計紅芳，李莎莎，張令文,，武勝龍，韓西平，陳復(fù)生，馬漢軍,3

（1.河南科技學(xué)院食品學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.河南工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程博士后流動站，河南 鄭州 450001；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國家豬肉加工技術(shù)研發(fā)專業(yè)中心，河南 新鄉(xiāng) 453003）

我國是肉類生產(chǎn)和消費大國，其肉類產(chǎn)量居世界第一位。肉中蛋白質(zhì)的凝膠性、保水性、乳化性等是決定肉制品品質(zhì)的關(guān)鍵因素[1]。為改善肉制品品質(zhì)與風味、降低成本，在實際生產(chǎn)中，往往添加某些非肉類填充劑，如植物蛋白、淀粉、親水膠體等用以保持水分，減少脂肪流失，改善肉制品的持水性、乳化性，以及質(zhì)構(gòu)特性等[2-3]。其中，植物蛋白如大豆蛋白、花生蛋白等，既能賦予肉制品特殊的組織結(jié)構(gòu)與風味，又能平衡肉制品的氨基酸組成，是一種相對理想的肉類產(chǎn)品填充劑。Sun Jingxin等[4]研究發(fā)現(xiàn)，2.5%的花生蛋白能改善雞鹽溶蛋白凝膠質(zhì)構(gòu)，提高保水性；Odiase等[5]用大豆蛋白作為山羊肉餅的填充劑，可降低肉餅的蒸煮損失，增加保水性。

面筋蛋白是小麥淀粉生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物，占小麥蛋白質(zhì)總量的80%，主要含有醇溶蛋白和谷蛋白[6]。谷蛋白是一種非均質(zhì)的大分子聚合體，呈纖維狀，靠分子內(nèi)和分子間二硫鍵連接，賦予面團彈性[7]；醇溶蛋白為單體蛋白，呈球形，單肽鏈間依靠氫鍵、疏水鍵以及分子內(nèi)二硫鍵連接，具有黏性和延展性[8]。面筋蛋白有強的吸水性，可吸收自身質(zhì)量2 倍的水[9]，當水分子與蛋白質(zhì)的親水基團相互作用時會形成水化物，即具有黏彈性、延伸性和吸脂乳化性的濕面筋[10]。面筋蛋白作為一種新型食品添加劑，因其加工工藝簡單、廉價易得等優(yōu)點越來越受到人們的青睞[11]，其最基本的用途就是用于調(diào)整面粉蛋白質(zhì)的含量，并且在谷類食品、奶酪、披薩和調(diào)味品中被廣泛應(yīng)用，但在肉制品領(lǐng)域中的研究應(yīng)用相對較少。有研究報道，面筋蛋白可以用于肉類產(chǎn)品，因為它有能力促進脂肪和水之間的乳劑系統(tǒng)結(jié)合，同時又可以增加蛋白含量[12]。本實驗通過研究面筋蛋白對豬肉凝膠各項品質(zhì)特性的影響，為面筋蛋白在肉制品中的生產(chǎn)加工與應(yīng)用提供理論參考，并拓寬面筋蛋白在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

三元雜交豬背最長肌、中筋小麥粉 市購。

石油醚、硼酸、硫酸鉀、硫酸銅、叔丁醇、氯仿等均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Haake Mars 60旋轉(zhuǎn)流變儀 德國Thermo Fisher Scientific公司；JRJ-100絞肉機 山東嘉信食品機械有限公司；UMC-5C斬拌機 德國Stephan公司；AUY120電子天平 日本島津公司； 3-18K臺式高速冷凍離心機德國Sigma公司；U2810型紫外-可見分光光度計 日本日立高新技術(shù)公司；Quanta 200掃描電子顯微鏡 美國FEI公司；TA-XT質(zhì)構(gòu)儀 英國SMS公司；PQ001核磁共振分析儀 上海紐邁電子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 面筋蛋白提取制備

參考李翠翠等[13]的方法。取225 g中筋面粉，110 mL水，放入高速分散器攪拌20 min制成面團，室溫下靜置20 min，使用清水洗滌至水澄清為止，放冰箱凍藏12 h，真空冷凍干燥24 h，研磨成粉過80 目篩，即為面筋蛋白（粗蛋白85.70%、脂肪0.81%、水分7.03%、灰分0.58%）。

1.3.2 肉糜凝膠制備

將豬肉去除結(jié)締組織和表面脂肪，切碎、粗略斬拌，分成6 份，每份200 g，分別加入2% NaCl和25%冰水斬拌，然后分別加入占肉質(zhì)量0%、2%、4%、6%、8%、10%的面筋蛋白。1 500 r/min斬拌2 min，停3 min，3 000 r/min斬拌2 min，中心溫度始終低于10 ℃。將混合均勻的肉糜分裝離心管，3 500 r/min離心10 min，85 ℃水浴30 min，冷卻放4 ℃冰箱12 h，備用。

