淀粉對磷酸化的蝦蛄肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

王詩萌，張坤生，任云霞（天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300134）

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淀粉對磷酸化的蝦蛄肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

王詩萌，張坤生*，任云霞
（天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300134）

摘 要：將馬鈴薯、木薯和玉米淀粉分別添加到磷酸化的蝦蛄肌原纖維蛋白中，探討在不同淀粉添加量、不同三聚磷酸鈉添加量及不同溫度下對磷酸化蛋白所形成凝膠特性的影響。結(jié)果表明：隨著三聚磷酸鈉添加量的增加，3種淀粉形成的復(fù)合蛋白凝膠強(qiáng)度和保水性均提高；隨著淀粉添加量的增加，馬鈴薯、木薯淀粉對復(fù)合蛋白的凝膠特性有顯著影響（P＜0.05），玉米淀粉對蛋白凝膠特性沒有顯著影響（P＞0.05）；隨著溫度的升高，3 種淀粉均能使蛋白的凝膠強(qiáng)度升高，但保水性下降。本研究結(jié)果為進(jìn)一步研究蝦蛄中肌原纖維蛋白凝膠特性以及淀粉的利用提供了一定的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：肌原纖維蛋白；淀粉；凝膠強(qiáng)度；保水性

引文格式：

王詩萌,張坤生,任云霞.淀粉對磷酸化的蝦蛄肌原纖維蛋白凝膠特性的影響[J].食品科學(xué),2016,37(5):23-27.

WANG Shimeng,ZHANG Kunsheng,REN Yunxia.Effect of starch on gelation properties of phosphorylated myofibrillar protein from squilla[J].Food Science,2016,37(5):23-27.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-201605005.http://www.spkx.net.cn

蝦蛄（Oratosquilla oratoria）是一種營養(yǎng)價值極高的水產(chǎn)品，蛋白質(zhì)及維生素含量較高，但其具有強(qiáng)季節(jié)性及不易保鮮的特點(diǎn)，將其制成肉糜、火腿[1]等產(chǎn)品能較好地利用蝦蛄中的營養(yǎng)成分。蝦蛄中的肌原纖維蛋白（myofibrillar proteins，MP）是一種鹽溶性蛋白，其凝膠特性影響著肉制品的質(zhì)構(gòu)、保水性、彈性、嫩度等感官特性[2-5]。三聚磷酸鈉（sodium tripolyphosphate，STP）是一種常見的食品添加劑，主要是將蛋白進(jìn)行磷酸化處理，可以有效地提高凝膠強(qiáng)度及保水性[6-7]，在對蛋白質(zhì)進(jìn)行改性的同時不會影響食品蛋白的消化率[8]。Eilert等[9]研究表明經(jīng)過磷酸鹽改性的牛肉結(jié)締組織在生產(chǎn)低脂、高持水性的法蘭克福香腸中提高了彈性和保水性等。Robe等[10]研究發(fā)現(xiàn)磷酸鹽能夠提高豬肉蛋白制品的保水性和乳化穩(wěn)定性、降低產(chǎn)品的蒸煮損失。

淀粉是一種常見的肉制品添加劑，其應(yīng)用于火腿腸或鹽水火腿中作為填充劑和賦形劑。許多的報道[11-15]表明，淀粉的添加對蛋白質(zhì)的凝膠強(qiáng)度和保水性有著較為顯著的影響，馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉等均是常見的淀粉，但其淀粉顆粒大小不同：馬鈴薯淀粉（34～38 μm）、木薯淀粉（12～15 μm）、玉米淀粉（13～14 μm），且淀粉的糊化溫度也各不相同，對蛋白凝膠特性的影響也會有所差異。

有許多關(guān)于蛋白磷酸化或淀粉的添加會影響蛋白凝膠性質(zhì)的報道，但關(guān)于淀粉與磷酸化同時對蛋白復(fù)合作用的報道國內(nèi)外還比較少見，因此，本實(shí)驗(yàn)研究了不同條件下，淀粉復(fù)合蛋白的凝膠特性變化趨勢，旨在為蝦蛄制品的進(jìn)一步開發(fā)提供參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

蝦蛄，購自天津市北辰區(qū)老板娘水產(chǎn)城。

乙二胺四乙酸二鈉（ethylene diamine tetraacetic acid disodium salt，EDTA-2Na） 天津市佳興化工玻璃儀器工貿(mào)有限公司；NaH2PO4、Na2HPO4天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；NaCl 天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；三聚磷酸鈉 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；MgCl2天津市天大化工實(shí)驗(yàn)廠；馬鈴薯淀粉 河南萬軒化工產(chǎn)品有限公司；木薯淀粉 青島萬家香食品有限公司；玉米淀粉 威海市同鼎食品有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

