Effect of Laminaria japonica Powder on Physicochemical Properties, Rheological Properties and Protein Structure of Silver Carp Surimi Gel
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摘要: 为改善鱼糜凝胶特性，在鲢鱼鱼糜中添加质量分数为2%~10%的海带全粉（Laminaria japonica powder，LJP）制备鱼糜凝胶。分析LJP添加量对鱼糜凝胶的凝胶强度、质构、持水性、流变特性、化学作用力、肌原纤维蛋白（Myofibrillar protein，MP）二级结构、色泽及微观结构的影响。探究LJP改善鱼糜凝胶品质的内在原因。结果表明，LJP的添加显著提高了鱼糜凝胶的凝胶强度、硬度及持水性（P<0.05），随LJP添加量的增加，这三项指标呈先升高再降低趋势，并在添加量8%时达到最大值，而添加量10%时三项指标则显著下降（P<0.05）；LJP对鱼糜溶胶的粘度、稳定性和储能模量（G'）也有显著的提升作用，能够促进弹性凝胶的形成，但添加量过高（10%）则对弹性凝胶具有一定的负面作用。LJP中所富含的多糖在鱼糜中可以与MP形成多糖-MP相互作用，使鱼糜凝胶中氢键和离子键作用力显著增加、MP二级结构向β-折叠转变，从而形成网络孔径小、结构更加致密的鱼糜凝胶。综上所述，适宜的LJP添加量（6%～8%）可以通过影响鱼糜凝胶特性、凝胶化学作用力及MP二级结构改善鱼糜凝胶品质。Abstract: In order to improve the gel properties of surimi, the surimi gel was prepared by adding Laminaria japonica powder (LJP) with a mass fraction of 2%~10% in silver carp surimi. The effect of amount of LJP on the gel strength, texture, water holding capacity, rheological properties, chemical forces, myofibrillar protein (MP) secondary structure, color and microstructure of the surimr gel were analyzed. Thus, the intrinsic cause of LJP improving the surimi gel quality was explored. Results showed that the addition of LJP significantly improved (P<0.05) the gel strength, hardness and WHC of the surimi gels, these three indicators were increased first and then decreased later with the increased of LJP addition (highest at 8% added). When the addition amount was 10%, the gel strength, hardness and WHC indicators of the surimi gels significantly decrease (P<0.05). The LJP also had a significant improvement effects on the viscosity, stability and storage modulus (G') of the surimi sol, which promoted the formation of elastic gel, but the high amount of LJP (10%) added had a certain negative effect on the elastic gel. The polysaccharides enriched in LJP could formed polysaccharide-MP interaction with MP in surimi, which significantly increased hydrogen bond and ionic bond force in surini gel, and promoted the MP secondary structure transition to β-sheet, thus formed a surimi gel with small pore size and more dense structure. In conclusion, the appropriate amount of LJP added (6%~8%) can improve the quality of the surimi gel by affecting the gel characteristics, gel chemical forces and MP secondary structure.