1.3.3 蒸煮損失測定

將肉糜裝入50 mL離心管，稱質(zhì)量，記錄為煮前質(zhì)量，85 ℃水浴30 min，自然冷卻至室溫，于4 ℃冷藏條件放置12 h，回溫2 h后，濾紙吸干凝膠表面水分，稱質(zhì)量，記錄為煮后質(zhì)量[14]，蒸煮損失計算公式如下：

1.3.4 保水性測定

將室溫回溫后的凝膠切成直徑20 mm，高20 mm的圓柱，準確稱量并記錄質(zhì)量m1，7 000 r/min離心10 min，吸干凝膠表面的水分，稱質(zhì)量記為m2[15]。

1.3.5 質(zhì)構(gòu)測定

將凝膠（Φ2.5 cm×2 cm）用TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀進行測定，探頭為P/36R，測試前速率、測試速率均為2 mm/s，壓縮比40%，時間5 s，觸發(fā)力5 g，類型為自動。每組樣品測定5 次取平均值[16]。

1.3.6 化學(xué)作用力測定

參照呂梁玉等[17]的方法。離子鍵、氫鍵、疏水性相互作用的貢獻以溶解于不同溶液中的蛋白含量差值表示。

1.3.7 流變特性測定

將肉糜均勻涂于夾具為50 mm的2 個平板間，狹縫寬度為0.5 mm，石蠟密封。振蕩模式參數(shù)：應(yīng)變2%，頻率0.1 Hz。25 ℃保溫10 min，升溫范圍25～85 ℃，并在85 ℃條件下保溫3 min，升溫速率2 ℃/min，自動記錄儲能模量（G’）的變化[18]。

1.3.8 微觀結(jié)構(gòu)測定

參照張興等[19]的方法。將樣品用2.5%的戊二醛（pH 6.8）浸泡固定12 h，50%～90%乙醇溶液梯度脫水，氯仿脫脂，無水乙醇-叔丁醇（1∶1，V/V）、叔丁醇分別進行置換，真空干燥后進行拍照觀察。

1.3.9 核磁共振自旋-自旋馳豫時間測定

約2 g凝膠置于直徑15 mm核磁管中，然后放入分析儀中進行測量。其中τ值（90°脈沖和180°脈沖之間的時間）為200 μs，測量溫度為32 ℃，質(zhì)子共振頻率為22.6 MHz，重復(fù)掃描32 次，重復(fù)間隔時間為6.5 s，得到12 000 個回波[20]，每個處理組測定3 個平行樣品。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010與SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，P＜0.05，差異顯著，數(shù)值以 ±s表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 添加面筋蛋白對豬肉糜凝膠蒸煮損失與保水性的影響

圖1 面筋蛋白添加量對豬肉糜凝膠蒸煮損失、保水性的影響Fig.1 Effect of different amounts of added gluten on the cooking loss and water-holding capacity of pork gel

由圖1可知，凝膠的蒸煮損失隨面筋蛋白添加量的增加呈下降趨勢，在添加量為6%時，為11.63%，添加10%時，為9.33%；凝膠的保水性持續(xù)上升，在添加量為6%時，為96.62%，與對照相比上升了3.44%（P＜0.05）。由于麥醇溶蛋白和麥谷蛋白獨特的氨基酸組成賦予了小麥面筋蛋白黏彈性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當水分子與面筋蛋白的親水基團相互作用時會形成水化物-濕面筋，水分子的進一步擴散使蛋白膠粒猶如一個滲透袋，促使蛋白的吸水量增加[10]。因此，當面筋蛋白添加到肉糜體系中，與肉糜中的水結(jié)合，面筋蛋白充分填充在凝膠網(wǎng)絡(luò)中，使肉糜體系變得更為緊密牢固[21]，從而增加了凝膠的保水性，降低了蒸煮損失。Kumar等[22]研究發(fā)現(xiàn)，添加18%的面筋蛋白使雞肉凝膠的蒸煮損失顯著低于其他2 種水平（10%、14%）（P＜0.05），而添加量較低時無顯著差異（P＞0.05）。王凱強[23]研究發(fā)現(xiàn)，與15%的大豆分離蛋白相比，同等添加量的面筋蛋白可使豬肉丸的保水性和蒸煮得率顯著提高。

2.2 添加面筋蛋白對豬肉糜凝膠質(zhì)構(gòu)的影響

表1 面筋蛋白添加量對豬肉糜凝膠質(zhì)構(gòu)的影響Table 1 Effect of different amounts of added gluten on texture properties of pork gel

