聚丙烯酸钠对鲢鱼鱼糜凝胶特性的影响

聚丙烯酸钠对鲢鱼鱼糜凝胶特性的影响
李钰金;马兴胜;励建荣;林洪;仪淑敏
【摘要】To improve gel properties of silver carp surimi, effects of sodium polyacrylate (PAAS) on gel proper-ties of silver carp surimi were studied. The results were showed as follows: breaking force, deformation, gel strength, and WHC of silver carp surimi gels induced by 0.2% PAAS were improved significantly, meanwhile, both cooking loss and transverse relaxation time T2 were decreased significantly. Higher gel strength, higher WHC, and lower cooking loss of the gel, which was firstly subjected to setting at 40℃ for 30 min, followed by subjected to heating at 90℃ for 20 min, were obtained than that of the gel, which was directly subjected to set-ting at 90℃ for 50 min. Meanwhile, the formation of highly uniform, dense gel network structure of the gel was performed.%为改善鲢鱼鱼糜的凝胶特性,研究聚丙烯酸钠对鲢鱼鱼糜凝胶特性的影响.结果表明:0.2%的聚丙烯酸钠可以有效提高鲢鱼鱼糜凝胶的破断力、破断距离、凝胶强度、持水性,降低其蒸煮损失和横向弛豫时间T2.添加0.2%聚丙烯酸钠的鲢鱼鱼糜先经过40℃水浴加热30 min,再90℃水浴加热20 min形成的鱼糜凝胶比直接在90℃水浴加热50 min 形成的鱼糜凝胶具有更高的凝胶强度、持水性和较低的蒸煮损失,同时可以形成具有高度均匀、有序及致密的空间三维网络结构.
【期刊名称】《食品研究与开发》
【年(卷),期】2017(038)002
【总页数】6页(P23-28)
【关键词】金聚丙烯酸钠;鲢鱼鱼糜;凝胶特性
【作者】李钰金;马兴胜;励建荣;林洪;仪淑敏
【作者单位】中国海洋大学食品科学与工程学院,山东青岛 266003;泰祥集团山东
省海洋食品营养研究院,山东荣成 264309;渤海大学食品科学与工程学院,辽宁锦州121013;渤海大学食品科学与工程学院,辽宁锦州 121013;中国海洋大学食品科学
与工程学院,山东青岛 266003;渤海大学食品科学与工程学院,辽宁锦州 121013【正文语种】中文
食品级聚丙烯酸钠是一类含亲水基团的高分子化合物，具有较高的吸水性、增筋效果和高黏度[1]。

同时聚丙烯酸钠可与蛋白质相互作用，改变蛋白质结构，增加蛋
白质之间的粘结力，促进蛋白形成强劲的空间三维网络结构，进而增强食品的粘弹性，改善食品组织[2-3]。

目前聚丙烯酸钠在食品工业中主要用于回收蛋白质，水果、鱼和肉的保鲜，面食品的抗老化，果汁和啤酒的泡沫稳定剂等[4]。

关于其在
水产制品特别是鱼糜制品中的应用鲜有报道，鉴于其具有较高的吸水性和改善食品组织的特性。

因此，本文通过质构仪、低场核磁共振仪以及扫描电镜分析了研究了聚丙烯酸钠对鲢鱼鱼糜凝胶形成的影响，分析了添加不同含量的聚丙烯酸钠和在不同温度下形成的鱼糜凝胶的凝胶强度、持水性、蒸煮损失、横向弛豫时间T2、色
泽以及凝胶的空间微观组织结构的变化规律，探究食品级聚丙烯酸钠改善鲢鱼鱼糜制品凝胶特性的机制，为其在鱼糜制品加工中的应用提供一定的理论指导。

1.1 试验材料
鲢鱼鱼糜：购于湖北潜江市柳伍水产食品有限公司，置于（-18±0.5）℃冻藏备用；聚丙烯酸钠，食品级，有效物质含量99%：购于河南天辰化工产品有限公司；小
玻璃瓶，内径25mm：帅领工艺品（义乌）有限公司；磷酸盐、戊二醛和无水乙
醇均为分析纯：购于天津市风船化学试剂科技有限公司。