STEPHAN UMC5斬拌機(jī) 德國Stephan公司；Avanti J-E高效離心機(jī) 美國Beckman公司；IKA T10高速組織勻漿機(jī) 德國IKA公司；HH-42恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；FA2004A電子天平 上海精天儀器有限公司；SMSTA TA-XT Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro System公司；UV-7504紫外-可見分光光度計 上海欣茂儀器有限公司。

1.3方法

1.3.1肌原纖維蛋白提取

參照Paek等[16]的方法并加以改進(jìn)。蝦蛄去頭、去尾和去殼后，取肉，加入4 倍體積的蛋白提取液（0.1 mol/L NaCl、0.002 mol/L MgCl2、0.001 mol/L EDTA-2Na、0.1 mol/L NaH2PO4/Na2HPO4，pH 7.0），高速勻漿25 s，高速冷凍離心機(jī)離心（5 000 r/min，15 min，4 ℃），棄上清液留沉淀，再加入蛋白提取液重復(fù)上述操作兩次得粗蛋白，將所得粗蛋白與4 倍體積的0.1 mol/L NaCl溶液混合，高速勻漿25 s，冷凍離心（5 000 r/min，15 min，4 ℃），粗蛋白的處理重復(fù)3 次，最后一次處理離心前將混合液的pH值調(diào)至6.25，棄上清，沉淀為蝦蛄中肌原纖維蛋白。

1.3.2蛋白質(zhì)含量的測定

參照才衛(wèi)川等[17]的方法進(jìn)行蛋白質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及蛋白質(zhì)含量的測定，并用牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。

1.3.3不同STP添加量處理

將STP添加到MP中，添加量分別為MP含量的0%、3%、6%、9%、12%，攪拌均勻后在30 ℃水浴中加熱2 h，使其磷酸化，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，然后分別向STP含量不同的蛋白中加入馬鈴薯淀粉，加入量為MP含量的5%，充分?jǐn)嚢柚恋矸鄯稚⒕鶆?，每份?0 mL置于40 mL的小燒杯中，在20 ℃水浴鍋中以1 ℃/min的速率梯度升溫加熱至70 ℃，迅速從水浴鍋中將試樣中取出，快速冷卻至4 ℃并在4 ℃冰箱中存放8～12 h，進(jìn)行蛋白凝膠強(qiáng)度及凝膠保水性指標(biāo)測定。重復(fù)上述操作3 次。

將馬鈴薯淀粉分別換做木薯淀粉、玉米淀粉，重復(fù)上述操作，按同樣方法處理。

1.3.4不同淀粉添加量處理

將STP添加到MP中，添加量為蛋白含量的3%，攪拌均勻后在30 ℃水浴中加熱2 h，冷卻至室溫，分別向磷酸化的蛋白中加入馬鈴薯淀粉，加入量分別為MP含量的0%、5%、10%、15%、20%，充分?jǐn)嚢柚恋矸鄯稚⒕鶆颍糠萑?0 mL置于40 mL的小燒杯中，在20 ℃水浴鍋中以1 ℃/min的速率梯度升溫加熱至70 ℃，迅速從水浴鍋中將試樣中取出，快速冷卻至4 ℃并在4 ℃冰箱中存放8～12 h，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測定，重復(fù)上述操作3 次。

將馬鈴薯淀粉分別換為木薯淀粉、玉米淀粉，重復(fù)上述操作，按同樣方法處理。

1.3.5不同溫度處理

將STP添加到肌原纖維蛋白中，添加量為蛋白含量的3%，攪拌均勻后在30 ℃水浴中加熱2 h，冷卻至室溫，分別向STP含量不同的蛋白中加入馬鈴薯淀粉，加入量分別為MP含量的5%，充分?jǐn)嚢柚恋矸鄯稚⒕鶆颍糠萑?0 mL置于40 mL的小燒杯中，在20 ℃水浴鍋中以1 ℃/min的速率梯度升溫分別至50、60、70、80、90 ℃，迅速從水浴鍋中將試樣中取出，快速冷卻至4 ℃并在4 ℃冰箱中存放8～12 h，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測定，重復(fù)上述操作3 次。

