不同蛋白粉對南極磷蝦混合蝦糜凝膠特性的影響

劉 瑩，姜鵬飛，傅寶尚，王月月，于 波，董秀萍，祁立波，尚 珊,

（1.大連工業(yè)大學食品學院國家海洋食品工程技術(shù)研究中心，遼寧大連 116034；2.遼漁集團有限責任公司，遼寧大連 116000）

南極磷蝦（Antarctic krill，AK）是一種形似蝦的海洋甲殼類動物，屬于磷蝦科（Euphhausiidae），是南極海洋的重要物種[1]。南極磷蝦含有豐富的必需氨基酸、不飽和脂肪酸、甲殼素和蝦青素等生物活性成分[2]。目前，關(guān)于南極磷蝦的研究主要集中在蝦油和蛋白質(zhì)的提取方面，但關(guān)于南極磷蝦蝦肉的加工特性和產(chǎn)品開發(fā)的研究較少[3]。由于南極磷蝦內(nèi)源性蛋白酶活性較高，蛋白質(zhì)極易發(fā)生自溶，導致凝膠效果差、質(zhì)地粗糙以及持水能力低等現(xiàn)象[2]。南極磷蝦蛋白較差的凝膠特性限制了其糜類制品的研究和應用。因此，在保持南極磷蝦肌肉食用價值的同時提高其加工特性是一個亟需解決的問題。南美白對蝦（Litopenaeus vannamei，LV）是西半球的主要蝦種[4]。易靚等[5]研究發(fā)現(xiàn)與其他蝦相比，南美白對蝦其鹽溶性蛋白含量高，凝膠強度高，蝦糜凝膠口感好，微觀結(jié)構(gòu)更致密穩(wěn)定，適合制備蝦糜制品。糜類制品的品質(zhì)與其凝膠特性顯著相關(guān)，通常糜類制品的凝膠特性越高，產(chǎn)品品質(zhì)越好。

糜類制品中的常用的外源添加物包括蛋白質(zhì)類、淀粉類、親水膠體、明膠、TG酶和復合磷酸鹽等[6-7]。在蝦糜中添加蛋白粉可以改善蝦糜制品品質(zhì)，增強口感和凝膠強度，減少凝膠劣化現(xiàn)象[8]。目前常見的蛋白質(zhì)類添加物主要包括大豆分離蛋白粉、乳清蛋白粉和蛋清粉等非肌蛋白[9]。大量研究表明[10-14]添加大豆分離蛋白和蛋清粉能夠提高魚糜產(chǎn)品的凝膠強度，增強保水性；添加乳清蛋白粉可以增強魚糜的彈性，改善魚糜制品的質(zhì)構(gòu)特性。蛋白粉對糜類制品的提高主要是因為非肌蛋白含有親水基團，在糜類制品擂潰過程中會吸水溶脹進而提高凝膠強度；非肌蛋白可以直接與肌原纖維蛋白作用，填充在凝膠網(wǎng)絡中增強魚糜質(zhì)地[8]。此外，大豆分離蛋白、蛋清蛋白和乳清蛋白還可以作為酶抑制劑，抑制凝膠劣化，提高凝膠品質(zhì)[11,15]。以魚類為原料生產(chǎn)的魚糜制品早已成功商業(yè)化，目前關(guān)于蛋白粉的應用主要集中在提高魚糜制品的凝膠特性方面，而蛋白粉在蝦糜制品中的研究卻非常有限。

因此，本研究探討添加大豆分離蛋白粉、分離乳清蛋白粉和蛋清粉對未漂洗南極磷蝦混合蝦糜凝膠的3D打印特性、凝膠強度、全質(zhì)構(gòu)特性、持水力、流變學性質(zhì)、DSC、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)及微觀組織結(jié)構(gòu)的影響，從而為提高南極磷蝦混合蝦糜凝膠特性和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

南極磷蝦、南美白對蝦 遼漁集團提供，冷凍的南極磷蝦和南美白對蝦由工廠直接運往實驗室（路程小于1 h），在-18 ℃條件下儲存?zhèn)溆?；食鹽 大連市山姆會員店；大豆分離蛋白粉、蛋清粉 江蘇鑫瑞生物科技有限公司；分離乳清蛋白粉 天津銀河偉業(yè)進出口有限公司；溴化鉀 國藥集團；戊二醛固定液（2.5%）雷根生物；無水乙醇 天津科密歐試劑有限公司。

