Effects of Ionic Strength on Water-holding Capacity and Properties of Myofibrillar Protein of Antarctic Krill Meat
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摘要: 为改善南极磷虾虾肉水分易损失，质地较硬等问题，通过测定离心损失、水分分布、质构特性、肌原纤维断裂指数（Myofibril Fragmentation Index，MFI）、蛋白质表面疏水性、蛋白质组成和蛋白质二级结构等指标，研究不同离子强度的浸泡液（0.8、0.9、1.0、1.1 mol/L）和浸泡时间（1、2、4、6 h）对南极磷虾保水性和肌原纤维蛋白特性的影响。结果表明，随离子强度的增加，虾肉的蒸煮损失、离心损失和硬度先下降后升高，不易流动水增加，均显著优于对照组（P<0.05）；在同一离子强度下，虾肉的保水效果在2 h达到最佳，相比对照组，1.0 mol/L浸泡液处理组的虾肉其弹性从0.76增加到0.98，硬度从241.99 g下降到102.66 g；且虾肉的肌原纤维断裂指数达到最大，为11.43；蛋白质表面疏水性从9.85 μg下降到1.83 μg。在2 h浸泡时间下，肌动蛋白含量和β-折叠相对含量随着离子强度的增加呈先升高后降低的趋势；过高的离子强度（1.1 mol/L）会使蛋白质出现不同程度的聚集，肌纤维组织破坏较为严重，不利于形成良好的保水效果。结合感官评定，离子强度1.0 mol/L、浸泡时间为2 h时能够改善南极磷虾的保水特性，可为南极磷虾虾肉的加工提供理论依据。Abstract: To address the issues of fluid loss and tough texture in Antarctic krill meat, the impact of soaking times and solutions of varying ionic strengths (0.8, 0.9, 1.0, and 1.1 mol/L) on the properties of myofibrillar proteins (MPs) and water-holding capacity of Antarctic krill myofibrillar protein (1, 2, 4, and 6 h) was investigated in aspects of centrifugal loss, water distribution, hardness, myofibril fragmentation index (MFI), protein surface hydrophobicity, protein composition and protein secondary structure. Results demonstrated that with an increase in ionic strength, there was an initial decrease followed by an increase in cooking loss, centrifugal loss, and hardness, along with an increase in immobilized water content, superior to the control group (P<0.05). Under the same ionic strength conditions, the water-holding capacity of krill meat was demonstrated to be optimal after 2 h soaking. When the krill meat was immersed in a soaking solution with a concentration of 1.0 mol/L for 2 h, the springiness increased from 0.76 to 0.98, and the hardness reduced from 241.99 g to 102.66 g. The myofibril fragmentation index of krill meat was the highest, measuring 11.43. The protein surface hydrophobicity dropped from 9.85 μg to 1.83 μg. The protein content in β-sheet structures exhibited an initial increase followed by a subsequent drop as the ionic strength increased after a 2 h immersion period. High ionic strength of 1.1 mol/L leads to excessive protein aggregation, resulting in severe damage to the muscle fiber tissue and negatively impacting its water-holding ability. Combined with sensory evaluation, the immersion solutions with ionic strength of 1.0 mol/L and soaking duration of 2 h improved the water-retentive capacity of Antarctic krill meat, establishing a theoretical guideline for Antarctic krill meat processing.