將馬鈴薯淀粉分別換做木薯淀粉、玉米淀粉，重復(fù)上述操作，按照同樣的方法處理。

1.4 檢測方法

1.4.1凝膠強(qiáng)度的測定

將凝膠樣品取出，在室溫下放置20 min，用TA-XT Plus型質(zhì)構(gòu)分析儀測試凝膠的強(qiáng)度。探頭型號：P/0.5；測前速率：1.0 mm/s，測試速率：0.5 mm/s，測后速率：1.0 mm/s；測試距離：7.0 mm；觸發(fā)類型：自動；觸發(fā)力：5.0 g，每個實(shí)驗(yàn)做3 組平行。

1.4.2凝膠保水性測定

根據(jù)Foegeding等[18]的方法，取凝膠在10 000 r/min，4 ℃離心3 min后按下式計算凝膠的保水性，每個樣品做3 組平行。

式中：m為離心管質(zhì)量/g；m1為離心管與離心去掉水后凝膠質(zhì)量和/g；m2為離心前離心管與凝膠質(zhì)量和/g。

1.5數(shù)據(jù)處理方法

采用SPSS 19.0、Excel 2007、Origin Pro 8.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2　結(jié)果與分析

2.1不同STP添加量對蛋白凝膠強(qiáng)度的影響

圖1　STP對復(fù)合蛋白凝膠強(qiáng)度的影響Fig.1 Effect of STP concentration on gel strength of composite protein gels

由圖1可知，這3 種淀粉復(fù)合蛋白的凝膠強(qiáng)度均隨著STP添加量增加有增大的趨勢，且當(dāng)STP添加量大于9%時增幅較大。在STP添加量為0%～6%時，添加木薯淀粉的蛋白凝膠強(qiáng)度在不同STP添加量下差異均顯著（P＜0.05），其余兩個實(shí)驗(yàn)組的蛋白凝膠強(qiáng)度在不同STP添加量下均無顯著性的變化（P＞0.05）。當(dāng)STP添加量大于9%時，木薯淀粉與玉米淀粉對于蛋白凝膠強(qiáng)的影響相似，且當(dāng)STP添加量為9%時，二者的凝膠強(qiáng)度相同為46.18 g，而添加馬鈴薯淀粉的蛋白凝膠強(qiáng)度為17.58 g?？赡苁怯捎陔S著STP添加量的增加，淀粉與磷酸鹽接觸機(jī)會增多，形成淀粉磷酸酯的可能性增加，從而增加了淀粉溶解度、膨潤率等，對復(fù)合蛋白凝膠強(qiáng)度起支撐作用[19]。

2.2不同淀粉添加量對蛋白凝膠強(qiáng)度的影響

圖2　淀粉對復(fù)合蛋白凝膠強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of starch concentration on gel strength of composite protein gels

由圖2可知，隨著淀粉添加量的增加，馬鈴薯淀粉和木薯淀粉均對復(fù)合蛋白的凝膠強(qiáng)度有促進(jìn)作用，而玉米淀粉對復(fù)合蛋白的凝膠強(qiáng)度影響并不明顯。未添加淀粉的蛋白凝膠強(qiáng)度均維持在18～20 g之間，而當(dāng)?shù)矸厶砑恿繛?0%時，馬鈴薯復(fù)合蛋白的凝膠強(qiáng)度達(dá)到47.94 g，木薯淀粉復(fù)合蛋白的凝膠強(qiáng)度為35.36 g，而玉米淀粉復(fù)合蛋白凝膠強(qiáng)度為17.94 g。將淀粉添加量為20%的復(fù)合蛋白與未添加淀粉的實(shí)驗(yàn)組對比可得，3 種淀粉的添加均可增加蛋白凝膠強(qiáng)度，但增加程度有所差異，添加馬鈴薯淀粉的實(shí)驗(yàn)組其蛋白凝膠強(qiáng)度增加了33.38 g，添加木薯淀粉的實(shí)驗(yàn)組其蛋白凝膠強(qiáng)度增加了30.88 g，添加玉米淀粉的實(shí)驗(yàn)組其蛋白凝膠強(qiáng)度增加了1.2 g，可能是由于淀粉添加量升高，糊化溫度會有所降低，而制備凝膠的溫度高于淀粉糊化溫度，因此，淀粉的添加對復(fù)合蛋白的凝膠強(qiáng)度有促進(jìn)作用[20-21]。根據(jù)吳滿剛等[22]報道不同淀粉對淀粉復(fù)合蛋白凝膠強(qiáng)度的影響不同，可能與淀粉顆粒大小和糊化溫度有關(guān)，偏大的淀粉顆粒與較低的糊化溫度對混合凝膠的支撐作用均較良好。