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Keywords:
- Laminaria japonica powder /
- surimi /
- rheological properties /
- molecular force /
- protein structure
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鱼糜是由鱼肉经过漂洗、精滤、脱水、细切、斩拌等加工过程得到的高蛋白、低脂肪的深加工水产品原材料，是一种稳定的鱼肉肌原纤维蛋白（Myofibrillar protein，MP）浓缩物[1−2]。凝胶特性是评价鱼糜制品品质高低和消费者接受程度的关键指标。目前，加工成鱼糜制品的原料鱼主要是淡水白肉鱼、海水白肉鱼和海水红肉鱼[3−4]。其中，淡水白肉鱼主要是罗非鱼、白鲢鱼，但淡水白肉鱼的MP中肌球蛋白含量低，易发生凝胶劣化，形成鱼糜凝胶的特性较差，从而限制了淡水鱼糜制品加工产业的发展[5]。如何通过科学手段提高淡水鱼糜的凝胶特性，是现代水产品加工的重要科学问题。
在鱼糜凝胶形成过程中，通常需要一些外源添加物质来改善产品的凝胶、感官和功能特性[6−7]。鱼糜中的MP可与外源添加物以不同的方式相互作用，从而进一步促进鱼糜的凝胶化。凝胶化是蛋白质变性和聚集的结果，受到分子间和分子内共价和非共价化学相互作用的影响形成三维网络凝胶结构[7−9]。海带全粉（Laminaria japonica powder，LJP）由干海带加工而成，包含海带中的全部营养成分。褐藻酸钠（褐藻胶）是LJP中所富含的多糖类物质，在LJP中占多糖总量的30%～40%，具有较好的凝胶增强和吸水能力，常被用作稳定剂、增稠剂、乳化剂和胶凝剂。一些研究证明，将海带制品在鱼糜中添加有助于改善鱼糜制品的营养和质地[10]。如：将海带匀浆与鱼糜混合，能改善鱼肉MP凝胶特性，提高制品保水能力[11]；添加海藻粉和硫酸多糖延长了重组鱼糜产品的保质期[12]；在鱼糕中添加海带浆，提高了产品的各项性能[13]；以海带丝、比目鱼鱼糜为原料制得的鱼丸风味独特，营养丰富[14]。然而，这些研究主要是对鱼糜制品物理特性（如：质构、凝胶强度、持水性、颜色等）得到改善的分析和讨论，而内在的化学特性（如：凝胶化学作用力、蛋白溶解度、蛋白结构变化等）变化对鱼糜制品品质的影响却疏于探究。对凝胶内在化学特性的分析是凝胶形成机制的重要理论依据。此外，有关将海带全粉添加到鱼糜中，研究海带全粉对鱼糜凝胶特性的影响鲜见报道。
随着新型复合鱼糜制品的开发以及外源添加物质种类的不断增多，有必要深入探究鱼糜中不同组分分子之间相互作用机制，揭示组分互作与凝胶品质的内在联系，从而推动创新发展新型鱼糜复合凝胶理论。本研究以鲢鱼鱼糜为研究对象，向鱼糜中添加不同质量分数的海带全粉，考察鱼糜凝胶的理化、流变学特性及蛋白结构的变化，探究海带全粉对鲢鱼鱼糜凝胶特性的影响，为鱼糜制品新产品开发和凝胶品质调控技术提供理论依据。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
海带 莆田市城厢区蒲食汇干货店；LJP 实验室自制；鲢鱼鱼糜 福建省亚明食品有限公司；NaCl、尿素等试剂均为国产分析纯。
UPT203i偏光显微镜 重庆重光实业有限公司；H2050R-1大容量高速冷冻离心机 湖南湘仪实验室仪器有限公司；SU-8010扫描电子显微镜 日本日立公司；CT3质构仪 美国Brookfield公司；ViscotesterIQ哈克流变仪 美国赛默飞世尔科技公司；MCR302旋转流变仪 奥地利Anton Paar公司；Minispec MQ20低场核磁共振分析仪、TENOSOR27红外光谱分析仪 德国Bruker公司；TS8296台式分光测色仪 深圳市三恩时科技有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 LJP的制备
将海带60 ℃烘干12 h，粉碎过100目筛，得到LJP。
1.2.2 鱼糜凝胶的制备
将冷冻保存的鱼糜置于4 ℃冰箱中解冻，每份样品称取200 g鱼糜于斩拌机中斩拌2 min，然后添加鱼糜质量分数2%的NaCl斩拌3 min，最后分别添加鱼糜质量分数2%、4%、6%、8%和10%的LJP斩拌3 min，斩拌结束后在25 ℃平衡30 min，得到鱼糜溶胶。整个斩拌过程通过添加冰水控制鱼糜温度在10 ℃以下（冰水质量为鱼糜质量的80%）。向称量瓶中称取10 g鱼糜溶胶，并均匀盛放在称量瓶中呈圆柱形，圆柱形上底面保持平整，内部无空隙。采用二段式水浴加热（40 ℃/30 min，90 ℃/20 min）、加热完成后冰水冷却至室温，得到鱼糜凝胶样品分别用LJP2%、LJP4%、LJP6%、LJP8%和LJP10%表示，4 ℃冰箱中保存备用。以未添加LJP的鱼糜凝胶作为对照。
1.2.3 LJP主要成分测定
根据GB 5009.3-2016食品安全国家标准 食品中水分的测定[15]、GB 5009.5-2016食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定[16]、GB/T 5009.10-2003植物类食品中粗纤维的测定[17]和SC/T 3405-2018海藻中褐藻酸盐、甘露醇含量的测定[18]，分别测得LJP中水分、蛋白质、粗纤维和褐藻酸钠质量分数分别为11.37%、5.53%、2.9%和26.85%。
