨基乙基醚）四乙酸（均為分析純） 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

BL-A系列西特精密電子天平 上海亞津電子科技有限公司；GL-21M高速冷凍離心機 湖南邁克爾實驗儀器有限公司；T6系列紫外-可見分光光度計 南京菲勒儀器有限公司；JJ-2B玻璃杯高速組織搗碎機 溫州標諾儀器有限公司；TA-XT plus型質構分析儀 英國Stable Micro System公司；NR10QC通用色差計 北京京海正通科技有限公司；HH-8數(shù)顯恒溫水浴鍋 鎮(zhèn)江瑞祥儀器有限公司；溴酚藍 赫澎（上海）生物科技有公司；Discovery DHR-1流變儀 美國TA儀器公司；S-3400N掃描電子顯微鏡 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 肌原纖維蛋白的提取

鮮豬肉洗凈，除結締組織，剔肌膜，具體操作參考Xiong Youling等[11]的方法進行，需在4 ℃條件下進行提取，提取后的肌原纖維蛋白放置在4 ℃的冰箱備用。

肌原纖維蛋白溶于磷酸緩沖液（0.6 mol/L NaCl，50 mmol/L Na2HPO4/NaH2PO4，pH 6.5），在40 mg/mL肌原纖維蛋白蛋白中，分別加入2%、4%、6%、8%和10%的蠟制玉米淀粉（簡稱原淀粉）、酯化蠟制玉米淀粉（簡稱酯化淀粉）和交聯(lián)酯化蠟制玉米淀粉（簡稱交酯淀粉）。充分混合后取5 g混合物放入25 mm×40 mm密封的玻璃瓶中后，將其放入80 ℃的水浴鍋中加熱20 min，取出凝膠置于室溫（24～26 ℃）下冷卻，之后4 ℃冰箱貯藏備用，后續(xù)指標測定均需先將凝膠取出放置在室溫下平衡30 min。

1.3.3 指標的測定

1.3.3.1 復合凝膠持水性的測定

按照Kocher等[12]的方法和Han Minyi等[13]的參數(shù)進行設定。復合蛋白凝膠稱質量平衡后，于10 000 r/min離心10 min，每個實驗重復3 次。根據(jù)公式（1）計算凝膠持水性：

式中：m為離心管質量；m1為離心前凝膠和離心管總質量；m2為離心后凝膠和離心管總質量。

1.3.3.2 復合蛋白凝膠質構的測定

陶瓷的理化特性見表1。復合NCTD后生物陶瓷孔隙率由72.12%變?yōu)?4.13%，鈣磷比由1.51變?yōu)?.49，力學強度由3.28變?yōu)?.20，復合NCTD后生物陶瓷與未復合陶瓷在生物力學及鈣磷比上差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

參考王博等[14]的方法并略作修改。將待測樣品置于測定平臺上，利用物性分析儀進行測量。參數(shù)設定如下：探頭型號選擇P/50，下壓距離50%，觸發(fā)力5 g，測試前速率5 mm/s，測試速率2 mm/s，測試后速率5 mm/s。每個樣品進行3 次重復實驗。

1.3.3.3 復合凝膠白度值的測定

測定凝膠的色差，即L*值、a*值、b*值。實驗過程中每個樣品均進行3 次平行實驗，實驗結果取平均值，并根據(jù)Park[15]的方法按式（2）計算白度值W：

1.3.3.4 復合蛋白表面疏水性的測定

根據(jù)Chelh等[16]的方法測定復合蛋白的表面疏水性。將1 mL的3 mg/mL蛋白溶液加入200 μL 1 mg/mL的溴酚藍，室溫條件下攪拌10 min后，7 000 r/min離心15 min，取上清液稀釋10 倍后在595 nm波長處測定吸光度。其中，溴酚藍空白樣是用1 mL的pH 6.0 20 mmol/L的磷酸鹽緩沖液加200 μL溴酚藍配制而成。表面疏水性以溴酚藍結合量表示，按式（3）計算：