2.3不同溫度對復(fù)合蛋白凝膠強(qiáng)度的影響

圖3　溫度對復(fù)合蛋白凝膠強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of temperature on gel strength of composite protein gels

由圖3可知，隨著溫度的升高，添加這3 種淀粉的復(fù)合蛋白凝膠強(qiáng)度均呈上升趨勢，且上升趨勢明顯（P＜0.05），凝膠溫度由50 ℃升高至70 ℃，添加馬鈴薯淀粉的實(shí)驗(yàn)組其蛋白凝膠強(qiáng)度由14.09 g升至17.61 g，增加了3.53 g，添加木薯淀粉的實(shí)驗(yàn)組其蛋白凝膠強(qiáng)度由11.05 g升至23.07 g，增加了12.02 g，添加玉米淀粉的實(shí)驗(yàn)組其蛋白凝膠強(qiáng)度由10.98 g升至20.22 g，增加了9.24 g。凝膠溫度由70 ℃升高至90 ℃，添加馬鈴薯淀粉的實(shí)驗(yàn)組其蛋白凝膠強(qiáng)度增加了13.49 g，添加木薯淀粉的實(shí)驗(yàn)組其蛋白凝膠強(qiáng)度增加了36.99 g，添加玉米淀粉的實(shí)驗(yàn)組其蛋白凝膠強(qiáng)度增加了50.21 g。在凝膠溫度低于70 ℃時，添加3 種淀粉對凝膠強(qiáng)度的影響均不是很明顯，而當(dāng)溫度高于70 ℃時，復(fù)合蛋白凝膠強(qiáng)度增幅較大，且增幅大小順序?yàn)椋河衩椎矸蹚?fù)合蛋白＞木薯淀粉復(fù)合蛋白＞馬鈴薯淀粉復(fù)合蛋白?？赡苁怯捎谟衩椎矸邸⒛臼淼矸?、馬鈴薯淀粉的平均糊化溫度分別為64、59、56 ℃[22]，而當(dāng)凝膠溫度接近或者高于淀粉糊化溫度時，淀粉才能對凝膠體系起支撐作用，否則將不起作用甚至是反作用，即Kong等[23]提出的“填充效應(yīng)”。

2.4不同STP添加量對蛋白凝膠保水性的影響

圖4　STP添加量對復(fù)合蛋白凝膠保水性的影響Fig.4 Effect of STP concentration on water-holding capacity of composite protein gels

由圖4可知，隨著STP添加量的增加，3 種淀粉添加均會使復(fù)合蛋白凝膠的保水性升高，其中，添加玉米淀粉和木薯淀粉的實(shí)驗(yàn)組保水性變化趨勢基本一致，無顯著性差異（P＞0.05）。當(dāng)STP添加量大于3%時，馬鈴薯淀粉實(shí)驗(yàn)組的保水性與其他兩組有顯著性差異（P＜0.05）?？赡苁怯捎赟TP的加入使得淀粉和蛋白均變性，結(jié)合磷酸根離子以后更容易形成致密的網(wǎng)絡(luò)，有效地保留水分，提高保水性。

2.5不同淀粉添加量對蛋白凝膠保水性的影響

圖5　淀粉對復(fù)合蛋白凝膠保水性的影響Fig.5 Effect of starch concentration on water-holding capacity of composite protein gels

由圖5可知，向經(jīng)磷酸鹽處理的蛋白中添加玉米淀粉幾乎不影響復(fù)合蛋白凝膠的保水性。而添加木薯淀粉對復(fù)合蛋白凝膠保水性的影響是先增加，再減弱，最后又升高，且影響顯著（P＜0.05），當(dāng)不添加木薯淀粉時復(fù)合蛋白凝膠保水性為51.8%，當(dāng)?shù)矸厶砑恿繛?0%時，凝膠保水性為57.08%，當(dāng)?shù)矸厶砑恿繛?5%時，凝膠保水性降為55.8%，而當(dāng)?shù)矸厶砑恿繛?0%時，凝膠保水性又升為61.38%。添加馬鈴薯淀粉對復(fù)合蛋白凝膠保水性的影響是先降低，后升高，最后又降低，且淀粉添加量對復(fù)合蛋白保水性影響顯著（P＜0.05），當(dāng)不添加馬鈴薯淀粉時復(fù)合蛋白凝膠保水性為50.84%，當(dāng)馬鈴薯淀粉添加量為5%時，凝膠保水性為48.81%，當(dāng)?shù)矸厶砑恿繛?5%時，凝膠保水性升為52.45%，而當(dāng)?shù)矸厶砑恿繛?0%時，凝膠保水性降為45.53%。