1.2.4 凝胶质构特性测定
利用CT3型质构仪测定鱼糜凝胶的凝胶强度及TPA模式下的硬度、内聚性、弹性和咀嚼性。TPA测试参数：探头型号TA5，测试前速度3 mm/s，测试速度2 mm/s，测试后速度3 mm/s，形变百分比30%，触发力5 g。凝胶强度测试参数：探头型号TA18，压缩距离20 mm，测试前速度3 mm/s，测试速度2 mm/s，测试后速度3 mm/s，测试指标包括：破断强度（g）和破断距离（mm）， 凝胶强度计算公式如下：
凝胶强度(g⋅mm)=破断强度(g)×破断距离(mm) (1) 1.2.5 凝胶持水性测定
参考Liang等[19]的方法做适当修改，取直径5 mm的鱼糜凝胶并称重（W1），用两层滤纸包裹并转移到10 mL离心管中，8000 r/min离心10 min，离心后再次称重凝胶质量（W2）。凝胶持水性计算公式如下：
持水性(%)=W2W1×100 (2) 1.2.6 流变特性测定
静态流变特性测定：利用哈克流变仪测定鱼糜溶胶的静态流变特性，探头型号FL224B/SS-01160184，测试条件及指标见表1。
表 1 静态流变特性测试条件Table 1. Test conditions for static rheological properties指标 转速 （r/s） 测定时间（s） 数据点 粘度 0.000001~1 180 30 1~0.000001 180 30 触变性 0.000001~1 180 30 1~0.000001 180 30 动态流变特性测定：将2～3 g鱼糜溶胶置于配有pp25平行板探头的旋转流变仪载物台上，采用正弦振荡模式进行温度扫描测试。样品加热温度范围25～90 ℃，升温速率5 ℃/min，剪切应变1%，角频率10 rad/s，平板间距1 mm，测定样品的储能模量（G'）、损耗模量（G''）和阻尼因子tanδ （G''/G'）。
1.2.7 凝胶化学作用力测定
参考Yan等[20]的方法略有改动，将1 g鱼糜凝胶加入10 mL 0.05 mol/L NaCl溶液（A）中，均质2 min。将上述匀浆在4 ℃冰水浴搅拌1 h，10000×g离心15 min，收集上清液（SA）。将沉淀物加入10 mL、0.6 mol/L NaCl溶液（B）中，重复上述步骤。之后，在沉淀中依次加入10 mL 0.6 mol/L NaCl+1.5 mol/L 尿素 （C），0.6 mol/L NaCl+8 mol/L 尿素 （D） 和 0.6 mol/L NaCl+8 mol/L 尿素+0.5 mol/L β-巯基乙醇 （E），均质、搅拌、离心后收集上清液（SB，SC，SD 和 SE）。采用双缩脲法测定上清液中的蛋白浓度离子键、氢键、疏水相互作用和二硫键分别用上清液中蛋白浓度的差值（SB-SA，SC-SB，SD-SC和SE-SD）表示。
1.2.8 红外光谱分析
采用红外光谱技术对鱼糜凝胶中MP的二级结构进行定性分析。用KBr（1:150，w/w）研磨细粉状凝胶制备样品，并在400～4000 cm−1的波数范围内进行扫描，分辨率为4 cm−1。采用傅里叶自去卷积和谱线拟合技术处理推测蛋白质二级结构的变化，蛋白质二级结构定量计算通过 PeakFit 软件完成[5]。
1.2.9 凝胶色差测定
将鱼糜凝胶置于台式分光测色仪比色皿中，测定L*（亮度）、a*（红/绿度）、b*（黄/蓝度），白度（W）计算公式如下：
W=100−√(100−L*)2+a*2+b*2 (3) 1.2.10 凝胶微观结构观察
将鱼糜凝胶切成约5 mm×5 mm×3 mm的小块。用2.5%的戊二醛溶液（使用0.1 mol/L pH7.2磷酸盐缓冲液配制）固定24 h。逐次使用体积分数为30%、50%、70%、80%、95%、100%的乙醇溶液各浸泡脱水20 min。随后按无水乙醇-叔丁醇3:1、1:1、1:3比例及纯叔丁醇依次洗脱，凝胶样品经真空冷冻干燥机干燥，利用导电胶条将截面平缓的样品逐个粘贴在扫描电镜样品台上，经离子溅射镀膜仪进行离子溅射喷金后，利用扫描电子显微镜对样品的微观组织结构进行观察拍照。
1.3 数据处理
每个试验重复三次，结果表示为平均值±标准差（SD）。数据统计分析采用Statistix 8.1（分析软件，St Paul，MN）软件包中Linear Models程序进行，差异显著性分析使用Tukey HSD程序（P<0.05）。采用Originpro2021软件作图。
2. 结果与分析
2.1 凝胶质构分析
质构分析是研究凝胶类食品物料质地的有效方法。鱼糜凝胶的质构特性主要通过对凝胶强度和TPA模式下各项指标的测定结果进行分析[21]。不同添加量的LJP对鱼糜凝胶质构特性的影响见表2。凝胶强度和硬度是评价鱼糜凝胶产品质量的重要参数，直接反映了鱼糜形成热诱导凝胶的能力[22]，且凝胶强度是凝胶硬度和弹性的综合体现，凝胶强度的增强对鱼糜制品的品质具有改善作用[7]。相比于对照，添加LJP后的鱼糜凝胶强度和硬度均显著增加（P<0.05），且呈先增加后降低趋势，弹性、内聚性和咀嚼性也具有相同的变化趋势。LJP添加量8%时凝胶强度和硬度达到最高（P<0.05），这可能是由于LJP中含有丰富的多糖（32.09%），其中占海带多糖30%～40%、具有凝胶能力的褐藻酸钠可以与鱼糜中的MP产生相互作用，并能促进鱼糜形成稳定的三维网状凝胶结构[23]。而LJP添加量10%时凝胶强度和硬度则显著降低（P<0.05）可能是由于LJP中的纤维类物质（2.9%）对褐藻酸钠与MP的相互作用产生了阻碍，不利于鱼糜凝胶的形成[24]。