式中：A空白為空白樣品的吸光度；A樣品為所測樣品的吸光度。

1.3.3.5 動態(tài)流變學性質測定

取出約5 g的復合蛋白樣品均勻涂布在測試平臺，采用50 mm平行板，測試參數(shù)為：上下板夾縫0.5 mm，頻率0.1，應變2%，以1 ℃/min從20 ℃升溫到80 ℃。平行板外蛋白與空氣接觸處用石蠟油封，每個樣品重復3 次。

1.3.3.6 復合蛋白凝膠微觀結構的測定

取凝膠樣品切成約2 mm×5 mm的小條，選用2.5%、pH 6.8的戊二醛溶液浸泡過夜固定，再用0.1 mol pH 6.8磷酸緩沖液洗滌3 次，每次10 min。然后分別用50%、70%、80%、90%乙醇溶液進行脫水，每次10 min；再用100%乙醇脫水3 次，每次10 min，最后用氯仿脫脂1 h后，依次用100%乙醇-叔丁醇（1∶1，V/V）和叔丁醇各置換1 次，每次15 min。用HITACHI ES-2030型冷凍干燥儀對樣品進行干燥。掃描操作：樣品觀察面向上黏貼在掃描電子顯微鏡樣品臺上，用E-1010（Giko）型離子濺射鍍膜儀進行離子濺射噴金，觀察。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

本實驗采用Statistix 8.1 軟件包GeneralLinear Models程序進行數(shù)據(jù)分析，用SigmPlot 12.0軟件進行作圖，每個樣品進行3 次重復實驗。

2 結果與分析

2.1 淀粉對復合凝膠持水性的影響

圖1 淀粉類型和添加量對肌原纖維蛋白凝膠持水性的影響Fig. 1 Effects of starch type and concentration on water holding capacity of myofibrillar protein gels

由圖1可知，隨著淀粉添加量的增加，復合蛋白凝膠的持水性均呈顯著增加趨勢（P＜0.05），當原淀粉、酯化淀粉、交酯淀粉添加量為2%時，持水性與肌原纖維蛋白相比差異顯著（P＜0.05），分別比肌原纖維蛋白提高了12.99%、15.80%和17.67%，說明添加淀粉后凝膠的持水性增強，并且隨著添加量增加，3 種淀粉的復合凝膠持水性顯著增加（P＜0.05），淀粉添加量大于8%時，凝膠的持水性仍增加但其差異不顯著（P＞0.05）。在相同添加量條件下，由圖1可知，從復合凝膠的持水性來看，持水性最好的是交酯淀粉，其次是酯化淀粉，最差是原淀粉，但三者間差異不顯著（P＞0.05）。

在肌原纖維蛋白中添加淀粉，淀粉顆粒吸水膨脹，能有效減少水分散失，從而提高整個復合凝膠體系的持水性。而酯化淀粉提高持水性機制可能是淀粉顆粒充分吸水脹潤，吸收復合體系內的游離水并轉化為結合水，將其填充在蛋白三維空間網(wǎng)絡結構中，從而減少蛋白熱誘導凝膠形成過程中的水分損失[17]。并且，酯化處理使羥基被乙?；〈?，引入乙?；魅趿朔肿娱g氫鍵的締合作用，使淀粉在水中分散度好，增強了其親水性能[18]；交酯淀粉是原淀粉經(jīng)乙?；徒宦?lián)化復合處理得到的，交聯(lián)作用能較大幅度地增大淀粉糊黏度，使凝膠網(wǎng)絡孔隙充滿不易流動水和脹潤的淀粉顆粒[18]，從而提高凝膠持水性能，這也與張鐘等[5]將交聯(lián)蠟質淀粉添加到午餐肉中的研究結果相一致。

2.2 淀粉對復合凝膠質構特性的影響

由圖2可知，淀粉添加組均顯著高于未加淀粉組（P＜0.05），并且隨著淀粉添加量的增加，除交酯淀粉在添加量10%時出現(xiàn)下降外，其他復合凝膠的硬度均顯著增加（P＜0.05），而淀粉復合凝膠的彈性均呈先增加后下降的趨勢。在相同添加量時，酯化淀粉和交酯淀粉復合凝膠硬度和彈性數(shù)值上均高于原淀粉，但無顯著性差異（P＞0.05）。

