嚴(yán)紅波,沈春蕾,張賓,蘇來(lái)金,繆文華,水珊珊*
1(浙江海洋大學(xué) 食品與醫(yī)藥學(xué)院,浙江 舟山,316022)2(溫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 溫州市特色食品資源工程技術(shù) 研究中心,浙江 溫州,325006)
南美白對(duì)蝦(Litopenaeusvannamei)中蛋白質(zhì)、維生素及人體所需的微量元素等含量豐富,據(jù)近年來(lái)的市場(chǎng)統(tǒng)計(jì),我國(guó)蝦產(chǎn)量為110萬(wàn)t,其中南美白對(duì)蝦海水養(yǎng)殖產(chǎn)量為5.58萬(wàn)t[1-2]。目前南美白對(duì)蝦的應(yīng)用主要集中在鮮食和冷凍加工方面,但是存在加工過(guò)程能耗大,對(duì)蝦產(chǎn)品研究較少及加工形式單一等問(wèn)題。蝦糜制品以蝦為原料,一般經(jīng)斬拌、成型、凝膠化制成的產(chǎn)品,具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、易消化、風(fēng)味鮮美、易貯藏、食用方便等優(yōu)點(diǎn),受到廣大消費(fèi)者的青睞[2]。雖然蝦糜制品產(chǎn)量未見(jiàn)明確數(shù)據(jù)報(bào)道,但近年來(lái)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。隨著消費(fèi)者的需求增長(zhǎng)和產(chǎn)品的多元化發(fā)展,對(duì)蝦糜制品的研究開(kāi)發(fā)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
蛋白質(zhì)是蝦類(lèi)肌肉組織的重要組成部分,對(duì)蝦類(lèi)肌肉質(zhì)量的好壞起著決定性作用。蝦類(lèi)制品在貯藏過(guò)程中出現(xiàn)冰晶生長(zhǎng)、重結(jié)晶及蛋白質(zhì)變性等問(wèn)題,導(dǎo)致肌肉凝膠能力和持水力降低[3-5]。目前,大部分的貯藏研究主要以魚(yú)糜研究為主,對(duì)南美白對(duì)蝦肉糜的研究還較少。袁麗等[6]的研究表明蛋白質(zhì)冷凍變性程度受到蛋白質(zhì)與水分相互作用的影響,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度隨二者之間的作用力變大而增強(qiáng)。趙亞等[7]的研究發(fā)現(xiàn)Ca2+-ATPase活力受到蝦肉水分含量和溫度的影響,溫度升高和水分含量增加,Ca2+-ATPase的活力降低。在水產(chǎn)品冷凍過(guò)程中,國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究主要集中在理化特性變化、抗凍保水劑研發(fā)等方面[8-9],對(duì)蛋白質(zhì)凍藏過(guò)程中蛋白質(zhì)功能特性的機(jī)制鮮有報(bào)道。因此,探討凍藏過(guò)程中南美白對(duì)蝦肉糜蛋白質(zhì)的凝膠特性及功能特性的變化,對(duì)其實(shí)際加工利用和新加工技術(shù)的應(yīng)用有一定的理論指導(dǎo)意義。
本研究所用南美白對(duì)蝦糜是由南美白對(duì)蝦經(jīng)采肉、高速搗碎(不經(jīng)漂洗、精濾)獲得,是南美白對(duì)蝦肌肉的初級(jí)分離產(chǎn)物。以南美白對(duì)蝦仁為對(duì)照,將南美白對(duì)蝦肉糜凍藏于-18 ℃條件下,研究?jī)霾剡^(guò)程中南美白對(duì)蝦肉糜蛋白質(zhì)凝膠特性和功能特性的變化,并分析其變化機(jī)制,以期為新加工技術(shù)的應(yīng)用以及南美白對(duì)蝦資源的利用提供理論參考和技術(shù)指導(dǎo)。
實(shí)驗(yàn)原料:鮮活南美白對(duì)蝦,體長(zhǎng)14~16 cm,2019年9月初購(gòu)于浙江舟山老碶菜場(chǎng)。鮮活對(duì)蝦碎冰浸沒(méi)置于保溫箱,30 min內(nèi)運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。
主要試劑:KCl,NaCl,NaOH、磷酸鹽緩沖液、三氯乙酸(TCA)、5,5-二硫二硝基苯甲酸等,均為分析純,購(gòu)自國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司。
CF-16RN型高速冷凍多用途離心機(jī),日本日立公司;751UVGD型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì),上海第三分析儀器廠;TMS-PRO型物性測(cè)試儀,美國(guó)FTC公司;DIRECT-Q型超純水裝置,美國(guó)MILLIPORE公司;TUBE MILL 100 CONTROL型研磨機(jī),IKA集團(tuán)。