表 2 不同添加量的LJP对鱼糜凝胶质构特性的影响Table 2. Effects of different addition amounts of LJP on texture properties of surimi gels凝胶 凝胶强度（g·cm） 硬度（g） 内聚性（mJ） 弹性（mm） 咀嚼性（mJ） 对照 187.61±6.21e 268.67±10.26e 0.38±0.10c 3.94±0.10c 0.38±0.02e LJP2% 424.39±18.21d 436.33±15.95d 0.46±0.12bc 4.56±0.14b 0.45±0.01d LJP4% 544.77±14.35c 550.67±16.50c 0.57±0.06bc 5.22±0.07a 0.47±0.01cd LJP6% 736.42±45.09b 606.33±2.31b 0.70±0.10ab 5.22±0.09a 0.51±0.02bc LJP8% 838.46±51.63a 758.00±34.39a 0.92±0.07a 5.37±0.07a 0.57±0.03a LJP10% 548.70±14.99c 542.33±17.03c 0.71±0.10ab 5.19±0.05a 0.55±0.02ab 注：用不同字母标注的相同指标表示有显著性差异，P<0.05，表3~表4同。 2.2 凝胶持水性分析
持水性是鱼糜凝胶中MP被加热形成三维网络凝胶结构后保持水分的能力。破断强度代表凝胶网络的致密程度，破断距离表示凝胶的柔韧性和弹性[25]，因此都与凝胶持水性相关联。一般来说，凝胶网络结构越致密，保水能力越好，凝胶的持水性越高。不同添加量的LJP对鱼糜凝胶持水性的影响如图1所示。图1中还绘制了凝胶的破断强度和破断距离的变化曲线。添加LJP后的鱼糜凝胶持水性、破断强度和破断距离变化趋势相同，即随LJP添加量的增加先呈显著增加趋势，LJP添加量8%时达到最高，而继续增加LJP添加量至10%时则显著降低。这说明在形成鱼糜凝胶的热诱导过程中，添加适量的LJP有利于海带多糖与鱼糜中MP发生相互作用，尤其是褐藻酸钠与MP的相互作用，提高了MP形成的三维网络凝胶结构保持水分的能力。褐藻酸钠结合水的能力较强，通过与水分子形成氢键进一步束缚水分，从而促进鱼糜凝胶结构的稳定[24]。
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图 1 不同添加量的LJP对鱼糜凝胶持水性的影响注：不同字母表示有显著性差异，P<0.05，图4同。Figure 1. Effects of different addition amounts of LJP on water holding capacity of surimi gels2.3 流变学特性分析
2.3.1 静态流变学特性
静态流变学特性主要是考察鱼糜溶胶的粘度和触变性变化。粘度是阻碍鱼糜溶胶流动或变形的特性，也是鱼糜溶胶中蛋白质与蛋白质之间、蛋白质与水之间、多糖与蛋白质之间以及多糖与水之间的粘聚力和分子扩散的结果[26]，粘聚力和分子扩散程度越大则分子相互作用越强。触变性是非牛顿流体特有的流变行为，也是溶胶类食品物料最重要的流变学性质之一，与食品质量密切相关。鱼糜溶胶属于非牛顿流体中的溶胶类食品物料。在外加剪切力的作用下，鱼糜溶胶的内部结构会被破坏，而停止剪切后，鱼糜溶胶内部结构又会逐渐恢复。溶胶结构的破坏速率和恢复速率之间存在差异，当剪切应力随剪切速率变化时，就形成了一个对应剪切速率升高和降低的顺时针的环状剪切应力曲线，称为触变环[27]。
图2（A）为不同LJP添加量的鱼糜溶胶粘度和剪切速率的关系。随着剪切速率的增加（0～1转/s），所有样品的粘度迅速下降后均趋于稳定，这表明鱼糜溶胶属于假塑性流体、具有剪切变稀的行为。这是由于鱼糜溶胶中蛋白和多糖分子链的取向性随剪切速率的增加而增强，使它们从分散、混乱、随机的分布转变为剪切方向上的分布，促使这些大分子间的交联减弱，导致粘度随剪切速率的增加而降低（反之则粘度升高），因此呈现剪切变稀行为[28−29]。鱼糜溶胶在受到剪切作用时，内部结构发生了定向、伸展和分散等形变，这些形变过程降低了鱼糜溶胶的粘度和流动阻力，从而导致了剪切变稀[30]。食品物料的剪切变稀行为有助于形成和改善食物质地，对食品生产加工具有积极的影响[31]。随着剪切速率的降低（1～0转/s），所有样品的粘度逐渐增加，鱼糜凝胶又重新向原有状态恢复。剪切速率相同时，添加LJP的鱼糜溶胶粘度均显著高于对照（P<0.05），在剪切初始和结束时的粘度见表3，粘度变化也呈先增加后降低的趋势，并在LJP添加量8%时出现了最大值，而后降低。这说明随LJP添加量的增加，鱼糜凝胶中的分子间相互作用显著增强，但LJP添加量过高也会使这些相互作用降低。粘度的变化与质构和持水性的变化趋势也是一致的。