在添加量為8%時，酯化淀粉和交酯淀粉復合凝膠的硬度和彈性均為最大值，酯化淀粉和交酯淀粉的凝膠硬度比肌原纖維蛋白分別提高了105%和112%，比原淀粉分別提高了13.73%和18.04%，酯化淀粉和交酯淀粉凝膠的彈性比肌原纖維蛋白分別提高了17.81%和18.75%，比原淀粉分別提高了6.33%和7.18%。這是由于酯化淀粉經(jīng)變性處理后，破壞淀粉原有的線性結構和分支鏈段，分子間的相互作用減弱，游離的多糖鏈段在熱誘導凝膠形成過程中與肌原纖維蛋白相互交聯(lián)，增強原凝膠網(wǎng)絡結構的強度；同時，引入的乙酰基團空間位阻較大，空間位阻效應減弱了淀粉分子間作用，進而促進游離水通過化學作用力滲入復合凝膠網(wǎng)絡結構中轉化為結合水，填充原有蛋白網(wǎng)絡結構[19]，因此，能顯著提高凝膠彈性。另一方面，淀粉經(jīng)交聯(lián)處理后，淀粉顆粒間的隨機結合增加，同時加強分子內部和分子間的聯(lián)系[20]，分子交聯(lián)水平的增加一定程度上對凝膠的硬度和彈性的提高起促進作用。但淀粉添加量過多時，多余的淀粉顆粒分子會削弱肌原纖維蛋白分子內及與淀粉分子間的相互作用，并且淀粉顆粒吸水膨脹，大量游離水分子涌入會破壞原有空間網(wǎng)絡結構，從而對凝膠的硬度和彈性有著不利的影響。

圖2 淀粉類型和添加量對肌原纖維蛋白凝膠質構特性的影響Fig. 2 Effects of starch type and concentration on textural properties of myofibrillar protein gels

2.3 淀粉對復合凝膠白度的影響

圖3 淀粉類型和添加量對肌原纖維蛋白凝膠白度值的影響Fig. 3 Effect of starch type and concentration on whiteness value of myofibrillar protein gels

從圖3可以看出，復合凝膠的白度值均高于對照組，并且隨著淀粉添加量的增加，復合凝膠的白度值呈升高的趨勢。其中，交酯淀粉變化最為顯著（P＜0.05）。可能由于蠟質玉米淀粉本身呈現(xiàn)白色，向肌原纖維蛋白凝膠中添加自然會使得其白度值升高，并且隨著添加量的增加，白度值升高越明顯，同時，Hong等[21]研究表明，凝膠內部水分含量與L*值呈正相關，水分的增加會使光的反射隨之增強，從而L*值增加，根據(jù)白度值計算公式可知，其對白度值的影響較大。由于前面持水性結果表明，復合凝膠中交酯淀粉的持水能力最好，酯化淀粉次之，原淀粉最差，持水能力越強凝膠白度越大，但當交酯淀粉和酯化淀粉的添加量大于8%時，由于淀粉與肌原纖維蛋白束縛自由水分的能力有限，繼續(xù)添加淀粉凝膠白度值不發(fā)生顯著變化（P＞0.05）。同時，通過上述結果分析可以發(fā)現(xiàn)，由于交酯淀粉持水性較強，其添加量為2%時的白度值與原淀粉和酯化淀粉添加量6%時相似，添加較少的交酯淀粉即可以取得和原淀粉及酯化淀粉相同的色度，之前研究表明，白度值越大，所呈現(xiàn)的色澤越差，由本研究可知，交酯淀粉的添加對凝膠白度值影響較大（P＜0.05），導致凝膠的顏色過白，色澤較差。因此，在生產(chǎn)加工應用時，綜合考慮持水性、質構特性、流變性能等指標，采取適量添加交酯淀粉，防止過多的添加影響產(chǎn)品色澤。

2.4 淀粉對復合蛋白表面疏水性的影響

圖4 淀粉類型和添加量對肌原纖維蛋白表面疏水性的影響Fig. 4 Effects of starch type and concentration on surface hydrophobicity of myofibrillar protein gels