新鮮南美白對(duì)蝦用清水清洗后去蝦頭、殼及腸,采集蝦仁;取得的蝦仁用組織搗碎器高速切碎混合5 min,收集制作好的南美白對(duì)蝦肉糜樣品,將剩下的蝦仁用紗布拭干表面水分,分裝。樣品均置于-18 ℃冰箱貯藏。以同批次的凍藏完整蝦仁樣品為對(duì)照組,第0、10、20、40、60、80、100和120天取樣,解凍后用于各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。
參照Z(yǔ)HANG等[10]報(bào)道方法。準(zhǔn)確稱(chēng)取5.0 g的蝦肉糜樣品,按1∶9(g∶mL)加入9倍體積生理鹽水,于冰浴條件勻漿處理(2 500 r/min,10 min),得到的上清液,即為提取的肌原纖維蛋白溶液,置于4 ℃冰箱備用。
1.5.1 肌原纖維蛋白凝膠制備
參照Z(yǔ)HANG等[10]報(bào)道方法。將提取的肌原纖維蛋白溶液置于25 mm × 40 mm玻璃瓶,保持液面高度為15 mm。采取二段式加熱,第一段水浴鍋加熱(45 ℃,30 min),第二段水浴鍋加熱(80 ℃,30 min),凝膠形成后,取出的玻璃瓶預(yù)冷后,用自來(lái)水冷卻至室溫。凝膠樣品置于4 ℃冰箱中過(guò)夜,取出過(guò)夜的樣品,室溫放置30 min后,用于指標(biāo)的測(cè)定。
1.5.2 凝膠質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定
參照賈慧等[11]報(bào)道的方法測(cè)定凍藏蝦仁與蝦糜肌原纖維蛋白的凝膠質(zhì)構(gòu)特性。室溫條件下,用質(zhì)構(gòu)剖面分析方法,在測(cè)定平臺(tái)上將準(zhǔn)備好的樣品固定,用TMS-Pro物性測(cè)試儀測(cè)定肌原纖維蛋白凝膠的彈性和咀嚼性。
1.5.3 凝膠保水性測(cè)定
參照MAO等[12]報(bào)道的方法測(cè)定凍藏蝦仁與蝦糜肌原纖維蛋白的凝膠保水性。準(zhǔn)確稱(chēng)量空離心管質(zhì)量(m1)及加入蛋白溶液后總質(zhì)量(m2)。凝膠制備完成后,經(jīng)8 000 r/min離心10 min(4 ℃)后去除水分,再稱(chēng)量余下質(zhì)量(m3)。保水性計(jì)算如公式(1)所示:
(1)
1.6.1 溶解性測(cè)定
參照MASATO等[13]的方法測(cè)定凍藏蝦仁與蝦糜肌原纖維蛋白的溶解性。用雙縮脲法測(cè)定蛋白質(zhì)量濃度,蛋白溶解度計(jì)算如公式(2)所示:
肌原纖維蛋白溶解度/%
(2)
1.6.2 濁度測(cè)定
參照SABOW等[14]的方法測(cè)定凍藏蝦仁與蝦糜肌原纖維蛋白的濁度,將肌原纖維蛋白溶液稀釋到2 mg/mL,在室溫恒溫20 min后,于340 nm比色,測(cè)溶液吸光度(OD340)即為肌原纖維蛋白溶液濁度。
1.6.3 乳化性及乳化穩(wěn)定性測(cè)定
參照馮實(shí)[15]的方法測(cè)定凍藏蝦仁與蝦糜肌原纖維蛋白的乳化性(emulsifying activity index,EAI)及乳化穩(wěn)定性(emulsion stability index,ESI)。EAI和ESI計(jì)算如公式(3)、(4)所示:
(3)
(4)
式中:ρ為蛋白質(zhì)溶液的質(zhì)量濃度,g/mL;φ為油相體積分?jǐn)?shù)(φ= 0.2);A0,A10為乳狀液在0 min、10 min的吸光值。
1.6.4 起泡性及起泡穩(wěn)定性測(cè)定
參照BUHL等[16]報(bào)道的方法測(cè)定凍藏蝦仁與蝦糜肌原纖維蛋白的起泡性(foaming capacity,F(xiàn)C)及起泡穩(wěn)定性(foaming stability,F(xiàn)S)。FC和FS計(jì)算如公式(5)、(6)所示:
(5)
(6)
式中:V0為勻漿操作停止時(shí)泡沫體積和液體體積之和;V10為操作停止10 min后的泡沫和液體總體積。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及作圖采用Origin 8.1、SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件,每個(gè)指標(biāo)均平行測(cè)量3次,試驗(yàn)的結(jié)果均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。