SD-JR53絞肉器 佛山市三的電器制造有限公司；FPE-2 3D打印機 上海富奇凡科技有限公司；DHS-20A快速水分測定儀 上海舍巖儀器有限公司；TA.XT.plus質(zhì)構(gòu)儀 英國SMS公司；CP100NX高速冷凍離心機 株式會社日立制作所；TA-DSC250差示掃描量熱儀、DHR-2流變儀 上海TA儀器有限責任公司；Frontier傅里葉變換紅外光譜儀 日本鉑金埃爾默儀器有限公司；JSM-7800F熱場發(fā)射掃描電鏡 日本電子株式會社；LC-1.0冷凍干燥機沈陽航空信陽速凍廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 混合蝦糜及凝膠制備

1.2.1.1 混合蝦糜制備 冷凍的南美白對蝦、南極磷蝦于4 ℃條件下解凍。按照南極磷蝦：南美白對蝦=1:1的比例稱重，添加食鹽（質(zhì)量分數(shù)1.5%），用絞肉機斬拌10 min，分別加入2%（以蝦糜總重計）的大豆分離蛋白粉、分離乳清蛋白粉和蛋清粉，繼續(xù)斬拌3 min，通過水分測定儀測定蝦糜最終水分含量至80%，以不添加蛋白粉的蝦糜樣品作為對照。控制整個流程溫度低于4 ℃。混合蝦糜過40目篩，立即用于3D打印。

1.2.1.2 混合蝦糜凝膠制備 取1.2.1.1制備好的混合蝦糜灌入柱狀PC管（長×寬×高=25 mm×25 mm×30 mm），保鮮膜包裹，參考楊姣等[16]的方法采用二段式加熱的方法，于水浴鍋中加熱（40 ℃加熱60 min；90 ℃加熱30 min），加熱完成后置于冰水冷卻20 min，擦干表面水分，4 ℃冰箱過夜儲藏。

1.2.2 3D打印及性能評價 參考Pan等[17]的方法并加以改進，將添加不同蛋白粉的混合蝦糜導入到3D打印機的進料筒中，選擇打印圖形（圓柱，直徑25 mm，高20 mm），設置噴嘴直徑為1 mm，打印速度為15 mm/s，平臺移動速度為20 mm/s，打印溫度為25 ℃。打印完成后立刻在拍照箱中拍照，打印成品于水浴鍋（40 ℃加熱60 min；90 ℃加熱30 min）熟化。通過打印外觀和成型效果評價蝦糜的3D打印性能。

1.2.3 凝膠強度測定 參考Mi[11]的方法并加以改進，將室溫（25 ℃）平衡30 min后的蝦糜凝膠切成圓柱體（直徑25 mm，高30 mm），用TA.XT.plus質(zhì)構(gòu)儀的P/5S球形金屬探頭測定其凝膠強度。測試前后速度1 mm/s，測試速度1 mm/s，時間30 s，穿刺比50%，觸發(fā)力5 g，記錄破裂力（g）和破裂距離（mm）。

1.2.4 全質(zhì)構(gòu)測定 參考潘禹希等[18]的方法，樣品前處理同1.2.3。用TA.XT.plus質(zhì)構(gòu)儀的P50探頭測定其質(zhì)構(gòu)特性。測試前后速度2 mm/s，測試速度1 mm/s，連續(xù)兩次下壓，形變量50%，觸發(fā)力5 g。

1.2.5 持水力測定 參考Ding等[19]的方法并加以改進，將蝦糜凝膠切成重2 g左右的段，每段精確稱重w0（g），用3層濾紙包裹放入50 mL離心管中，4 ℃條件下，4000 r/min離心20 min。離心后迅速取出樣品，用濾紙吸干表面水分，立刻稱重w1（g）。樣品的持水力按下式計算。

1.2.6 感官評價 取1.2.1.1制備好的混合蝦糜，手工制成直徑約3 cm的球狀蝦丸于沸水浴中煮制3 min，將成型后的蝦丸冷卻至室溫。請接受過感官檢驗訓練的10位評價員組成評價小組，根據(jù)蝦丸特點，從彈性、口感、風味、色澤、可接受度五個方面進行感官評價。感官評價表見表1，取10人評分的平均值為最終評價結(jié)果[20]。