表面疏水性可以直觀地反映蛋白中疏水性基團的相對含量，從而間接推斷蛋白分子的變性程度[22]。不同比例的原淀粉、變性淀粉與肌原纖維蛋白形成復合蛋白表面疏水性的變化如圖4所示，復合蛋白的表面疏水性均高于肌原纖維蛋白，并隨著淀粉添加量的增加顯著增加（P＜0.05）。在相同添加量時，添加交酯淀粉復合蛋白的表面疏水性在數(shù)值上高于酯化淀粉和原淀粉復合蛋白，但差異不顯著（P＞0.05）。未添加淀粉的肌原纖維蛋白表面疏水性（溴酚藍結合量）為21.47 μg，而添加10%的淀粉時，原淀粉、酯化淀粉、交酯淀粉的復合蛋白表面疏水性分別為33.03、37.32、38.87 μg，比對照組分別提高53.84%、73.82%、81.04%，并且酯化淀粉、交酯淀粉分別比原淀粉提高19.98%和27.2%。可能由于在蛋白加熱形成凝膠過程中，淀粉分子受熱，結構越來越紊亂，淀粉聚合物尤其是支鏈淀粉，將更多的基團暴露在水里[23]。而原淀粉經(jīng)過酯化改性后，引入乙酰基團，由于極性較強，空間位阻較大會使分子間相互作用減弱，導致分子結構展開使埋藏在內部的更多疏水基團暴露出來，同時也可以與蛋白反應產(chǎn)生疏水性氨基酸殘基，而交聯(lián)化也會增強分子間的疏水相互作用，從而使復合蛋白體系的表面疏水性增加。

2.5 淀粉對復合蛋白流變特性的影響

流變學性能可以反映出肌原纖維蛋白在受熱過程中蛋白熱聚集變性的過程，本實驗對肌原纖維蛋白與蠟質淀粉、酯化淀粉和交酯淀粉的復合物在熱凝膠過程中動態(tài)流變行為進行檢測，從圖5可知，各組在20～46 ℃時，肌原纖維蛋白受熱其凝膠彈性發(fā)生顯著變化，樣品的彈性模量（G’）呈逐漸升高的趨勢，至46 ℃時達到最大，之后急劇下降，至56 ℃時最低，在隨后的加熱過程中G’又迅速上升。在20～46 ℃階段，G’的增加主要由于肌球蛋白頭部的結合，凝膠初步形成；而隨著溫度的進一步升高，肌球蛋白尾部逐漸展開，導致肌球蛋白的頭部結合趨于松散瓦解，導致G’持續(xù)下降；在溫度超過56 ℃后，隨著蛋白的變性，G’急劇增加，凝膠網(wǎng)絡穩(wěn)步形成[24]。

圖5 淀粉類型和添加量對肌原纖維蛋白凝膠彈性模量G’的影響Fig. 5 Effects of starch type and concentration on storage modulus (G’) of myofibrillar protein gels

從圖5可以看出，肌原纖維蛋白對應的G’max為400.23 Pa，在添加量為2%、6%、10%時，添加原淀粉的各處理組對應的G’max分別為424.86、445.10、454.79 Pa。添加酯化淀粉分別為435.11、453.98、510.12 Pa，而添加交酯淀粉則為452.09、474.96、534.33 Pa，在添加量為10%時，酯化淀粉和交酯淀粉組比對照組分別提高了27.46%、33.51%，比原淀粉組分別提高了12.17%、17.50%，雖然原淀粉組也能提高凝膠彈性模量，但明顯看出添加變性淀粉組比原淀粉組更能顯著提高肌原纖維蛋白的彈性模量（P＜0.05），且隨著添加量與彈性模量呈正相關。吳滿剛等[25]研究發(fā)現(xiàn)，玉米淀粉提高復合凝膠彈性模量的促進效應與淀粉糊化溫度呈正相關，在玉米淀粉糊化前蛋白凝膠網(wǎng)絡已經(jīng)形成，淀粉顆粒在糊化前主要通過吸水膨脹增強凝膠強度，在糊化過程的膨脹是通過充填作用支撐肌原纖維蛋白已形成的凝膠網(wǎng)絡體系[26]。淀粉經(jīng)乙?；饔茫肿由弦氲挠H水基團，促進淀粉顆粒的溶解和膨脹，使淀粉容易糊化；并且分子作用力和空間位阻作用使淀粉體系穩(wěn)定，提高體系的黏度；而引入的交聯(lián)化學鍵使淀粉分子間和分子內的作用力增強，交酯復合改性淀粉包含交聯(lián)淀粉和乙?；矸鄣膬?yōu)點，具有較低的糊化溫度和較高的峰值黏度，因此有利于復合凝膠彈性模量的提高[27-28]。