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图 2 不同添加量的LJP对鱼糜凝胶粘度和触变性的影响Figure 2. Effects of different addition amounts of LJP on viscosity and thixotropy of surimi gels表 3 不同LJP添加量的鱼糜凝胶粘度和触变环面积Table 3. Viscosity and thixotropic ring area of surimi gels with different addition amounts of LJP凝胶 剪切初始粘度（Pa·s） 剪切结束粘度（Pa·s） 触变环面积（Pa/s） 对照 5266.6±65.99d 2962.7±68.99c 25.74±1.05f LJP2% 13148±139.96c 6292.1±101.96b 52.79±1.02e LJP4% 15836±159.62b 6411.5±85.04b 107.23±3.54c LJP6% 15889±120.87b 8032.2±122.75a 71.13±1.65d LJP8% 16640±137.10a 8064.3±142.91a 116.23±3.01b LJP10% 15949±116.47b 6254.2±133.04b 172.20±3.25a 图2（B）为不同LJP添加量的鱼糜溶胶在剪切过程中由剪切应力所表示的触变性的变化。所有样品的剪切应力曲线均呈现出顺时针的触变环，表明鱼糜溶胶属于触变体系。触变环面积表示溶胶内部结构被破坏所需能量的大小，面积越大则通过剪切作用破坏溶胶内部结构所需能量越大，溶胶内部结构的强度越强，体系越稳定[32]。添加LJP后，所有鱼糜溶胶样品的触变环面积均显著大于对照，且触变环上各点所对应的剪切应力均远高于对照，说明LJP的添加使鱼糜溶胶的稳定性显著增强，这有助于鱼糜溶胶经热诱导后形成更稳定的凝胶。
2.3.2 动态流变学特性
鱼糜溶胶的G'、G''和tanδ反映了其在加热形成凝胶过程中粘弹性的变化[33]，也反映了鱼糜中MP的结构在不同加热阶段展开和聚集时凝胶性质的强弱。G'和G''分别代表样品的弹性和粘度，G'越高，样品中MP的凝胶能力越好[34]。tanδ是G''与G'的比值，当tanδ>1时，样品的粘性大于弹性，表现为粘性流体；当tanδ<1时，样品的弹性大于粘性，表现为溶胶或凝胶[26]。
图3（A）可知，所有样品的G'和G''在起始加热阶段（25～50 ℃）随温度的升高呈降低趋势，并在50～57 ℃达到最低。在这一阶段，内源性蛋白酶诱导MP分子间形成共价键，而氢键在升温过程中被破坏，使MP结构弱化，因此G'和G''呈下降趋势[35]。鱼糜中的MP在50 ℃左右时发生凝胶劣化和崩解，肌球蛋白轻链的解离增强了分子流动性，使G'和G''降低[36−37]。在57～80 ℃升温过程中，肌球蛋白重链和肌动球蛋白受热变性，在二硫键和疏水键的作用下形成了不可逆的凝胶网络结构，G'和G''开始上升[38]。温度继续升高至90 ℃，G'和G''的升高趋势趋于平缓，主要是由于高温破坏了氢键，形成了更加有序且不透明的凝胶结构。所有样品的G'与G''趋势相同，但G''远低于G'，这是由于鱼糜溶胶在加热过程中形成的凝胶体系具有较高的弹性。图3（B）可知，所有样品的tanδ值均小于1，表明鱼糜溶胶在加热过程中形成了以弹性为主的凝胶。添加LJP后，所有样品的tanδ值进一步降低，说明弹性凝胶特性显著增强。在形成凝胶的高温阶段（80～90 ℃），LJP4%、LJP6%、LJP8%和LJP10%的G'均明显高于对照，且随LJP添加量的增加，G'先升高再降低，LJP8%的G'相对最高，之后依次为LJP6%、LJP4%和LJP10%。这说明LJP的添加量不同对鱼糜溶胶形成凝胶的能力产生不同影响。LJP中所富含的褐藻酸钠可能是影响鱼糜凝胶能力的主要原因。褐藻酸钠作为增稠剂提高了鱼糜溶胶的粘度，也使多糖和MP的相互作用增强，在鱼糜中发挥了促凝胶作用，因此在热诱导过程形成凝胶阶段（80～90 ℃）随LJP添加量的升高鱼糜溶胶的G'显著升高。但添加量的过高也会使LJP中的其它成分对鱼糜溶胶形成凝胶的能力产生影响。LJP10%的G'显著低于LJP4%、LJP6%和LJP8%则证明了这一点。主要是由于LJP中的纤维类物质作为阻碍形成凝胶的成分使G'降低。
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图 3 不同LJP添加量的鱼糜凝胶G'、G''和tanδFigure 3. G', G'' and tanδ of surimi gels with different addition amounts of LJP2.4 凝胶化学作用力
鱼糜凝胶结构的稳定性受到其内部化学作用力的影响，包括二硫键、疏水相互作用、氢键和离子键等[39]。二硫键是由蛋白质分子肽链内或肽链间的两个半胱氨酸残基的巯基氧化而形成的，是鱼糜凝胶结构中主要的共价化学键。疏水相互作用是蛋白分子折叠时的主要驱动力，对蛋白质的结构和性质产生影响[40]。氢键主要是蛋白质分子亲水基团与水分子间形成的，对蛋白质的二级结构产生影响。离子键是蛋白分子中带有正负电荷的氨基酸残基之间通过静电力形成的，是鱼糜凝胶中的非共价化学键。