如表1所示，凝膠的硬度、咀嚼性隨面筋蛋白添加量的增加均上升，且在面筋蛋白添加量為6%時分別為7 855 g和4 921 g；添加10%時均達到最大值，分別為9 929 g和6 452 g，為對照組的1.55 倍和1.66 倍；彈性先上升后下降，在添加量為6%時達到最大，為0.936，與對照相比上升了6.85%；回復(fù)性則持續(xù)上升，添加量為6%時為0.329，與添加8%、10%時相比差異不顯著（P＞0.05）。麥醇溶蛋白和麥谷蛋白兩者共同作用，使面筋蛋白具有其他植物蛋白所沒有的獨特的黏彈性[24]。當面筋蛋白添加到豬肉凝膠中，既增強了肌原纖維蛋白之間的相互作用，又促進了面筋蛋白-肌原纖維蛋白之間的結(jié)合，使面筋蛋白充分填充在凝膠網(wǎng)絡(luò)中，形成了一個更為復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)，進而提高了凝膠的回復(fù)性和彈性[25]。當面筋蛋白添加量為6%時，凝膠的彈性和回復(fù)性已達到最大，繼續(xù)添加則上升不顯著。Hand等[26]研究發(fā)現(xiàn)，添加面筋蛋白的牛排比添加大豆分離蛋白的牛排具有更強的黏彈性。儀淑敏等[27]研究表明，3%的面筋蛋白可明顯改善魚糜凝膠的質(zhì)構(gòu)特性，但添加量繼續(xù)增加差異不顯著，與本研究結(jié)果相似。

2.3 添加面筋蛋白對豬肉糜凝膠形成過程中化學(xué)作用力的影響

圖2 面筋蛋白對豬肉糜凝膠形成過程中化學(xué)作用力的影響Fig.2 Effect of different amounts of added gluten on chemical forces during pork gel formation

離子鍵、氫鍵及疏水作用是維持蛋白凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最主要的作用力[28]。由圖2可知，凝膠的離子鍵所對應(yīng)的蛋白溶解量差均小于1 mg/mL，表明離子鍵不是維持面筋蛋白與豬肉共混凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)作用力[19]。凝膠的氫鍵、疏水相互作用力均隨面筋蛋白添加量的增加總體呈上升趨勢，在添加量為6%時，疏水作用最強，是對照組的1.35 倍；氫鍵對應(yīng)的蛋白溶解量差，在添加6%時為1.599 mg/mL，且與添加8%與10%時相比差異不顯著（P＞0.05），表明面筋蛋白可以增強凝膠的氫鍵和疏水相互作用力。有研究認為氫鍵也參與了麥谷蛋白和麥醇溶蛋白之間的相互作用[29]，面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要是由麥醇溶和麥谷蛋白依靠氫鍵、疏水鍵以及分子內(nèi)/間的二硫鍵連接而成[12,30]。在加熱過程中，蛋白分子展開，通過巰基-二硫鍵交換以及疏水相互作用等，使面筋蛋白和肌原纖維蛋白相互交聯(lián)聚合，形成了大的蛋白聚集體[31-32]。

2.4 添加面筋蛋白對豬肉糜凝膠流變特性的影響

圖3 面筋蛋白添加量對豬肉糜凝膠流變的影響Fig.3 Effect of different amounts of added gluten on storage modulus of pork gel

蛋白分子受熱變性展開以及重新排列聚合是肉糜凝膠在形成過程中經(jīng)歷的2 個主要過程。G’值可以反映在加熱過程中蛋白分子的展開和凝集，G’值越高表明所形成的凝膠能力越好[4]。如圖3所示，各組G’值的變化趨勢基本一致，均隨面筋蛋白添加量的增加呈上升趨勢。在25～49 ℃內(nèi)，G’值緩慢下降。隨溫度的持續(xù)升高，G’值也隨之緩慢上升，大約在55 ℃達到第1個峰值，這是凝膠網(wǎng)絡(luò)開始形成的階段。有研究報道，面筋蛋白的二硫鍵交聯(lián)主要在熱誘導(dǎo)條件下進行，并且麥谷蛋白也在55 ℃時開始發(fā)生交聯(lián)聚合[33]，推測此時可能發(fā)生了3 種交聯(lián)反應(yīng)，一是麥谷蛋白亞基中游離巰基之間發(fā)生氧化生成二硫鍵，使不同的亞基通過二硫鍵相互連接[34]；二是麥谷蛋白與肌肉蛋白（尤其是肌球蛋白重鏈）中的巰基基團發(fā)生反應(yīng)[35]；三是肌球蛋白頭部通過二聚體作用發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)[36]，三者共同促使凝膠形成具有彈性的蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨溫度進一步升高，G’值呈現(xiàn)出急劇下降的趨勢，在61 ℃左右達到最低值，可能的原因為肌球蛋白分子尾部的變性，造成了蛋白分子的聚集與解聚，破壞了原先所形成的不太穩(wěn)定凝膠結(jié)構(gòu)；繼續(xù)加熱，在62～85 ℃時，G’值快速上升，此時形成一個黏彈性較好、高度有序的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。Hand等[26]研究表明，與豆類蛋白相比，面筋蛋白與肉糜結(jié)合能表現(xiàn)出更好的流變特性。