1.2.7 流變學分析 采用DHR-2流變儀測定蝦糜及凝膠的靜態(tài)流變學性質(zhì)。測試參數(shù)：直徑40 mm及20 mm平行板，測試溫度為25 ℃，應變?yōu)?.5%，兩板間隙1 mm。在0.1～70 Hz的頻率范圍內(nèi)進行振蕩掃描。測定頻率掃描與樣品彈性模量（G’）和黏性模量（G”）之間的關(guān)系[17]。

1.2.8 差示掃描量熱分析 參考Thorarinsdottir等[21]的方法，采用差示掃描量熱儀（DSC250）對不同蛋白粉的熱力學參數(shù)進行測量。取10 mg左右樣品立刻密封在鋁坩堝中，放入樣品池，以空樣品盒為對照，在20～100 ℃范圍內(nèi)以每分鐘5 ℃/min的升溫速率進行掃描，記錄該升溫范圍內(nèi)的吸熱變性曲線。通過峰值點溫度為變性溫度Tm（℃），曲線與基線間的面積來確定總焓值ΔH（J/g）。

1.2.9 傅里葉變換紅外光譜分析 參考Yang等[4]的方法，將蝦糜和熱誘導凝膠在冷凍干燥機中凍干72 h。將所得凍干粉與溴化鉀按1:100的質(zhì)量比混合，用研缽研磨均勻。壓片后，利用傅里葉變換紅外光譜儀在4000～400 cm-1范圍內(nèi)掃描其波數(shù)吸收光譜，得到光譜。利用OMNIC軟件分析該蛋白的光譜和二級結(jié)構(gòu)變化。

1.2.10 微觀結(jié)構(gòu)分析 采用熱場發(fā)射掃描電鏡觀察添加不同蛋白粉蝦糜凝膠的微觀結(jié)構(gòu)。樣品切成3 mm厚，密封在玻璃瓶子后加入2.5%的戊二醛溶液，置于4 ℃冰箱浸泡48 h，用去離子水清洗后用梯度濃度的乙醇脫水,每次15 min，并浸泡在無水乙醇中。用冷凍干燥機凍干樣品，最后使用掃描電子顯微鏡分別放大10000×和1000×掃描微觀結(jié)構(gòu)[22]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗平行測定三次，結(jié)果為均值±標準差。實驗數(shù)據(jù)采用IBM SPSS統(tǒng)計軟件進行方差和顯著性分析，顯著性水平P＜0.05，使用Origin 2021軟件進行圖表繪制。

表 1 混合蝦糜凝膠感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria of mixed shrimp mince gel

2 結(jié)果與分析

2.1 混合蝦糜3D打印特性分析

3D打印的精度和穩(wěn)定性是評估3D打印產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標。用于3D打印的原料應均勻且具有適當?shù)牧鲃有阅埽菀讛D出并可以在打印后支持其自身結(jié)構(gòu)，保持穩(wěn)定性，蝦糜是一種粘稠的食品凝膠體系，可作為開發(fā)各種3D打印食品的理想材料，3D打印能力與其糜類制品凝膠性能密切相關(guān)，糜類制品的流動性、彈性模量和黏性模量對擠出型3D打印具有顯著影響[23]。不同蛋白粉對混合蝦糜3D打印特性的影響如圖1所示。對照組樣品（未添加蛋白粉）打印后，層與層之間空隙較大，俯視面凹凸不平且呈現(xiàn)塌陷現(xiàn)象；而添加三種蛋白粉的蝦糜打印后，柱體支撐性增強，表面變得光滑平整，斷裂減少，與設計的柱體形狀基本一致，但添加三種蛋白粉蝦糜凝膠之間的打印性狀無明顯差異，在打印后均具有較強的穩(wěn)定性。

圖 1 不同蛋白粉對混合蝦糜3D打印特性的影響Fig.1 Effects of different protein powders on the 3D printing properties of mixed shrimp mince gel