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南极磷虾（Antarctic Krill）是南极海域重要的物种之一，不仅有助于维持南极的生态系统，而且还是一个巨大的动物蛋白库[1]。南极磷虾肉形体小，热处理会使南极磷虾肉失水严重和硬度增加，造成品质劣化，感官接受度差[2]。肌原纤维蛋白是肌肉中的主要蛋白质，与其保水特性密切相关，因此有必要研究保水剂对肌原纤维蛋白的影响[3]。无磷盐类保水剂主要有Na2CO3、NaHCO3、柠檬酸钠、乳酸钠和NaCl等，这类保水剂可增加肌肉的pH和离子强度，使其偏离蛋白质的等电点来提高肌肉的保水能力。其中柠檬酸钠能螯合金属离子，使其肌肉蛋白结构发生松弛来提高其持水能力[4−5]。王荣等[6]使用0.8%柠檬酸钠、0.4%NaHCO3和0.4%Na2CO3复合处理冷冻鮰鱼鱼排，能够显著降低鱼肉的解冻和蒸煮损失率。目前关于南极磷虾的研究主要在南极磷虾油和肽等方面，而对于南极磷虾肉保水特性和物化品质研究较少。
肌原纤维蛋白（Myofibrillar Protein，MP）是肉类加工的主要功能性蛋白[7]。介质中的离子种类和强度、pH和热加工条件等因素都能影响其功能，离子强度（Ionic Strength，IS）是一个主要因素，与保水特性和凝胶的变化密切相关[8]。然而pH也会影响肌肉蛋白质净电荷产生变化，随之其保水性发生改变[9]。Zhang等[10]提出，Cl−能选择性地结合到肌球蛋白细丝的疏水区域，会导致其持水性的变化。在肉类体系中添加相对较高的离子强度（含1.0~1.5 mol的NaCl），可增加其肌肉组织的保水能力[11]。而目前离子强度对南极磷虾保水特性的影响鲜有研究。
因此，本研究探讨不同离子强度（0.8、0.9、1.0、1.1 mol/L）浸泡（1、2、4、6 h）对南极磷虾的pH、持水力、蒸煮损失、水分分布和微观组织结构的影响来探究南极磷虾虾肉保水特性的变化；通过测定肌原纤维断裂指数和表面疏水性、蛋白质组成和蛋白质二级结构的变化来进一步探究离子强度对南极磷虾肌原纤维蛋白特性的变化，为改善南极磷虾虾肉的加工特性提供其理论依据。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
碳酸钠（食品级） 河南圣斯德实业有限公司；碳酸氢钠（食品级） 浙江一诺生物科技有限公司；柠檬酸钠（食品级） 河南万邦化工科技有限公司；氯化钠 中盐国本盐业有限公司；南极磷虾肉 大连辽渔远洋食品有限公司；戊二醛固定液（2.5%）、无水乙醇、磷酸二氢钠、酒石酸钾钠、磷酸氢二钠、氯化钠、溴酚蓝 均为分析纯，购于国药化学试剂有限公司。
TA.XT.plus质构仪 英国SMS公司；Frontier傅里叶变换红外光谱仪 日本铂金埃尔默仪器有限公司；LC-1.0冷冻干燥机 沈阳航空信阳速冻厂；CP100NX高速冷冻离心机 株式会社日立制作所；M1N1 MR核磁共振分析仪 上海纽迈电子科技有限公司；JSM-7800F热场发射扫描电镜 日本电子株式会社。
1.2 实验方法
1.2.1 样品制备
冻藏南极磷虾肉冰箱4 ℃过夜解冻，如表1所示，根据离子强度计算公式IS=12[C(阴离子)∙Z2+C(阳离子)⋅Z2]计算出不同组别的离子强度（IS），C为浸泡液中离子的质量摩尔浓度（mol/L），Z为浸泡液中离子所带的电荷数。按照料液比=1:2.5（g/g）的比例用去离子水分别制备浸泡液，称取一定质量的南极磷虾肉置于浸泡液中浸泡，4 ℃环境下浸泡时间分别为1、2、4和6 h，以未浸泡为对照组别。浸泡完成后将南极磷虾肉水分沥干，置于沸水中漂烫15 s，放凉至室温后备用。
表 1 不同组别中南极磷虾浸泡液的离子强度（IS）Table 1. Ionic strength of Antarctic krill immersion solution in different groups组别 浸泡液组成 离子强度（IS）（mol/L） C − 0 ST1 0.6%Na2CO3、0.6%NaHCO3、0.8%柠檬酸钠 0.8 ST2 0.6%Na2CO3、0.6%NaHCO3、0.8%柠檬酸钠、0.5%NaCl 0.9 ST3 0.6%Na2CO3、0.6%NaHCO3、0.8%柠檬酸钠、1.0%NaCl 1.0 ST4 0.6%Na2CO3、0.6%NaHCO3、0.8%柠檬酸钠、1.5%NaCl 1.1 1.2.2 pH测定
将哈斯等[12]的方法进行适当修改。称10 g处理好的样品，加入100 mL的蒸馏水混匀后6000 r/min匀浆1 min，4 ℃条件下静置时间为1 h，用pH计测定其值。