图4为不同添加量的LJP对鱼糜凝胶内部化学作用力的影响。对照样品中二硫键是鱼糜凝胶最主要的化学作用力，其次是疏水相互作用，氢键和离子键在化学作用力中的比例较小。但随着LJP添加量的增加，样品中几种化学作用力发生了不同的变化，二硫键和疏水相互作用呈显著降低趋势，而氢键和离子键则呈显著增加趋势。所有样品中，二硫键仍然是鱼糜凝胶内部贡献最大的化学作用力，这与钟坦君等[41]的研究是一致的。LJP添加量2%~6%、8%以及10%时，鱼糜凝胶化学作用力贡献大小分别为：二硫键>疏水相互作用>氢键>离子键；二硫键>氢键>疏水相互作用>离子键；二硫键>氢键>离子键>疏水相互作用。二硫键和疏水相互作用的显著降低主要是由于LJP的添加影响了鱼糜凝胶中MP分子在热诱导过程中的展开和折叠，也影响了MP分子中巯基和疏水基团的暴露，从而对二硫键和疏水相互作用的形成有一定的阻碍作用。LJP中含有大量羟基基团的多糖与水结合后可以以氢键的形式与MP相结合，形成了多糖-MP相互作用。氢键含量的升高可以使鱼糜凝胶中水分子的流动性降低、凝胶网络结构更加致密[42]，这也是鱼糜凝胶强度随LJP添加量的增加而增强的原因。此外，LJP中的褐藻酸钠属于阴离子多糖，褐藻酸钠的羧基基团与MP氨基酸残基之间的静电相互作用可能是鱼糜凝胶中离子键显著升高的原因。
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图 4 不同LJP添加量的鱼糜凝胶的化学作用力Figure 4. Chemical forces of surimi gels with different addition amounts of LJP2.5 凝胶蛋白二级结构分析
为了进一步研究LJP对鱼糜凝胶中MP二级结构的影响，采用红外光谱进行分析，如图5所示。大部分蛋白质二级结构的变化均可以通过其红外光谱中酰胺I带（1700～1600 cm−1）的变化进行分析[43]。酰胺I带的特征频率可以用来表示蛋白质的二级结构，主要来自C=O和C-N伸缩振动[44]。吸收峰对应蛋白质的二级结构依次为：1610～1640 cm−1 对应β-折叠，1640～1650 cm−1对应无规则卷曲，1650～1658 cm−1对应α-螺旋，1660～1695 cm−1对应β-转角[45]。
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图 5 不同LJP添加量的鱼糜凝胶红外光谱Figure 5. Fourier transform infrared spectroscopy of surimi gels with different addition amounts of LJP鱼糜凝胶中MP二级结构的变化如图6所示。对照组鱼糜凝胶MP二级结构比例分别为α-螺旋17.29%，β-折叠45.08%，β-转角32.39%，无规则卷曲5.24%。添加LJP后的鱼糜凝胶，α-螺旋（4.04%～6.28%）、β-转角（20.62%～29.09%）和无规则卷曲（1.90%～2.76%）比例均明显低于对照；而β-折叠（64.31%～73.24%）比例则明显增加，且随LJP添加量先升高再降低，LJP6%的β-折叠比例最高。这些变化说明LJP的添加使鱼糜凝胶中MP二级结构的α-螺旋、β-转角和无规则卷曲向β-折叠转变。氢键是维持蛋白质二级结构的主要化学作用力，也是β-折叠的主要驱动力[7]。因此，β-折叠比例的增加与2.4氢键作用力的显著增加是具有相关性的，也是鱼糜凝胶强度增加的原因之一。徐安琪等[24]在鱿鱼鱼糜中添加紫菜粉，使鱿鱼鱼糜凝胶蛋白质的α-螺旋向β-折叠结构转变，β-转角和无规则卷曲变化不明显。Guo等[46]研究发现β-折叠相对含量的提高与鱼糜凝胶强度的增大有关。Zhou等[47]研究指出鱼糜凝胶的硬度与α-螺旋相对含量呈负相关，而与β-折叠相对含量呈正相关。可以认为添加LJP后，鱼糜凝胶中MP二级结构向更加有序的β-折叠转化，更有利于形成规则的凝胶网络，从而提高了凝胶的质地和保水性[48]。
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图 6 不同LJP添加量的鱼糜凝胶蛋白质二级结构变化Figure 6. Protein secondary structure changes of surimi gels with different addition amounts of LJP2.6 凝胶色泽
色泽是食品重要的物理特性之一。由表4和图7可知，LJP的添加对鱼糜凝胶的色泽具有显著的影响。随LJP添加量的增加，鱼糜凝胶的L*、a*和白度显著下降，b*显著增加（P<0.05）。L*值范围为0～100，值越小代表色泽越暗；a*值范围为−120～120，值越小代表色泽越绿；b*范围为−120～120，值越大代表色泽越黄[49]。鱼糜凝胶色泽白度、a*和b*的变化主要是由于LJP粉体本身具有海带表皮的绿色和黄色所致。因此LJP添加量越多，凝胶色泽绿度和黄度显著增加，而白度和亮度则显著降低。
表 4 不同LJP添加量的鱼糜凝胶色泽的变化Table 4. Colour changes of surimi gels with different addition amounts of LJP凝胶 L*（亮度） a*（红绿度） b*（黄蓝度） 白度 对照 76.75±0.03a −1.17±0.01a 11.96±0.03d 73.83±0.03a LJP2% 67.15±0.06b −2.60±0.01e 14.87±0.09c 63.85±0.02b LJP4% 60.29±0.09c −2.57±0.06de 15.78±0.08a 57.19±0.10c LJP6% 56.35±0.02d −2.50±0.01d 15.47±0.02b 53.62±0.01d LJP8% 53.73±1.17e −2.31±0.06c 15.48±0.02b 51.16±1.10e LJP10% 49.92±0.53f −2.17±-0.02b 14.80±0.12c 47.29±0.48f ![]()