1.2 试验仪器与设备
SW-CJ-2FD超净工作台：苏州安泰科技股份有限公司；ZB-20型斩拌机和数显恒温水浴锅：诸城市瑞恒食品机械厂；TA.XT.PLUS型质构仪：英国Stable Micro System公司；SORVALL Stratos型冷冻高速离心机：德国SIGMA仪器有限公司；NMI20低场核磁共振仪：上海纽迈电子科技有限公司；E-1045镀金仪：日本日
立公司；S4800场发射扫描电镜、CR-400色彩色差计：日本Minolta公司。

1.3 试验方法
1.3.1 鱼糜凝胶的制备
1）解冻鱼糜（流水解冻1 h）→空斩鱼糜2min→加入2.5%食盐斩拌3min→添
加0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%聚丙烯酸钠以及16%冰水斩拌15min→灌入玻璃小瓶（内径25mm）→40℃水浴加热30min→90℃水浴加热20min[5]→
形成凝胶。

2）解冻鱼糜（流水解冻1 h）→空斩鱼糜2min→加入2.5%食盐斩拌3min→0.2%聚丙烯酸钠以及16%冰水斩拌15min→灌入玻璃小瓶（内径25mm）→分别在30、40、50、60、70、80、90℃水浴50min→形成凝胶。

3）以未添加聚丙烯酸钠且与1）中其它处理条件相同的样品为对照组，所有样品
均于4℃冰箱保藏，24 h后检测。

1.3.2 凝胶强度的测定
鱼糜凝胶样品，平衡至室温后切成25mm×25mm的圆柱体。

利用质构仪的凝胶
强度测定模式分析鱼糜凝胶的破断力和破断距离。

探头：P/5S球形金属探头，测
试速度：1mm/s，测试距离：15mm，触发力：10 g[6]。

凝胶强度为破断力和破断距离的乘积，即：凝胶强度（g· mm）=破断力（g）×破断距离（mm）。

1.3.3 持水性的测定
鱼糜凝胶切成5mm的薄片，准确称重（W1），三层滤纸将样品裹住后装入
50mL的离心管中，采用冷冻高速离心机在4℃条件下，5 000 g离心15min，离心结束后，立即取出样品并再次称重W2。

持水性的计算如下[7]：持水性
/%=W2/W1×100
1.3.4 蒸煮损失的测定
参照Yang[8]的方法略微修改，进行鱼糜凝胶蒸煮损失的测定。

将鱼糜凝胶切成15mm×15mm×2mm形凝胶圆柱体并称重（G1）后放入蒸煮袋内且封口，置于90℃水浴20min。

蒸煮结束后迅速取出凝胶，擦干表面液体后再次称重（G2）。

按如下计算蒸煮损失：蒸煮损失/%=（G1-G2）/G1×100。

1.3.5 水分分布及存在状态分析
样品在室温下恒温30min后，切成10mm×10mm× 20mm的长方体（约1.5 g），并转入核磁管，采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脉冲序列，在32℃下进行自旋-自旋弛豫时间T2的测定。

参数设定：SFI（MHz）=22，P90（μs）＝14，SW（KHz）＝100，TR（ms）＝2 000ms，NS＝8，τ（μs）
=150，Echocnt=4 000[9]。

1.3.6 色度值的测定
采用CR-400色差计分析鱼糜凝胶的L*（亮度），a*（红色/绿色）和b*（黄色/蓝色）。

按如下公式计算白度[10]：白度＝100－[（100－L*）2+a*2+b*2]1/2 1.3.7 微观结构分析
参照Amin[11]的方法并略微修改，流程如下：鱼肉肠→切块→体积分数2.5%戊二醛溶液固定24 h→去除固定液→磷酸盐缓冲液（0.2 M，pH7.2）漂洗3次，15min/次→去离子水冲洗1 h→50%、70%、90%的乙醇梯度脱水，15 min/处理→100%乙醇脱水3次，10 min/次→真空冷冻干燥→离子溅射镀金→扫描电镜观察。

1.3.8 数据处理
使用oringin 7.5和SPSS 19.0进行数据处理和相关性分析。

2.1 聚丙烯酸钠诱导鲢鱼鱼糜凝胶特性的变化
聚丙烯酸钠对鲢鱼鱼糜凝胶特性的影响见图1。

随着聚丙烯酸钠添加量增加，鲢鱼鱼糜凝胶的破断力、破断距离和凝胶强度均呈现先增加后降低的趋势，且在聚丙烯酸钠的添加量为0.2%时达到最大值，分别为654 g、12.3mm和8 063 g·mm，与对照组相比分别增加了75.8%、38.7%和144%。