彈性和咀嚼性反映食品恢復(fù)形狀的能力,可部分反映食物的口感[17]。如圖1-A所示,隨著凍藏時(shí)間延長(zhǎng),蝦糜實(shí)驗(yàn)組與蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白凝膠的彈性呈下降趨勢(shì)。凍藏第120天時(shí),相比于初始值,蝦糜和蝦仁肌原纖維蛋白凝膠的彈性分別下降了0.59 N和0.265 N,蝦糜肌原纖維蛋白的彈性下降幅度顯著。這可能與凍結(jié)后形成的冰晶有關(guān),使蛋白質(zhì)冷凍變性和肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)遭到破壞,最終導(dǎo)致彈性下降[18]。如圖1-B所示,隨著凍藏時(shí)間的延長(zhǎng),蝦糜實(shí)驗(yàn)組與蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白凝膠的咀嚼性呈下降的趨勢(shì)。凍藏第10天時(shí),蝦糜實(shí)驗(yàn)組的咀嚼性下降顯著,繼續(xù)凍藏,咀嚼性的下降速率減緩且逐漸趨于平緩;蝦仁對(duì)照組凍藏第10天時(shí),咀嚼性下降不明顯,隨著凍藏時(shí)間的延長(zhǎng),咀嚼性下降幅度增加。這可能與凍藏過(guò)程中出現(xiàn)的自溶現(xiàn)象及蛋白質(zhì)內(nèi)部化學(xué)作用力變化有關(guān)[19]。
A-彈性;B-咀嚼性圖1 凍藏蝦仁與蝦糜肌原纖維蛋白凝膠 彈性和咀嚼性變化情況Fig.1 Changes in springiness and chewiness of myofibrillar gel from peeled shrimp and mashed shrimp samples during frozen storage
持水力反映了肌肉維系水分的能力,蝦肉的質(zhì)構(gòu)、嫩度、多汁性等品質(zhì)均與肌肉的持水力相關(guān)[20]。如圖2所示,隨著凍藏時(shí)間的延長(zhǎng),蝦糜實(shí)驗(yàn)組與蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白凝膠的持水力呈下降趨勢(shì),尤其以蝦糜實(shí)驗(yàn)組下降幅度最為明顯。凍藏第10天時(shí),蝦糜實(shí)驗(yàn)組樣品,其肌原纖維蛋白凝膠的持水能力相比于蝦仁對(duì)照組樣品,二者之間并無(wú)顯著性差異,短期凍藏并不會(huì)對(duì)蝦肉糜的持水能力造成顯著性影響。凍藏第20天時(shí),蝦糜實(shí)驗(yàn)組和蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白凝膠的持水力分別下降10.77%和1.6%,蝦糜實(shí)驗(yàn)組持水力下降明顯。凍藏第120天時(shí),蝦糜實(shí)驗(yàn)組和蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白凝膠的持水力分別下降26.21%和12.14%,蝦糜實(shí)驗(yàn)組持水性下降幅度比蝦仁對(duì)照組大。相比于組織結(jié)構(gòu)被破壞的蝦肉糜樣品,以完整蝦仁組織狀態(tài)進(jìn)行冷凍貯藏,對(duì)肌原纖維蛋白凝膠持水能力具有更好的保持作用。在蝦肉糜制備過(guò)程中,經(jīng)高速組織搗碎后,肌纖維原有物理結(jié)構(gòu)遭到破壞,致使肌原纖維蛋白部分結(jié)構(gòu)及功能也會(huì)受到一定程度的影響,因此其貯藏過(guò)程中持水能力的下降速率更加顯著。這可能是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)結(jié)合水脫離和自由水反復(fù)凍融誘導(dǎo)了水產(chǎn)品肌肉在冷藏、凍藏過(guò)程中出現(xiàn)汁液流失現(xiàn)象的發(fā)生[21]。向迎春[22]的研究結(jié)果表明,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),中國(guó)對(duì)蝦的保水性變差,對(duì)蝦的保水性下降幅度增大。以上研究結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果相似,進(jìn)一步驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
圖2 蝦仁與蝦糜凍藏過(guò)程中肌原纖維蛋白 凝膠保水性變化情況Fig.2 Changes in water retention of myofibrillar gel from peeled shrimp and mashed shrimp samples during frozen storage