图 7 不同LJP添加量的鱼糜凝胶截面照片Figure 7. Section photo of surimi gels with different addition amounts of LJP2.7 凝胶微观结构观察
图8为不同LJP添加量的鱼糜凝胶截面扫描电镜照片。可以看出，对照组鱼糜凝胶的内部结构比较疏松，有较大的孔洞，截面凹凸不平，切片性较差。添加LJP后，鱼糜凝胶的孔洞随LJP添加量的增加逐渐变小、内部结构更加致密。LJP8%的孔洞相对最小、内部结构致密程度相对最高，截面相对平整，切片性相对最好。裘乐芸等[5]研究认为由于鱼糜蛋白或海藻多糖在加热的过程中暴露出更多的基团，增强了二者间相互作用，也增强了凝胶网络结构及其持水能力，从而进一步增强凝胶强度。这也是LJP8%的凝胶强度、持水性、破断强度和破断距离相对最高的原因。LJP中的多糖具有很强的水和能力，并能形成良好的多糖-MP相互作用，重构后的凝胶化学作用力改变了MP结构并增强了鱼糜凝胶特性。继续提高LJP添加量，使LJP10%截面的平整度有变差的趋势，凝胶内部有相对较大的结块，这对鱼糜凝胶特性是有负面影响的。这与LJP中的纤维类物质阻碍凝胶的形成有关系。
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图 8 不同LJP添加量的鱼糜凝胶截面扫描电镜照片Figure 8. Cross-section scanning electron microscope photographs of surimi gels with different addition amounts of LJP3. 结论
在鲢鱼鱼糜中添加适量（8%以内）的LJP显著增强了鱼糜凝胶的凝胶强度和持水性。LJP中含有丰富的多糖，其中占较高比例的褐藻酸钠具有较强的吸水能力和凝胶能力，可以与鱼糜中的MP产生相互作用，显著增加了鱼糜凝胶中氢键和离子键作用力，促进鱼糜凝胶中MP二级结构向更加有序的β-折叠转化，有利于形成规则的凝胶网络，从而改善了鱼糜凝胶特性。LJP的添加有助于鱼糜溶胶经热诱导后形成更稳定的凝胶、G'显著提高，弹性凝胶特性增强，凝胶网络孔径减小，结构更加致密。但过量添加LJP，会削弱鱼糜MP之间及MP-多糖间的相互作用，引起凝胶强度下降。本研究虽然明确了LJP的添加使凝胶化学作用力和蛋白结构发生变化，并对鱼糜凝胶的形成具有显著的促进作用，但并未分析化学作用力和蛋白结构的变化具体在多糖和蛋白分子的那些特定位置（如：多糖分子的基团或蛋白分子的氨基酸残基）。在后续的研究中，应针对LJP中褐藻酸钠与MP分子间相互作用形成新化学键的具体位置来分析其对凝胶蛋白结构和特性的影响，从而进一步明晰鱼糜凝胶组分间相互作用的内在机理。综合实验结果，在鲢鱼鱼糜中添加6%～8%的LJP，可有效改善其凝胶品质。研究结果为鱼糜制品新产品开发和鱼糜凝胶品质调控技术提供理论依据。
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图 1 不同添加量的LJP对鱼糜凝胶持水性的影响
注：不同字母表示有显著性差异，P<0.05，图4同。
Figure 1. Effects of different addition amounts of LJP on water holding capacity of surimi gels
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图 2 不同添加量的LJP对鱼糜凝胶粘度和触变性的影响
Figure 2. Effects of different addition amounts of LJP on viscosity and thixotropy of surimi gels
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图 3 不同LJP添加量的鱼糜凝胶G'、G''和tanδ
Figure 3. G', G'' and tanδ of surimi gels with different addition amounts of LJP
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图 4 不同LJP添加量的鱼糜凝胶的化学作用力
Figure 4. Chemical forces of surimi gels with different addition amounts of LJP
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图 5 不同LJP添加量的鱼糜凝胶红外光谱
Figure 5. Fourier transform infrared spectroscopy of surimi gels with different addition amounts of LJP
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图 6 不同LJP添加量的鱼糜凝胶蛋白质二级结构变化
