谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶對竹莢魚魚糜蛋白凝膠特性的影響

陳海華，薛長湖

(1.中國海洋大學食品科學與工程學院，山東 青島 266003；2.青島農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，山東 青島 266109)

谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶對竹莢魚魚糜蛋白凝膠特性的影響

陳海華1,2，薛長湖1

(1.中國海洋大學食品科學與工程學院，山東 青島 266003；2.青島農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，山東 青島 266109)

以質(zhì)構(gòu)、白度和持水力為指標研究谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(TGase)添加量、凝膠化時間和凝膠化溫度對竹莢魚魚糜凝膠特性的影響。結(jié)果表明：當TGase添加量為80U/100g魚糜、凝膠化時間為5h、凝膠化溫度為37.5℃時，竹莢魚魚糜的凝膠特性達到最佳，能夠形成高度致密、均勻的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。采用二段加熱法制備的竹莢魚魚糜凝膠的特性好于一段加熱法。

谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶；竹莢魚；魚糜；凝膠；破斷強度

谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(transglutaminase， TGase)是一種催化?；D(zhuǎn)移反應(yīng)的轉(zhuǎn)移酶，它能使蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與氨基酸之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成ε-(γ-谷氨酰)賴氨酸鍵，從而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)，賦予食品蛋白質(zhì)特有的質(zhì)構(gòu)和口感[1]。許多研究證明，TGase對海水魚和淡水魚的魚糜凝膠特性有明顯的改良作用，可顯著提高帶魚、金線魚、狹鱈魚、鳙魚、鰱魚等魚糜蛋白的凝膠特性[2-9]。

加熱是魚糜制品加工的一個重要工藝，不同加熱溫度和時間對魚糜的凝膠能力影響很大。研究表明，擂潰后的魚糜先在0～40℃放置一定時間然后再進行高溫加熱，可比單純的高溫加熱形成更具彈性和強度的凝膠[10]，國外把這個低溫放置過程叫“setting”，而國內(nèi)一般把它叫凝膠化階段，同時把這種加熱方式叫二段加熱。不同的魚種所加工的魚糜由于化學組成及特性不同，最佳凝膠化條件也不同。如Benjakul等[11]研究發(fā)現(xiàn)，兩種大眼海妒魚(即Priacanthus tayenus和Priacanthus macracanthus)加工魚糜的最佳凝膠化溫度和時間不同，前者為40℃、2h，而后者為25℃、3h。金線魚(Threadfin bream)和阿拉斯加狹鱈魚(Alaska pollock)魚糜的適宜凝膠化溫度分別為40、25℃[12-13]。

近年來隨著狹鱈捕獲量的下降，魚糜制品需求量的增加，開發(fā)新的魚糜制品原料具有重要的意義，其中利用竹莢魚開發(fā)冷凍魚糜是解決目前魚糜制品原料不足的最有效途徑。國外的研究多集中在竹莢魚儲藏過程中蛋白脂肪的變化，魚糜方面的研究較少，尚未見冷凍竹莢魚凝膠特性的相關(guān)研究報道。國內(nèi)對竹莢魚魚糜的研究也較少。汪之和等[14-15]對僵直期的竹莢魚魚糜加工的漂洗條件和加熱條件做了初步的研究，結(jié)果表明竹莢魚魚糜的凝膠特性較差。Lin等[16]考察凍藏和漂洗對竹莢魚蛋白質(zhì)變性和凝膠特性的影響，結(jié)果表明隨凍藏時間的延長會導致凝膠特性的降低。由于竹莢魚魚糜的凝膠能力較差，因此提高魚糜凝膠特性是開發(fā)竹莢魚魚糜的一個關(guān)鍵點。

本實驗主要研究TGase催化竹莢魚魚糜蛋白凝膠形成的適宜條件，包括TGase添加量、凝膠化溫度、凝膠化時間對凝膠特性的影響，為獲得有效的竹莢魚魚糜蛋白凝膠研究提供具體參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

竹莢魚產(chǎn)自浙江舟山，－30℃凍藏3個月。

TGase(酶活力100U/g) 泰州一鳴精細化工有限公司。食鹽、蔗糖、山梨醇等均為食品級。

1.2 儀器與設(shè)備

TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀 美國FTC公司；WSC-S型色差計 上海精密科學儀器有限公司；UMC5真空斬拌機 德國Stephan公司；KYKY-2008B掃描電鏡 中國科學院；電熱恒溫水浴鍋 金壇市榮華儀器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 竹莢魚魚糜蛋白凝膠的制備