2.5 添加面筋蛋白對豬肉糜凝膠水分遷移特性影響

表2 面筋蛋白對豬肉糜共混凝膠水分遷移特性的影響Table 2 Effect of different amounts of added gluten on water migration in pork gel

圖4 面筋蛋白添加量對豬肉糜凝膠弛豫時間T2及峰面積的影響Fig.4 Effect of different amounts of added gluten on the transverse relaxation time (T2) and peak area of pork gel

自旋-自旋弛豫時間（T2）的變化，能夠表征凝膠體系中的水分分布和遷移情況。起始弛豫時間T2越短，表明水分子與底物結(jié)合越牢固[37]。T2對應(yīng)了3 種形態(tài)水，分別為結(jié)合水（T2b）、不易流動水（T21）和自由水（T22），其中T2b、T21、T22弛豫時間分別在0～10、10～100、250～400 ms之間[38]。由表2與圖4可知，隨面筋蛋白添加量的不斷增加，T2b、T21與T22起始弛豫時間均向較短方向移動，添加量至10%時，T2b為2.65 ms，T21為40.88 ms，T22為212.66 ms，均已下降到最低，但與添加6%、8%時相比無顯著差異（P＞0.05）。當面筋蛋白與肌肉蛋白相互作用時，增加了對水分的束縛能力，水的流動性減弱，使更多的游離水以不易移動水的形式被捕獲在凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中[35]。隨面筋蛋白添加量的增加，代表峰面積百分比的P2b變化不顯著（P＞0.05），而不易流動水的P21持續(xù)增加，自由水的P22持續(xù)下降，且在添加6%～10%時差異不顯著（P＞0.05），表明添加6%的面筋蛋白就可以充分降低凝膠蒸煮損失，提高凝膠保水性，可以將更多的自由水“鎖”在凝膠網(wǎng)絡(luò)中，限制水分移動。Zhang Lili等[39]研究認為弛豫時間越短，凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越致密，捕獲的水分越多，持水性越高。

2.6 添加面筋蛋白對豬肉糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖5 面筋蛋白添加量對豬肉糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.5 Effect of different amounts of added gluten on the microstructure of pork gel

如圖5所示，未添加面筋蛋白的凝膠表面不平整，結(jié)構(gòu)較為粗糙，蛋白質(zhì)之間呈顆粒狀凝集[40]；當面筋蛋白添加量為6%時，凝膠孔洞較小、細密均勻，形成了光滑細膩、高度有序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；隨面筋蛋白添加量繼續(xù)增加，凝膠表面變得粗糙、松散、孔洞較大?？赡苁且驗槊娼畹鞍拙哂袕姷奈?，可吸收自身質(zhì)量2 倍的水[9]，面筋蛋白添加過多會與肌肉蛋白競爭水分，阻礙了面筋蛋白與肌肉蛋白之間的相互作用，導(dǎo)致凝膠硬度增大，彈性下降。因此，添加適量面筋蛋白在一定程度上可以改善凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3 結(jié) 論

添加面筋蛋白能夠顯著改善豬肉糜凝膠品質(zhì)。隨面筋蛋白添加量的增加，蒸煮損失持續(xù)下降；低場核磁結(jié)果顯示，不易流動水峰面積百分比持續(xù)增加，自由水峰面積百分比持續(xù)下降，添加面筋蛋白可以提高凝膠的保水性，但添加量超過6%，保水性上升不明顯（P＞0.05）；添加面筋蛋白，凝膠硬度與咀嚼性上升明顯，彈性趨勢先上升后下降，在添加量為6%時最大，回復(fù)性持續(xù)增加，在添加6%時，為0.329，與添加8%、10%相比差異不顯著；G’曲線變化表明，面筋蛋白的添加能夠提高豬肉糜凝膠的形成能力；共混凝膠形成的主要化學(xué)作用力是氫鍵與疏水相互作用；6%的面筋蛋白使凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加均勻致密、質(zhì)地細膩、富有彈性。綜上所述，添加6%的面筋蛋白，豬肉糜凝膠的品質(zhì)最佳。