對照組較差的打印特性可能是由于南極磷蝦中含有大量肌漿蛋白，肌漿蛋白可能與肌動球蛋白結(jié)合形成沉淀，阻礙蝦糜凝膠的形成，此外南極磷蝦含有高度活化的酶系統(tǒng)（羧肽酶A、羧肽酶B及類胰蛋白酶等），在打印過程中隨著溫度的升高，內(nèi)源性蛋白酶活力增強，導致混合蝦糜中的蛋白質(zhì)被降解[24-27]，進而導致蝦糜在3D打印過程中出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象。Pan等[17]發(fā)現(xiàn)用純蝦糜進行3D打印時，打印出來的產(chǎn)品容易坍塌，這可能是由于蝦肉的水分含量較高，導致粘彈性和支撐性較差。三種蛋白粉均具有親水性且具有自身凝膠能力，在擂潰過程中會吸水溶脹填充在蝦糜凝膠網(wǎng)絡中，增強混合蝦糜的粘彈性，改善混合蝦糜打印過程的支撐性和穩(wěn)定性[9]。此外大豆分離蛋白粉含有胰蛋白酶抑制劑，可能會降低南極磷蝦的胰蛋白酶活性，維持凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)[15,28]，蛋清粉含有卵蛋白酶抑制劑，可以延緩凝膠劣化，提高凝膠特性。綜上，三種蛋白粉的添加均能有效改善蝦糜的3D打印特性。

2.2 混合蝦糜凝膠強度分析

凝膠強度是反映糜類產(chǎn)品凝膠效果的重要指標，通常凝膠強度越高，糜類制品的品質(zhì)越好[29]。不同蛋白粉對混合蝦糜凝膠強度的影響，如圖2所示。與對照組（1274.49±102.50 g·mm）相比，添加蛋白粉均能顯著提高混合蝦糜的凝膠強度（P＜0.05），其中分離乳清蛋白粉優(yōu)于蛋清粉和大豆分離蛋白粉，添加分離乳清蛋白粉的蝦糜凝膠強度最高（2550.00±144.50 g·mm），顯著提高了100.15%（P＜0.05），添加蛋清粉和大豆分離蛋白粉的蝦糜凝膠之間無顯著性差異（P＞0.05）但均高于對照組，分別為1905.60±44.74和1826.51±8.56 g·mm。三種蛋白粉均能與肌原纖維蛋白在熱誘導中相互作用填充在凝膠基質(zhì)網(wǎng)絡中，進而增強混合蝦糜的凝膠強度[30-31]。有研究指出分離乳清蛋白具有良好的凝膠性，加熱變性聚集后形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，使得凝膠強度增強[12]。田利利等[32]研究發(fā)現(xiàn)添加大豆分離蛋白粉和蛋清粉能顯著增強南極磷蝦-鱈魚復合蝦糜凝膠的凝膠強度，但兩種蛋白粉之間無顯著差異，這與本文的研究結(jié)果一致。

圖 2 不同蛋白粉對混合蝦糜凝膠強度的影響Fig.2 Effects of different protein powder on gel strength of mixed shrimp mince gel

2.3 混合蝦糜凝膠全質(zhì)構(gòu)特性分析

質(zhì)構(gòu)特性被認為是檢驗糜類制品的重要指標[5]。表2顯示了不同蛋白粉對蝦糜凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響。與對照組相比，添加蛋白粉后能顯著提高蝦糜的硬度和咀嚼度（P＜0.05），其中大豆分離蛋白粉＞分離乳清蛋白粉＞蛋清粉，硬度分別提高了45%、38%、17%，咀嚼度分別提高了68%、60%、18%，這可能與氫鍵在凝膠冷卻后又重新形成且大豆分離蛋白粉吸水性較強，在熱誘導過程中吸收水分，填充在肌肉蛋白質(zhì)的空隙，導致蛋白質(zhì)基質(zhì)密度增加有關(guān)[11]，進而增大凝膠的硬度和咀嚼度。在彈性方面均能提高混合蝦糜凝膠的彈性，其中添加分離乳清蛋白粉的蝦糜凝膠與對照組具有顯著差異性（P＜0.05），這與凝膠強度結(jié)果一致；添加蛋清粉和大豆分離蛋白粉的蝦糜凝膠彈性差異不顯著（P＞0.05），指出分離乳清蛋白粉依靠自身凝膠性，在熱誘導與肌原纖維蛋白相互作用形成復合凝膠體促使樣品彈性增加[12]。蛋清粉與大豆分離蛋白粉的回復性均高于分離乳清蛋白粉；三個處理組粘聚性均無顯著差異（P＞0.05），這可能與蛋白粉本身具有良好的粘彈性有關(guān)[33]。因此，在混合蝦糜中添加蛋白粉能改善熱誘導凝膠的質(zhì)構(gòu)特性，提高制品的硬度、彈性和咀嚼度。