随着凝胶形成温度从30℃增加至90℃，添加聚丙烯酸钠的鱼糜凝胶的破断力、破断距离和凝胶强度均呈现先增加后突然降低然后再增加的变化趋势，且最终均在凝胶形成温度为90℃时达到最大值，分别为559 g、11.1mm和6 216 g·mm，分别为30℃下凝胶的6.20、2.26、13.9倍。

添加聚丙烯酸钠的鱼糜凝胶的破断力、破断距离和凝胶强度在50℃～60℃下均出现明显的下降，主要是由于鱼糜中自身存在的组织蛋白酶破坏了鱼糜凝胶的网络结构，促使凝胶发生了凝胶劣化现象。

从图中又可以看出添加0.2%聚丙烯酸钠且先40℃水浴加热30min后再90℃水浴加热20min形成的鱼糜凝胶的破断力、破断距离和凝胶强度分别为添加0.2%聚丙烯酸钠且90℃水浴加热50min形成的凝胶的117%、111%和130%。

因此两段加热的凝胶的破断力、破断距离和凝胶强度均高于一段加热的凝胶，这主要是由于两断加热避开了凝胶发生劣化的温度带，促使凝胶劣化现象减弱。

这与大部分学者关于两段加热较一段加热法能更好的改善鱼糜制品的凝胶特性的研究基本取得一致[12]。

综上可知，聚丙烯酸钠的添加量为0.2%，先40℃水浴加热
30min后再90℃水浴加热20min可以更好的提高鲢鱼鱼糜凝胶的破断力、破断距离和凝胶强度。

2.2 聚丙烯酸钠对鲢鱼鱼糜凝胶持水性和蒸煮损失的影响
聚丙烯酸钠对鲢鱼鱼糜凝胶持水性和蒸煮损失的影响见图2。

鱼糜凝胶的持水性随着聚丙烯酸钠添加量的增加先增加后不变，在添加量为0.2%时达到最大值为90.8%，与对照组相比增加了12.8%；鱼糜凝胶的蒸煮损失随着
聚丙烯酸钠添加量的增加先降低后不变，且同样在添加量为0.2%时达到最小值为7.2%，与对照组相比降低了32.1%。

从图中可以得知，在40℃之前，随着温度升高鱼糜凝胶的持水性逐渐增加，温度高于40℃时，持水性突然下降，且在50℃～60℃达到最小值，当温度高于60℃以后持水性又突然显著升高，且在温度90℃
达到最大值为91.2%。

凝胶在40℃之前持水性升高主要是由于蛋白在温度升高发生变性，增加了与水的结合能力。

当温度高于40℃时，持水性下降，且在50℃～60℃达到最小值主要是由于鱼糜自身存在的组织蛋白酶破坏了鱼糜凝胶的网络结构，使凝胶发生劣化，导致持水性下降[13-14]。

当温度高于60℃以后持水性突然显著升高主要是由于高温加固了鱼糜凝胶网络结构以及蛋白质变性完全，增加了对水分的保持能力。

随着温度升高鱼糜凝胶的蒸煮损失先增加后降低且在80℃～90℃达到稳定。

这主要也是由于凝胶在50℃～60℃发生凝胶劣化，使凝胶的网络结构遭到破坏，迫使水分流失，导致蒸煮损失增加[15-16]。

综上可知，添加0.2%聚丙烯酸钠且90℃
水浴加热50min与先40℃水浴加热30min后再90℃水浴加热20min形成的鱼
糜凝胶具有较高的持水性和较低的蒸煮损失。

2.3 聚丙烯酸钠对鲢鱼鱼糜凝胶色泽的影响
聚丙烯酸钠对鲢鱼鱼糜凝胶色泽的影响见图3。

随着聚丙烯酸钠添加量增加，鲢鱼鱼糜凝胶的L*和b*均先增加后不变，a*值先降低后不变。

白度值作为L*、a*和b*值得综合体现，其随着聚丙烯酸钠添加量变化增加缓慢，在添加量为0.2%处于最大值为82.9。

与两端加热的凝胶相比，一段加热的凝胶随着温度增加a*值明显下降，b*值变化不显著，L*值和白度值明显增加，且L*值和白度值均在90℃达到最大值，分别为86.5和83.2。