2.6 淀粉對復合凝膠微觀結構的影響

圖6 淀粉類型和添加量對肌原纖維蛋白凝膠微觀結構的影響Fig. 6 Effects of starch type and concentration on microstructure of myofibrillar protein gels

從圖6可以看出，肌原纖維蛋白凝膠網(wǎng)絡結構趨于松散，形成較大的網(wǎng)格，有明顯的孔洞，蛋白間的交聯(lián)較稀疏。而添加淀粉組，網(wǎng)格結構致密均勻，孔洞較細小，蛋白交聯(lián)較緊密，且隨著淀粉添加量的增大，復合凝膠所形成的網(wǎng)絡結構越來越致密，蛋白充分交聯(lián)。在添加量為2%時，添加淀粉的復合凝膠結構與對照組凝膠相差不大，網(wǎng)絡結構也松散無序，存在較多空洞。在添加量6%時，添加淀粉的復合凝膠結構較2%時有顯著改善，尤其添加交酯淀粉和酯化淀粉微觀結構變化最為顯著（P＜0.05），當添加量為10%時，微觀結構更趨于致密均勻，略有孔洞，截面平整。在相同添加量時，添加交酯淀粉的復合凝膠網(wǎng)絡結構與添加酯化淀粉的相近，要好于添加原淀粉所形成的凝膠。微觀結構的變化主要因為蛋白凝膠基質具有較完整的三維網(wǎng)絡結構，淀粉顆粒通過吸水膨脹填充進蛋白基質中[29]，或者經(jīng)高溫糊化后與肌原纖維蛋白分子通過分子作用力相結合，將更多的游離水分束縛進凝膠結構[30]，使蛋白網(wǎng)絡孔洞減少，形成較致密的網(wǎng)絡結構。而酯化和交聯(lián)處理淀粉會將游離水分子固定在網(wǎng)格結構中并增強交聯(lián)，填充孔洞賦予產(chǎn)品以細膩的組織結構[3]，凝膠微觀結構也與前面凝膠的質構特性及持水性結果相一致，淀粉添加量越大，更多的水分子通過毛細管作用被束縛或聚集在凝膠網(wǎng)絡內，凝膠結構更加致密均勻。

3 結 論

在肌原纖維蛋白體系中添加原淀粉、酯化淀粉和交酯淀粉，通過對混合蛋白凝膠持水性、質構特性、表面疏水性、白度值、流變特性及微觀結構的測定，可得出添加淀粉均可顯著提高肌肉蛋白的持水性、硬度、彈性、表面疏水性和彈性模量，且除硬度和彈性在添加量為10%有所降低外，持水性、表面疏水性和彈性模量均隨著添加量的增加顯著增加（P＜0.05），其中交酯淀粉對肌原纖維蛋白的影響最大，其次是酯化淀粉，影響最小的是原淀粉。微觀結構顯示，在淀粉添加量為2%時，淀粉對蛋白凝膠結構影響不大，當添加量為6%時，凝膠結構顯著改善，而添加量到達10%時，凝膠致密均勻，這也與持水性和質構特性的結果相一致。上述研究表明交酯淀粉對提高肌原纖維蛋白凝膠的效果更好，且該實驗條件下的最佳添加量為8%。通過本研究得出，變性淀粉的添加對肌原纖維蛋白凝膠形成有明顯改善作用，為變性淀粉在肉制品中的充分利用提供一定的參考依據(jù)。