表 2 不同蛋白粉對混合蝦糜凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 2 Effects of different protein powder on texture properties of mixed shrimp mince gel

2.4 混合蝦糜凝膠持水力分析

持水力是反映糜類制品多汁性和口感的重要指標，凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)越緊密，持水力越高，糜類制品口感越好[32]。對照組混合蝦糜持水力較差（50.53%±0.57%），這可能與混合蝦糜凝膠強度較差（圖2），水分不能很好地保持在凝膠網(wǎng)絡中有關(guān)[11]。由圖3可知，與對照組相比，三種蛋白粉均能顯著提高混合蝦糜凝膠持水力（P＜0.05），分別提高了20%、16%、10%，其中，大豆分離蛋白粉和分離乳清蛋白粉之間無顯著差異（P＞0.05），但優(yōu)于蛋清粉，三種蛋白粉與蝦糜蛋白相互作用形成共價鍵，從而導致持水力增加，且蛋白粉在熟化過程中受熱變性，分子間發(fā)生聚集，形成緊密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而將水分包裹起來，提高樣品持水力[12]。這與王冬妮等[14]的研究結(jié)果相似，其發(fā)現(xiàn)添加大豆分離蛋白粉能提高魷魚魚糜持水能力。研究表明大豆分離蛋白中含有親水基團，在加熱過程中大豆分離蛋白與肌原纖維蛋白相互作用結(jié)合形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)并鎖住水分，從而提高蝦糜凝膠的持水力[10]。綜上，三種蛋白粉均能提高混合蝦糜凝膠的持水力，出現(xiàn)持水力的差異可能是由于蛋白粉結(jié)構(gòu)的不同和自身吸水能力的不同所致，使其在與混合蝦糜熱誘導過程中熱變性程度不同，從而導致內(nèi)部形成的網(wǎng)絡空間結(jié)構(gòu)也不同[34]，與質(zhì)構(gòu)特性中硬度的變化（表2）一致。

圖 3 不同蛋白粉對混合蝦糜凝膠持水力的影響Fig.3 Effects of different protein powder on water holding capacity of mixed shrimp mince gel

2.5 混合蝦糜凝膠感官評價

不同蛋白粉對煮制后的混合蝦糜感官評價的影響如圖4所示。相比未添加蛋白粉的對照組，添加蛋白粉對蝦糜制品的彈性、口感、風味和整體接受度均存在顯著性差異（P＜0.05），但對蝦糜制品色澤的影響無顯著性差異（P＞0.05）。彈性是評價糜類制品的重要指標，由圖可知三種蛋白粉均能提高混合蝦糜制品的彈性，這是因為三種蛋白粉均可填充在蝦糜凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中從而提高蝦糜的凝膠特性，其中蛋清粉＞大豆分離蛋白粉＞分離乳清蛋白粉。蛋白粉對蝦糜制品彈性的影響與對蝦糜制品口感的影響一致；相比對照組，添加蛋白粉的蝦糜制品在口感上軟硬適中，有嚼勁。三種蛋白粉對蝦糜制品風味的影響也存在差異，添加大豆分離蛋白粉和蛋清粉的蝦糜中磷蝦風味濃郁，無蛋白粉腥味，整體風味較柔和，其中大豆分離蛋白粉＞蛋清粉；而添加分離乳清蛋白粉的蝦糜中存在明顯的腥味，不利于蝦糜制品的整體風味。在整體接受度方面，添加蛋清粉的蝦糜制品的感官評分最高，其次為大豆分離蛋白粉和分離乳清蛋白粉（P＜0.05）；綜合考慮，添加蛋清粉可以有效改善混合蝦糜制品的彈性、口感和風味，提高產(chǎn)品的整體接受程度。