冷凍竹莢魚→解凍→清洗→去頭、去皮、去內(nèi)臟→采肉→漂洗→精濾→脫水→加入抗凍劑→分裝→－20℃貯藏，備用→竹莢魚冷凍魚糜(水分含量為78%)→解凍→空擂→鹽擂→加入TGase擂潰5min→灌入腸衣(直徑30mm)→低溫凝膠化→高溫蒸煮(90℃，20min)→4℃冷藏過夜→待測樣品

1.3.2 TGase添加量和加熱方式對竹莢魚魚糜凝膠特性的影響

分別添加0(對照)、10、30、50、80、100、200U/100g魚糜的TGase于竹莢魚魚糜蛋白，并按下述方法進行加熱。1)將樣品直接在90℃下加熱20min后取出，冰水冷卻至室溫，然后置于4℃冰箱中放置過夜，待測。此為一段加熱的凝膠樣品。2)分別在25、30、37.5、45、50、60℃條件下凝膠化0、1、3、5、7、9h后，再在90℃下加熱20min，取出后冰水冷卻至室溫，然后置于4℃冰箱中放置過夜，待測。此為二段加熱的凝膠樣品。

1.3.3 凝膠強度的測定

在室溫下，用質(zhì)構(gòu)儀進行破斷測試。采用直徑為5mm的球形探頭，以60mm/s的速度穿刺樣品至20mm，穿刺曲線上的第一個峰即為破斷強度，對應(yīng)的距離為凹陷度。

1.3.4 白度的測定

將樣品切成厚3mm的薄片，室溫下用WSC-S色差計測定樣品的色澤，儀器采用標準白板校正，記錄L*、a*、b*表示顏色的坐標，L*表示樣品的亮度，+a*表示樣品偏紅，－a*表示樣品偏綠；+b*表示樣品偏黃，－b*表示樣品偏藍。白度(W)采用式(2)[17]計算。

1.3.5 持水性能的測定

將樣品切成厚3mm的薄片并稱質(zhì)量(m1)，下面放3張濾紙，上面放2張濾紙，用5kg的重物壓制并保持2min，去掉濾紙，再將樣品稱質(zhì)量(m2)，失水率按式(3)計算。

1.3.6 掃描電鏡觀察

魚糜凝膠→用體積分數(shù)為3%的戊二醛溶液4℃下固定→0.1mol/L磷酸鹽緩沖液(pH7.2)漂洗數(shù)次→用質(zhì)量分數(shù)為1%的鋨酸固定→0.1mol/L磷酸鹽緩沖液(pH7.2)漂洗數(shù)次→靜置過夜→用體積分數(shù)為30%、50%、70%、90%、100%乙醇梯度脫水→醋酸異戊酯梯度脫乙醇→臨界點干燥→離子濺射儀噴金→掃描電鏡觀察

2 結(jié)果與分析

2.1 竹莢魚魚糜加熱方式的確定

圖1 加熱方式對竹莢魚魚糜凝膠破斷強度(a)、凹陷度(b)和凝膠強度(c)的影響Fig.1 Effect of heating style on breaking force, deformation and gel properties of horse-mackerel surimi

由圖1可以看出，加熱方式對竹莢魚魚糜凝膠的凝膠特性有顯著影響。在TGase添加量相同時，二段加熱的竹莢魚魚糜凝膠的破斷強度、凹陷度和凝膠強度均高于一段加熱的竹莢魚魚糜凝膠樣品。這主要是因為在二段加熱中首先經(jīng)歷了37.5℃凝膠化過程，在此過程中，竹莢魚魚糜中的內(nèi)源性TGase和外源添加的TGase能夠催化肌球蛋白重鏈交聯(lián)而增強魚糜的特性[11]。這一結(jié)果與Klesk等[12]、Benjakul等[11,13]的研究結(jié)果相似，他們研究發(fā)現(xiàn)Threadfin bream和Alaska pollock魚糜在經(jīng)歷了低溫凝膠化的二段加熱比僅進行一段加熱的高溫處理形成的魚糜凝膠強度高。這一結(jié)果與劉藝杰等[18]的研究結(jié)果不同，他們研究發(fā)現(xiàn)一段加熱的魷魚魚糜的凝膠強度比二段加熱的高。

表1 加熱方式對竹莢魚魚糜凝膠白度的影響Table 1 Effect of heating style on whiteness of horse-mackerel surimi

由表1可以看出，在相同的TGase添加量范圍內(nèi)，二段加熱樣品的白度好于一段加熱的樣品。

圖2 加熱方式對竹莢魚魚糜凝膠失水率的影響Fig.2 Effect of heating style on water loss rate of horse-mackerel surimi