蛋白質(zhì)功能性質(zhì)受到蛋白質(zhì)溶解性的顯著影響,蛋白溶解性降低,標(biāo)志著肌肉品質(zhì)不同程度下降[23]。如圖3 所示,隨著凍藏時(shí)間的延長(zhǎng),蝦糜實(shí)驗(yàn)組和蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白的溶解性呈下降趨勢(shì)。這可能是在凍藏過(guò)程中,蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,內(nèi)部疏水基團(tuán)、巰基暴露導(dǎo)致表面疏水性增加,降低蛋白質(zhì)的溶解度[24]。凍藏第10天時(shí),蝦糜實(shí)驗(yàn)組和蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白的溶解性下降明顯,這可能是因?yàn)榧≡w維蛋白的構(gòu)象發(fā)生改變,聚集程度增大,降低了溶解度。凍藏第120天時(shí),與凍藏初期相比,蝦糜實(shí)驗(yàn)組和蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白的溶解性分別降低了16.69%和18.7%,蝦糜實(shí)驗(yàn)組的溶解度下降幅度比對(duì)照組小。蛋白質(zhì)溶解性的降低一方面是蛋白質(zhì)天然構(gòu)象發(fā)生改變,蛋白聚集程度增大;另一方面是疏水性基團(tuán)暴露,疏水性增加,降低了蛋白質(zhì)的溶解性[5]。LEI等[19]的研究發(fā)現(xiàn)白蝦貯藏過(guò)程中,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),蛋白溶解性降低,與本研究結(jié)果一致。
圖3 蝦仁與蝦糜凍藏過(guò)程中肌原纖維蛋白質(zhì)溶解性 變化情況Fig.3 Changes in solubility of myofibrillar gel from peeled shrimp and mashed shrimp samples during frozen storage
蛋白質(zhì)溶液的濁度,可衡量肌原纖維蛋白的聚集程度,吸光度的增加表明形成了大的聚合物。如圖4所示,當(dāng)溫度一定時(shí),隨著凍藏時(shí)間的延長(zhǎng),蝦糜實(shí)驗(yàn)組和蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白的濁度呈增加的趨勢(shì),蝦仁對(duì)照組的濁度增加幅度比蝦糜實(shí)驗(yàn)組大。這可能是在凍藏過(guò)程中,肌原纖維蛋白被破壞,其內(nèi)部基團(tuán)暴露,蛋白聚合程度增大,肌原纖維蛋白的濁度增加。LEE等[25]在研究中發(fā)現(xiàn),凍藏過(guò)程中的肌球蛋白在低溫下會(huì)發(fā)生聚集變性。此外,由結(jié)果還發(fā)現(xiàn),當(dāng)凍藏時(shí)間一定時(shí),隨著溫度的升高,蝦糜實(shí)驗(yàn)組和蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白的濁度也呈增加的趨勢(shì),50 ℃以上最為明顯,此溫度下,肌原纖維蛋白的濁度增加幅度逐漸變大。這可能是熱處理使蛋白質(zhì)分子發(fā)生變性,內(nèi)部基團(tuán)暴露,共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵交聯(lián)聚集的機(jī)會(huì)增大,肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)聚集程度不斷增強(qiáng)。這與YUAN等[26]的研究發(fā)現(xiàn)一致,肌球蛋白的熱誘導(dǎo)過(guò)程中,溫度在50 ℃以上主要是肌球蛋白的凝聚在起作用,此時(shí)蛋白極容易相互聚集。
圖4 蝦仁與蝦糜凍藏過(guò)程中肌原纖維蛋白質(zhì)濁度變化情況Fig.4 Changes in protein turbidity of myofibrillar gel from peeled shrimp and mashed shrimp samples during frozen storage
蛋白質(zhì)乳化性是蛋白質(zhì)的一項(xiàng)重要功能性質(zhì),指一定條件下蛋白質(zhì)所能乳化油的量,包括乳化性和乳化穩(wěn)定性2個(gè)方面。如圖5-A所示,隨著凍藏時(shí)間的延長(zhǎng),蝦糜實(shí)驗(yàn)組和蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白的EAI呈顯著的下降趨勢(shì)。凍藏第120天時(shí),與凍藏初期相比,蝦糜實(shí)驗(yàn)組和蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白的EAI分別下降了14.39 m2/g和15.55 m2/g,蝦糜實(shí)驗(yàn)組EAI下降的幅度比蝦仁對(duì)照組小。凍藏過(guò)程中,肌原纖維蛋白EAI下降,可能是凍藏時(shí)間的延長(zhǎng),肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)的完整性被破壞,肌原纖維蛋白與脂肪之間的作用力減弱。