2.6不同溫度對蛋白凝膠保水性的影響

圖6　溫度對復(fù)合蛋白凝膠保水性的影響Fig.6 Effect of temperature on water-holding capacity of composite protein gels

由圖6可知，添加這3 種淀粉的實(shí)驗(yàn)組凝膠保水性均在凝膠溫度為50 ℃時最高，當(dāng)溫度升至60 ℃時，3 種蛋白的凝膠保水性均急劇下降。當(dāng)溫度高于60 ℃時，添加玉米淀粉實(shí)驗(yàn)組凝膠保水性緩慢上升，但升幅并不明顯；添加馬鈴薯淀粉實(shí)驗(yàn)組凝膠保水性先升高，在70 ℃時有一個峰值為50.65%，之后凝膠保水性回落；添加木薯淀粉實(shí)驗(yàn)組凝膠保水性先緩慢下降，在80 ℃時有一個最小值為40.37%，隨后又有略微升高。3 種淀粉在不同溫度下對蛋白凝膠保水性影響差異可能是不同種淀粉之間糊化溫度不同導(dǎo)致的，且淀粉結(jié)構(gòu)不同，形成復(fù)合蛋白的結(jié)構(gòu)也就不同，在不同溫度條件下，水分子進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部的難易程度不同。

3　結(jié) 論

三聚磷酸鈉添加量的增加對于3 種不同的淀粉復(fù)合蛋白的凝膠強(qiáng)度和保水性都有促進(jìn)作用，其中，在不同STP添加條件下，木薯淀粉和玉米淀粉的添加更能有效地提高復(fù)合蛋白的凝膠特性。隨著淀粉添加量的增多，添加馬鈴薯淀粉可有效地提高復(fù)合蛋白的凝膠強(qiáng)度，但凝膠保水性有略微地下降；添加木薯淀粉既能較好地提高復(fù)合蛋白凝膠強(qiáng)度，并且還能夠提高凝膠保水性；而隨著玉米淀粉添加量的增加，復(fù)合蛋白凝膠特性均沒有顯著性的變化。隨溫度的升高，添加玉米淀粉能有效提高復(fù)合蛋白凝膠的強(qiáng)度及保水性，在較高溫度條件下，木薯淀粉的添加比馬鈴薯淀粉更能提高凝膠的強(qiáng)度，但對于保水性來說馬鈴薯的添加作用比木薯淀粉更明顯。

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Effect of Starch on Gelation Properties of Phosphorylated Myofibrillar Protein from Squilla

WANG Shimeng,ZHANG Kunsheng*,REN Yunxia
(Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology,College of Biotechnology and Food Science,Tianjin University of Commerce,Tianjin 300134,China)

Abstract:Potato,tapioca and corn starches were individually added to phosphorylated myofibrillar protein from squilla to explore the effect of starch concentration,sodium tripolyphosphate(STP)concentration and temperature on protein gelation properties.Results showed that the gel strength and water-holding capacity of composite protein gels with each of these starches added increased with increasing concentration of STP.Increasing concentration of potato and tapioca starches had a significant effect on gel strength and water-holding capacity of the composite protein gel(P < 0.05),whereas the effect of com starch was not insignificant(P > 0.05).The gel strength of composite protein gels with added starch increased with rising temperature,while water-holding capacity declined.The results of this investigation provide an insight into the use of starch to improve gelation properties of myofibrillar protein from squilla.

Key words:myofibrillar protein; starch; gel strength; water-holding capacity

中圖分類號：TS251.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-6630（2016）05-0023-05

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201605005 10.7506/spkx1002-6630-201605005.http://www.spkx.net.cn

*通信作者：張坤生（1957—），男，教授，博士，研究方向?yàn)槭称芳庸づc貯藏。E-mail：zhksheng@tjcu.edu.cn

作者簡介：王詩萌（1991—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称芳庸づc貯藏。E-mail：wsm6523@163.com

基金項(xiàng)目：“十二五”國家科技支撐計劃項(xiàng)目（2012BAD37B06-07）

收稿日期：2015-04-17