由圖2可知，在相同的TGase添加量范圍內(nèi)，二段加熱的樣品的失水率與一段加熱接近，無顯著差異。

綜合考慮加熱方式對竹莢魚魚糜凝膠的破斷強度、凹陷度、凝膠強度、白度和失水率的影響，竹莢魚魚糜凝膠的制備應(yīng)采用二段加熱法。

2.2 TGase添加量對竹莢魚魚糜蛋白凝膠特性的影響

由圖1可知，TGase添加量對竹莢魚魚糜凝膠的凝膠特性有顯著影響。對于二段加熱，在本實驗所選擇的TGase添加量范圍內(nèi)，隨著酶添加量的增加，竹莢魚魚糜凝膠的破斷強度顯著增加，凹陷度和凝膠強度呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。當酶的添加量為10U/100g魚糜時，竹莢魚魚糜凝膠的破斷強度和凝膠強度分別為306g和2512g·mm，分別是對照的1.7倍和1.9倍。TGase添加量為200U/100g魚糜時，破斷強度達到最大值，為456g，是未添加TGase的對照樣品的2.9倍。通過Ducan多重分析可以看出，在本實驗所選擇的酶添加量的范圍內(nèi)，各處理間的破斷強度彼此間都有顯著差異。而TGase添加量為80U/100g魚糜時，魚糜凝膠的凹陷度和凝膠強度均達到最大值，分別為10.06mm和3927g·mm，分別是對照的1.2和3倍；TGase添加量再繼續(xù)增加，魚糜凝膠的凹陷度和凝膠強度反而會下降。

由表1可知，TGase添加量明顯影響了竹莢魚魚糜凝膠的白度。對于二段加熱，隨著TGase添加量的增加，竹莢魚魚糜凝膠的白度逐漸增加，當添加量超過80U/100g魚糜后，樣品的白度又呈現(xiàn)出下降的趨勢，但白度仍高于對照(不添加TGase的樣品)。

由圖2可知，TGase添加量明顯影響了竹莢魚魚糜凝膠的失水率，TGase添加量對樣品失水率的影響與TGase添加量對樣品白度的影響相反。對于二段加熱，隨著TGase添加量的增加，竹莢魚魚糜凝膠的失水率逐漸降低，當添加量超過80U/100g魚糜后，樣品的失水率又呈現(xiàn)出上升的趨勢。

圖3 TGase添加量對竹莢魚魚糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.3 Effect of TGase addition on microstructure of horse-mackerel surimi

由圖3可知，TGase添加量對竹莢魚魚糜凝膠的微觀結(jié)構(gòu)有顯著的影響。未添加TGase的對照樣品形成比較松散的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，凝膠的孔洞很大，形狀和大小不規(guī)則，在凝膠的表面能看到有較大的凝聚的蛋白顆粒，因而對照樣品的破斷強度、凹陷度、凝膠強度、白度和持水率均較低(圖3a)。隨著TGase添加量的增加(圖3b)，凝膠的孔洞大小、形狀和分布比較均勻。當TGase添加量為80U/100g魚糜(圖3c)時，竹莢魚魚糜形成了高度致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要是由于TGase的添加促進了肌球蛋白之間形成更多的交聯(lián)鍵[19]，凝膠內(nèi)部的結(jié)合力增大，從而使竹莢魚魚糜凝膠的破斷強度、凹陷度、凝膠強度和持水力均顯著增加，白度也增加。當TGase添加量增加到200U/100g魚糜(圖3d)時，竹莢魚魚糜形成的凝膠結(jié)構(gòu)又呈現(xiàn)出大小不一的凝膠孔洞，凝膠網(wǎng)絡(luò)的致密性下降，結(jié)構(gòu)粗糙，因此樣品的凹陷度、凝膠強度和持水力下降，白度也降低。這是由于蛋白質(zhì)底物濃度沒有變化，而過量TGase不能促進更多的蛋白質(zhì)分子進行交聯(lián)；同時，添加過多的TGase會導致過量的ε-(γ-谷氨酰胺基)賴氨酸交聯(lián)的形成，破壞了熱誘導蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的均勻一致性[3-4]。因此TGase添加量不宜過多，以添加80U/100g魚糜為宜。2.3 TGase凝膠化溫度對竹莢魚魚糜凝膠特性的影響

圖4 TGase凝膠化溫度對竹莢魚魚糜凝膠破斷強度(a)、凹陷度(b)和凝膠強度(c)的影響Fig.4 Effect of reaction temperature on breaking force, deformation and gel strength of horse-mackerel surimi