Figure 6. Protein secondary structure changes of surimi gels with different addition amounts of LJP
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图 7 不同LJP添加量的鱼糜凝胶截面照片
Figure 7. Section photo of surimi gels with different addition amounts of LJP
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图 8 不同LJP添加量的鱼糜凝胶截面扫描电镜照片
Figure 8. Cross-section scanning electron microscope photographs of surimi gels with different addition amounts of LJP
表 1 静态流变特性测试条件
Table 1 Test conditions for static rheological properties
指标 转速 （r/s） 测定时间（s） 数据点 粘度 0.000001~1 180 30 1~0.000001 180 30 触变性 0.000001~1 180 30 1~0.000001 180 30 
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表 2 不同添加量的LJP对鱼糜凝胶质构特性的影响
Table 2 Effects of different addition amounts of LJP on texture properties of surimi gels
凝胶 凝胶强度（g·cm） 硬度（g） 内聚性（mJ） 弹性（mm） 咀嚼性（mJ） 对照 187.61±6.21e 268.67±10.26e 0.38±0.10c 3.94±0.10c 0.38±0.02e LJP2% 424.39±18.21d 436.33±15.95d 0.46±0.12bc 4.56±0.14b 0.45±0.01d LJP4% 544.77±14.35c 550.67±16.50c 0.57±0.06bc 5.22±0.07a 0.47±0.01cd LJP6% 736.42±45.09b 606.33±2.31b 0.70±0.10ab 5.22±0.09a 0.51±0.02bc LJP8% 838.46±51.63a 758.00±34.39a 0.92±0.07a 5.37±0.07a 0.57±0.03a LJP10% 548.70±14.99c 542.33±17.03c 0.71±0.10ab 5.19±0.05a 0.55±0.02ab 注：用不同字母标注的相同指标表示有显著性差异，P<0.05，表3~表4同。
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表 3 不同LJP添加量的鱼糜凝胶粘度和触变环面积
Table 3 Viscosity and thixotropic ring area of surimi gels with different addition amounts of LJP
凝胶 剪切初始粘度（Pa·s） 剪切结束粘度（Pa·s） 触变环面积（Pa/s） 对照 5266.6±65.99d 2962.7±68.99c 25.74±1.05f LJP2% 13148±139.96c 6292.1±101.96b 52.79±1.02e LJP4% 15836±159.62b 6411.5±85.04b 107.23±3.54c LJP6% 15889±120.87b 8032.2±122.75a 71.13±1.65d LJP8% 16640±137.10a 8064.3±142.91a 116.23±3.01b LJP10% 15949±116.47b 6254.2±133.04b 172.20±3.25a
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表 4 不同LJP添加量的鱼糜凝胶色泽的变化
Table 4 Colour changes of surimi gels with different addition amounts of LJP
凝胶 L*（亮度） a*（红绿度） b*（黄蓝度） 白度 对照 76.75±0.03a −1.17±0.01a 11.96±0.03d 73.83±0.03a LJP2% 67.15±0.06b −2.60±0.01e 14.87±0.09c 63.85±0.02b LJP4% 60.29±0.09c −2.57±0.06de 15.78±0.08a 57.19±0.10c LJP6% 56.35±0.02d −2.50±0.01d 15.47±0.02b 53.62±0.01d LJP8% 53.73±1.17e −2.31±0.06c 15.48±0.02b 51.16±1.10e LJP10% 49.92±0.53f −2.17±-0.02b 14.80±0.12c 47.29±0.48f
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