圖 4 蛋白粉對混合蝦糜凝膠感官評價的影響Fig.4 Effects of protein powder on sensory evaluation of mixed shrimp mince gel

2.6 混合蝦糜和熱誘導凝膠流變學分析

圖5顯示了混合蝦糜和熱誘導蝦糜凝膠的彈性模量和黏性模量在添加不同蛋白粉后隨頻率變化的關(guān)系，由圖可知，添加蛋白粉后蝦糜的彈性模量和黏性模量有所增高，同時隨頻率的增大而增大；在線性范圍內(nèi)，蝦糜和熱誘導凝膠的彈性模量明顯大于黏性模量，樣品表現(xiàn)為良好的彈性。添加分離乳清蛋白粉的混合蝦糜彈性和黏性模量最高，其次為添加大豆分離蛋白粉和蛋清粉的混合蝦糜，這可能是因為蛋白粉結(jié)構(gòu)和性質(zhì)間的差異導致與蝦糜凝膠網(wǎng)絡結(jié)合緊密程度不同[33]?；旌衔r糜經(jīng)熱誘導后，彈性模量和黏性模量均明顯大于熟化前，這是因為肌原纖維蛋白具有高度活性的反應表面，蝦糜在加熱過程中，蛋白質(zhì)分子展開暴露反應表面后，疏水相互作用、氫鍵及二硫鍵等作用使蛋白質(zhì)之間聚集，進而形成有序的凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)[8]。三種蛋白粉對混合蝦糜熱誘導凝膠彈性模量和黏性模量影響不同，其中分離乳清蛋白粉＞蛋清粉＞大豆分離蛋白粉，這與凝膠強度結(jié)果一致，這可能是因為蛋清粉作為酶抑制劑，可有效抑制凝膠過程中的凝膠劣化現(xiàn)象，從而使樣品更具有彈性[15]。

2.7 差示掃描量熱分析

圖6及表3顯示了不同蛋白粉對混合蝦糜熱變性溫度的影響，對照組及添加蛋白粉的混合蝦糜均出現(xiàn)三個蛋白質(zhì)變性峰，其中峰1（TPeak：42～47 ℃），峰2（TPeak：62～65 ℃），峰3（TPeak：81～84 ℃）分別對應了肌球蛋白、肌漿蛋白和肌動蛋白的變性交聯(lián)，肌球蛋白和肌動蛋白屬于肌原纖維蛋白的主要成分，通常具有良好的凝膠特性[21]。與對照相比，三種蛋白粉均能延緩混合蝦糜的三種蛋白的變性峰值溫度，并提高蛋白變性焓值，這表明蝦糜凝膠的交聯(lián)度增大[35]。糜類制品的凝膠強度主要與肌球蛋白的變性溫度相關(guān)，且焓值的增加表明變性蛋白質(zhì)所需的熱量就越高，其穩(wěn)定性提高[36]。添加蛋白粉后混合蝦糜中峰1的峰值溫度及焓值明顯提高，其中添加分離乳清蛋白的最高，這可能與分離乳清蛋白熱誘導變性溫度高且接近等電點易于聚集有關(guān)[12]，與凝膠強度結(jié)果一致（圖2）。綜上，添加蛋白粉能夠延緩混合蝦糜蛋白變性溫度并提高混合蝦糜的蛋白穩(wěn)定性。

圖 5 蛋白粉對混合蝦糜（A）和熱誘導凝膠（B）流變學性質(zhì)的影響Fig.5 Effects of protein powder on rheological properties of mixed shrimp mince (A) and heat-induced gel (B)

圖 6 添加不同蛋白粉的混合蝦糜熱相變溫度曲線Fig.6 Thermal phase transition temperature curve of mixed shrimp minced with different protein powders