也可能是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的降解和變性作用,使埋藏在內(nèi)部的分子暴露出來(lái),導(dǎo)致疏水性的增加,降低乳化性[27]。如圖5-B所示,隨著凍藏時(shí)間的延長(zhǎng),蝦糜實(shí)驗(yàn)組和蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白的ESI也呈顯著的下降趨勢(shì)。與凍藏初期相比,凍藏第10天時(shí),肌原纖維蛋白的ESI下降明顯,蝦糜實(shí)驗(yàn)組下降的幅度低于蝦仁對(duì)照組,分別下降了7.8%和9.9%。凍藏第120天時(shí),蝦糜實(shí)驗(yàn)組和蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白的ESI分別降低了28.08%和31.67%,原因可能是凍藏過(guò)程中,蛋白質(zhì)發(fā)生氧化和變性導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞,界面膜形成不穩(wěn)定,最終導(dǎo)致蛋白質(zhì)的乳化性和乳化穩(wěn)定性下降[28]。
A-EAI;B-ESI圖5 凍藏蝦仁與蝦糜肌原纖維蛋白EAI和ESI 變化情況Fig.5 Changes in EAI and ESI of myofibrillar gel from peeled shrimp and mashed shrimp samples during frozen storage
在食品產(chǎn)品中蛋白質(zhì)的起泡性和泡沫穩(wěn)定性的應(yīng)用非常廣,對(duì)食品加工中具有重要作用[29]。如圖6-A所示,隨著凍藏時(shí)間的延長(zhǎng),蝦糜實(shí)驗(yàn)組和蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白的起泡性呈顯著的下降趨勢(shì),凍藏第10天時(shí),蝦糜實(shí)驗(yàn)組肌原纖維蛋白的起泡性下降幅度低于蝦仁對(duì)照組,這可能是由于凍藏初期,溫度突然降低,蛋白質(zhì)變性程度增大,蛋白質(zhì)分子之間的作用力影響,降低了肌原纖維蛋白的起泡性。凍藏第120天時(shí),蝦糜實(shí)驗(yàn)組和蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白的起泡性分別下降了55.66%和58.33%,原因可能是隨著凍藏時(shí)間的延長(zhǎng),肌原纖維蛋白變性程度加大,蛋白質(zhì)的起泡性降低[30]。如圖6-B所示,蝦糜實(shí)驗(yàn)組和蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白的泡沫穩(wěn)定性也呈顯著的下降趨勢(shì)。凍藏第120天時(shí),蝦糜實(shí)驗(yàn)組和蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白的泡沫穩(wěn)定性分別下降了56.67%和59.67%,蝦糜實(shí)驗(yàn)組肌原纖維蛋白的泡沫穩(wěn)定性下降幅度低于蝦仁實(shí)驗(yàn)組。原因可能是凍藏過(guò)程中,蛋白分子結(jié)構(gòu)展開(kāi)導(dǎo)致內(nèi)部疏水基團(tuán)與巰基的暴露程度增加,內(nèi)源蛋白分子形成非共價(jià)聚集體加劇,分子間的界面特性與擴(kuò)散速率受到影響,泡沫穩(wěn)定性下降[31]。
A-起泡性;B-泡沫穩(wěn)定性圖6 凍藏蝦仁與蝦糜肌原纖維蛋白起泡性和 泡沫穩(wěn)定性變化情況Fig.6 Changes in foamability and foam stability of myofibrillar gel from peeled shrimp and mashed shrimp samples during frozen storage
在食品貯藏過(guò)程中,蛋白質(zhì)功能特性的運(yùn)用和發(fā)揮受很多因素的影響。從功能性的角度出發(fā),分析蝦仁與蝦糜在凍藏過(guò)程中的品質(zhì)變化可以看出,凍藏蝦仁與蝦糜肌原纖維蛋白凝膠特性、保水性、溶解性、濁度、乳化特性和起泡特性對(duì)凍藏蝦仁與蝦糜均有不同程度的影響。隨著凍藏時(shí)間的延長(zhǎng),在凝膠特性方面,蝦仁對(duì)照組肌原纖維蛋白的彈性和咀嚼性以及凝膠保水性比蝦糜實(shí)驗(yàn)組更佳;而在功能特性方面,蝦糜實(shí)驗(yàn)組的溶解性、濁度、乳化特性和起泡特性更好。因此,在實(shí)際應(yīng)用中需要兼具蛋白質(zhì)功能特性時(shí),應(yīng)綜合考慮這些因素,探討功能特性平衡點(diǎn),發(fā)揮蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)最大的優(yōu)勢(shì),以期為高值化生產(chǎn)加工提供新的思路和理論參考。