從圖4可以看出，酶的凝膠化溫度對竹莢魚魚糜凝膠的破斷強度有顯著影響。對于兩段加熱，凝膠化溫度在25～37.5℃時，樣品的破斷強度、凹陷度和凝膠強度顯著增加，在37.5℃達到最大值，與對照(90℃直接加熱)相比，破斷強度、凹陷度和凝膠強度分別增加到對照的3.4倍、1.4倍和4.6倍；在37.5～45℃時，樣品的破斷強度無顯著變化，凹陷度和凝膠強度顯著降低；45～60℃時破斷強度、凹陷度和凝膠強度均顯著降低，在60℃時竹莢魚魚糜凝膠表現(xiàn)出明顯的凝結(jié)劣化現(xiàn)象，故凝膠化溫度以37.5℃為宜。

表2 TGase凝膠化溫度對竹莢魚魚糜凝膠白度的影響Table 2 Effect of reaction temperature on whiteness of horsemackerel surimi

由表2可知，TGase凝膠化溫度明顯影響了竹莢魚魚糜凝膠的白度。對于二段加熱，竹莢魚魚糜在25～60℃下保溫一定時間后，樣品的白度顯著高于對照(90℃直接加熱)。隨著TGase凝膠化溫度的升高，竹莢魚魚糜凝膠的白度逐漸增加，當凝膠化溫度超過50℃后，樣品的白度又呈現(xiàn)出下降的趨勢，但白度仍高于對照。

圖5 TGase凝膠化溫度對竹莢魚魚糜凝膠失水率的影響Fig.5 Effect of reaction temperature on water loss rate of horsemackerel surimi

由圖5可知，TGase凝膠化溫度對莢魚魚糜凝膠的失水率有顯著的影響。對于二段加熱，隨著TGase凝膠化溫度的升高，竹莢魚魚糜凝膠的失水率逐漸降低，當凝膠化溫度超過37.5℃，樣品的失水率又呈現(xiàn)出顯著上升的趨勢。

由圖6可見，TGase凝膠化溫度對竹莢魚魚糜凝膠的微觀結(jié)構(gòu)有顯著的影響。在25℃下凝膠化一定時間得到的魚糜凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)松散，孔洞大且不均勻，表面分布著大小不一的蛋白顆粒(圖6a)。在37.5℃下凝膠化一定時間，形成了高度致密、均勻、有序的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔洞的大小、形狀和分布比較均勻(圖6b)。這是因為在在一定溫度下，TGase有較強的催化能力，并且熱的作用使肌球蛋白的分子鏈伸展，分子運動加劇，分子間接觸、交聯(lián)的機會增大，有利于蛋白質(zhì)之間的相互作用，能夠形成致密、均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[20]，因此，在25～37.5℃的范圍內(nèi)，竹莢魚魚糜凝膠的破斷強度、凹陷度、凝膠強度、白度和持水力均增強。在60℃下凝膠化一定時間，不能形成致密均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，凝膠結(jié)構(gòu)粗糙，孔洞大且分布不均勻(圖6c)。這主要是因為溫度升高，導致TGase活性下降，降低了TGase的催化作用；并且在50～70℃的較高溫度下，魚糜中的組織蛋白酶的活性增強[21]，導致蛋白質(zhì)的解鏈凝膠化，形成排列無序的粗糙的凝膠結(jié)構(gòu)，導致魚糜的凝膠特性降低。因此TGase凝膠化溫度以37.5℃為宜。

2.4 TGase凝膠化時間對竹莢魚魚糜凝膠特性的影響

圖7 TGase凝膠化時間對竹莢魚魚糜凝膠破斷強度(a)、凹陷度(b)和凝膠強度(c)的影響Fig.7 Effect of reaction time on breaking force, deformation and gel strength of horse-mackerel surimi

從圖7可以看出，對于二段加熱法，隨著凝膠化時間的延長，破斷強度、凹陷度和凝膠強度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。凝膠化時間由0h增加到1h，竹莢魚魚糜凝膠的破斷強度、凹陷度和凝膠強度分別增加到對照的2.9倍、1.5倍和4.3倍。竹莢魚魚糜凝膠樣品的破斷強度、凹陷度和凝膠強度分別在凝膠化時間為5、1、5h達到最大值，再繼續(xù)延長凝膠化時間，凝膠特性反而降低。凝膠化時間為9h時，破斷強度、凹陷度和凝膠強度分別降低到最大值的87%、81%和77%。