2.8 混合蝦糜和熱誘導凝膠蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)分析

添加蛋白粉后混合蝦糜和熱誘導凝膠蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的變化如圖7所示。研究表明，1700～1600 cm-1區(qū)域廣泛應用于蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的變化，包括β-折疊（1613～1637 cm-1；1682～1696 cm-1）、α-螺旋（1645～1662 cm-1）、β-轉(zhuǎn)角（1662～1682 cm-1）和無規(guī)則卷曲（1637～1645 cm-1）[37]?；旌衔r糜（圖7A）和蝦糜凝膠（圖7B）的主要結(jié)構(gòu)為β-折疊和β-轉(zhuǎn)角，所有混合蝦糜中的無規(guī)則卷曲、α-螺旋和β-折疊相對含量無明顯變化，但蝦糜在熱誘導后，其β-折疊相對含量相比生糜呈明顯增加趨勢，α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角相對含量降低，但熱誘導蝦糜凝膠組間的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)無明顯差異。研究發(fā)現(xiàn)，熱誘導促進了混合蝦糜中蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)相對含量的變化，α-螺旋結(jié)構(gòu)展開促進分子間的交聯(lián)和聚集，在凝膠網(wǎng)絡的形成中向更穩(wěn)定的β-折疊轉(zhuǎn)化[4]。結(jié)果表明，蛋白粉的加入對蝦糜的二級結(jié)構(gòu)的變化無明顯影響，β-折疊在蝦糜凝膠網(wǎng)絡形成過程中起重要作用且熱誘導凝膠中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)比生蝦糜中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。

表 3 不同蛋白粉對混合蝦糜熱相變溫度的影響Table 3 Effects of different protein powders on thermal phase transition temperature of mixed shrimp mince

2.9 混合蝦糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)分析

不同蛋白粉對混合蝦糜凝膠微觀組織結(jié)構(gòu)的影響如圖8所示。由圖可知，添加蛋白粉對混合蝦糜凝膠的微觀結(jié)構(gòu)有顯著影響，對照組蝦糜的熱誘導凝膠顯示出多孔的微觀組織結(jié)構(gòu)和基質(zhì)斷裂現(xiàn)象，這是因為在混合蝦糜中，南極磷蝦糜的水溶性肌漿蛋白比例高，而肌漿蛋白會影響肌球蛋白的聚集程度進而降低肌原纖維蛋白凝膠形成能力[38]。與對照組相比，三種蛋白粉均能使混合蝦糜凝膠網(wǎng)絡更加致密，這可能是因為蛋白粉都含有蛋白酶抑制劑，在一定程度上降低混合蝦糜的酶活性，致使凝膠孔隙更加致密，此外三種蛋白粉均具有凝膠性，促進蝦糜凝膠形成更加穩(wěn)定的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)[28]。其中添加分離乳清蛋白粉的蝦糜凝膠微觀組織結(jié)構(gòu)最為致密，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中空隙分布均勻平整；優(yōu)于添加蛋清粉和大豆分離蛋白粉的蝦糜凝膠網(wǎng)絡，這與凝膠強度結(jié)果一致。

圖 7 不同蛋白粉對混合蝦糜（A）和熱誘導凝膠（B）中蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)相對含量的影響Fig.7 Effects of protein powder on relative content of protein secondary structure of mixed shrimp mince (A) and heat-induced gel (B)

圖 8 不同蛋白粉對混合蝦糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)影響Fig.8 Effect of different protein powder on the microstructure of mixed shrimp mince gel

3 結(jié)論

本研究表明，添加大豆分離蛋白粉、分離乳清蛋白粉和蛋清粉均能夠有效改善混合蝦糜的3D打印特性和流變學特性，提高凝膠強度、質(zhì)構(gòu)特性、持水力及感官評價。在凝膠強度、彈性和流變學特性方面：分離乳清蛋白粉＞蛋清粉＞大豆分離蛋白粉；在持水力和硬度方面：大豆分離蛋白粉＞分離乳清蛋白粉＞蛋清粉；蛋白粉的加入能夠延緩混合蝦糜蛋白質(zhì)變性溫度并提高變性焓值，增強混合蝦糜蛋白質(zhì)穩(wěn)定性。SEM結(jié)果表明蛋白粉有助于混合蝦糜形成更加致密的凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。感官評價表明大豆分離蛋白粉和分離乳清蛋白粉對混合蝦糜風味產(chǎn)生不良影響，而添加蛋清粉可提高蝦糜的整體接受度并提高蝦糜的凝膠特性，提升食用品質(zhì)，為后續(xù)蛋白粉在南極磷蝦糜類制品的應用提供理論依據(jù)。