凝胶的L*值和白度
随温度增加而增加，主要是由于随温度升高蛋白质变性程度升高，凝胶的网络结构致密和牢固程度升高，进而水分的保持能力升高，使凝胶的透明度升高，凝胶的亮度和白度增加。

与两端加热的凝胶白度最大值相比相差较小。

由此得知，聚丙烯酸钠添加对鲢鱼鱼糜凝胶的白度影响较小，凝胶形成温度对其影响较大，且90℃水
浴加热50min与先40℃水浴加热30min后再90℃水浴加热20min形成的鱼糜
凝胶的白度值相差较小。

2.4 聚丙烯酸钠对鲢鱼鱼糜凝胶横向弛豫时间T2的影响
聚丙烯酸钠对鲢鱼鱼糜凝胶横向弛豫时间T2的影响见图4。

图4 A表示鲢鱼鱼糜凝胶水分分布情况，从图中可以看出鲢鱼鱼糜凝胶中水分呈
现4个T2区间，分别为T21（0～1ms）、T22（2ms～5ms）、T23（25ms～100ms）和T24（169ms～269ms）。

从图4B、C可以得知，随着聚丙烯酸钠添加量增多，鱼糜凝胶的横向弛豫时间
T21出现减小，但是变化不明显；T22在聚丙烯酸钠添加量为0.2%时出现明显减少，随着添加量高于0.2%，T22横向弛豫时间趋于不变。

随着温度升高，鱼糜凝胶的横向弛豫时间T21和T22均先降低后增加的趋势。

30℃～40℃范围内T21
和T22弛豫时间降低主要是由于在低温环境下（0℃～40℃范围内），随着温度
升高，蛋白质的溶解度升高，水合性质增加，蛋白质与水的氢键结合能力加强，导致结合水更加稳定，弛豫时间降低。

当温度高于40℃，蛋白质分子结构展开（变性），蛋白质分子内部的大量疏水基团暴漏，导致蛋白质相互聚集和沉淀，因此水合作用减弱，结合水的弛豫时间升高。

从图4D、E可以看出，鱼糜凝胶的横向弛豫时间T23和T24均随着聚丙烯酸钠添加量增加而降低，且均在添加量为0.2%时达到最小值，分别为43.5ms和
179.0ms，随着添加量高于0.2%横向弛豫时间T23和T24均几乎不再发生变化。

T23和T24降低主要是由于聚丙烯酸钠在添加量为0.2%时可以最大限度的增加鱼
糜凝胶网络的粘结力，促进鱼糜蛋白形成高度致密的空间网络结构，增加对不易移动水分的捕获能力，使不易移动水在凝胶网络结构中的稳定性增强，降低T23的弛豫时间。

除此之外，聚丙烯酸钠自身还具有极高的吸湿性可以增加对自由水的吸收能力，从而降低自由水的移动能力，导致T24弛豫时间减少。

2.5 聚丙烯酸钠对鲢鱼鱼糜凝胶微观结构的影响
聚丙烯酸钠对鲢鱼鱼糜凝胶微观结构的影响见图5。

对照组样品的表面结构粗糙、不平整，光密度存在较大差异，样品整体呈不均匀的团簇、聚集状，且无均匀、有序的空间网络结构。

同对照组相比，添加0.2%聚丙烯酸钠且先40℃水浴加热30min后再90℃水浴加热20min形成的鱼糜凝胶具有高度均匀、有序及致密的三维网络结构，网络与网络结构粘结相对紧密，凝胶的孔洞较小、似圆度较高、分布较均匀、具有更强的空间层次感。

鱼糜凝胶的这种微观结构极有利于紧紧地捕获更多的游离水，减少水分等物质的渗出，降低蒸煮过程中的损失，从而使鱼糜凝胶具有较高的持水性、白度和凝胶强度。

1）0.2%的聚丙烯酸钠有效提高鲢鱼鱼糜凝胶的破断力、破断距离、凝胶强度、持水性，降低其增筑损失和横向弛豫时间T2。

2）先40℃水浴加热30min后再90℃水浴加热20 min形成的鱼糜凝胶比直接在90℃水浴加热50 min形成的鱼糜凝胶具有更高的凝胶强度、持水性和较低的蒸煮损失。

3）添加0.2%聚丙烯酸钠且90℃水浴加热50min与先40℃水浴加热30min后再90℃水浴加热20min形成的鱼糜凝胶具有高度均匀、有序及致密的空间三维网络结构。

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