表3 TGase凝膠化時間對竹莢魚魚糜凝膠白度的影響Table 3 Effect of reaction time on whiteness of horse-mackerel surimi

由表3可見，TGase凝膠化時間對竹莢魚魚糜凝膠的白度影響較小。對于二段加熱，凝膠化時間1～9h的樣品的白度均明顯高于對照(90℃直接加熱)。隨著凝膠化時間的延長，樣品的白度沒有顯著變化。

圖8 TGase凝膠化時間對竹莢魚魚糜凝膠失水率的影響Fig.8 Effect of reaction time on water loss rate of horse-mackerel surimi

由圖8可知，TGase凝膠化時間對樣品失水率的影響與TGase凝膠化時間對樣品的白度的影響相反。對于二段加熱，凝膠化時間1～9h的樣品的失水率均明顯低于對照(90℃直接加熱)。隨著凝膠化時間的延長，樣品的失水率沒有顯著變化。

圖9 TGase凝膠化時間對竹莢魚魚糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.9 Effect of reaction time on microstructure of horse-mackerel surimi

由圖9可以看出，TGase的凝膠化時間對竹莢魚魚糜凝膠的微觀結(jié)構(gòu)有顯著的影響。37.5℃未凝膠化而90℃直接加熱得到的魚糜凝膠，其表面比較粗糙，有凝聚的蛋白顆粒(圖9a)。在37.5℃下凝膠化3h(圖9b)，竹莢魚魚糜形成了高度致密、均一的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這主要是因為延長TGase的凝膠化時間，有利于TGase對蛋白質(zhì)底物的充分作用，使盡可能多的蛋白質(zhì)形成ε-(γ-谷氨酰胺基)賴氨酸交聯(lián)的形成，因而能促進魚糜凝膠的破斷強度、凹陷度、凝膠強度和持水力的提高。隨著凝膠化時間的延長(圖9c)，竹莢魚魚糜形成的凝膠結(jié)構(gòu)又呈現(xiàn)出大小不一的凝膠孔洞，凝膠網(wǎng)絡(luò)的致密性下降。這可能是由于在實驗選擇的溫度(37.5℃)下，由于組織蛋白酶的活性導致部分蛋白質(zhì)被水解，蛋白質(zhì)間的交聯(lián)程度降低[22]，同時形成的凝膠質(zhì)地變脆，導致魚糜凝膠的破斷強度、凹陷度和凝膠強度又會降低。這說明加入TGase后，凝膠化時間也不是越長越好。綜合破斷強度、凹陷度、凝膠強度、白度指標的測定結(jié)果，確定凝膠化時間以5h為宜。

3 結(jié) 論

竹莢魚魚糜凝膠的制備采用二段加熱法為宜，即先在低溫下凝膠化一段時間，然后再在90℃下加熱20min；酶的添加量、凝膠化溫度、凝膠化時間均影響竹莢魚魚糜凝膠的品質(zhì)，當TGase添加量為80U/100g魚糜、凝膠化溫度37.5℃、凝膠化時間為5h時，魚糜的凝膠特性達到最佳。有關(guān)TGase對竹莢魚魚糜凝膠品質(zhì)影響的機理還有待于進一步研究。

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Effect of Transglutaminase on Gel Properties of Horse-mackerel Surimi

CHEN Hai-hua1,2，XUE Chang-hu1
(1. College of Food Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266003, China；2. College of Food Science and Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China)

The effect of transglutaminase (TGase) on gel properties of horse-mackerel surimi was evaluated in this paper. Effects of TGase addition amount, reaction time and reaction temperature on gel properties of horse-mackerel surimi were analyzed through the indicators of texture, whiteness, water-holding capacity and microstructure. Results indicated that the best gel property of horse-mackerel surimi was achieved under the condition of TGase for 80 U/100g surimi, reaction time for 5 h and reaction temperature at 37.5 ℃. A compacted and uniformed net structure was formed at this optimal condition through the examination of scanning electronic microscopy. Moreover, two-step heating strategy for horse-mackerel surimi gel preparation was better than one-step heating at 90 ℃ for 20 min.

transglutaminase；horse-mackerel；surimi；gel；broken strength

TS254.4

A

1002-6630(2010)09-0035-06

2009-09-06

2008年度山東省博士后創(chuàng)新項目專項資金資助項目(200803105)；國家“863”計劃項目(2006AA09Z430；2006AA09Z444)

陳海華(1973—)，女，副教授，博士后，研究方向為食品科學與工程。E-mail：haihchen@yahoo.com.cn