1.2.3 离心损失率测定
根据张杰等[13]的方法进行适当的修改，准确称取5.00 g的南极磷虾样品用不同离子强度的浸泡液在4 ℃环境下进行浸泡，料液比均为1:2.5，浸泡时间分别为1、2、4和6 h，未浸泡的为对照组，浸泡结束后，进行冲洗后再放入沸水中漂烫15 s，待恢复到室温时，用滤纸仔细包好放入10 mL离心管，4 ℃条件下5000 r/min离心15 min，南极磷虾虾肉的离心损失率按以下公式进行计算。
离心损失率(%)=m1−m2m1×100 (1) 式中：m1，初始南极磷虾肉的质量，g；m2，离心后的质量，g。
1.2.4 蒸煮损失率测定
根据吴亮亮等[14]的方法进行适当的修改，称取10 g的南极磷虾肉在4 ℃环境下不同离子强度的浸泡液中浸泡，浸泡后的南极磷虾装于蒸煮袋中，置于90 ℃恒温水浴锅，加热30 min后取出待恢复室温后，用滤纸吸去南极磷虾肉表面的水分称重。计算公式如下。
蒸煮损失率(%)=加热前的质量(g)−加热后的质量(g)加热前的质量(g)×100 (2) 1.2.5 水分分布测定
根据Shao等[15]的方法进行适当的修改。用不同离子强度浸泡不同时间的南极磷虾肉放入沸水中漂烫15 s，放凉至室温后，再放入低场核磁成像分析仪中，再用CP-MG序列采集样品横向弛豫信号。信号采集参数：90°和180°脉冲时间分别为10 μs和50 μs，重复采样等待时间3000 ms，RG1为10，DRG1为1，PRG为2，NECH为3500，NS为8。测定后每个样品进行反演，进而得到样品的弛豫时间与相关的峰面积比例，即弛豫时间可分为T2b、T21和T22，与之相关的峰面积比例为P2b、P21和P22。
1.2.6 全质构分析测定
依据Lobo等[16]的方法做了适当修改。称取浸泡完质量一致的南极磷虾虾肉，将虾肉装入盒中，保持虾肉高度一致，采用TA.XT.plus物性分析仪，利用平底柱头P/0.5（直径为 5 mm），对南极磷虾肉进行2次TPA模式压缩测试，测试条件为：测试前速度为2 mm/s，测试速度为2 mm/s，测试后速度5 mm/s，压缩程度是50%，连续两次下压，平行测定六次。
1.2.7 感官评价
将Chen等[17]的方法稍作修改，选择10名经验较为丰富的感官人员进行对色泽、口感、组织弹性和形态以及整体接受度进行感官评价，具体评分标准见表2，其中0表示未感受到该属性，数值越大代表感受该属性越强烈。
表 2 不同离子强度浸泡南极磷虾肉感官评价Table 2. Sensory evaluation of Antarctic krill meat soaked with different ionic strength指标 感官方式 评分标准 分值 色泽
（20%）观察虾肉外观 色泽均匀一致，颜色呈粉色
色泽较均匀，颜色呈淡粉色
色泽不均匀，颜色呈白色15~20
7~14
0~6组织弹性
（20%）用手轻轻按压，感受虾肉的回弹性 紧实富有弹性
较有弹性
无弹性15~20
7~14
0~6组织形态
（20%）观察虾肉截面组织外观 肌肉组织紧密
肌肉组织较紧密，但不松散
肌肉组织不紧密，松散15~20
7~14
0~6口感
（20%）通过咀嚼10 s左右感受熟虾肉适口、粘聚性 弹韧性好，咀嚼性好，多汁性好
弹韧性，咀嚼性一般，多汁性一般
没有弹韧性，发柴，多汁性差15~20
7~14
0~6整体接受度
（20%）综合评价 可接受度高
可接受度一般
不接受15~20
7~14
0~61.2.8 苏木精-伊红染色
根据陈礼福等[18]的方法进行修改。在4 ℃条件下，将处理好的磷虾肉置于4%的戊二醛溶液中固定24 h。取出已固定好的虾肉组织进行包埋切片。其切片进行苏木精-伊红染色处理，用显微镜观察虾肉组织结构变化。
1.2.9 微观结构
根据Hu等[19]的方法稍作修改。选择样品规则一致的虾肉，置于2.5%戊二醛（pH7.4）固定2 d，用浓度为0.1 mol/L的磷酸盐缓冲溶液清洗3次，分别使用浓度为40%、50%、70%、80%、90%、100%的乙醇溶液进行依次梯度洗脱15 min，洗脱完的南极磷虾虾肉进行冷冻干燥，喷金镀膜，在扫描电子显微镜进行微观结构扫描。
1.2.10 肌原纤维蛋白提取
参照Sun等[20]的方法进行适当修改。将大约5 g南极磷虾肌肉样品放入40 mL的0.1 mol/L磷酸缓冲溶液（pH7.0，含有0.1 mol/L的NaCl、2 mmol/L的MgCl2和1 mmol/L的EGTA）中，将样品放在冰浴中10000 r/min均质1 min。4 ℃条件下8500 r/min离心10 min，以上重复两次，去除上清液，然后将8倍体积（含0.6 mol/L NaCl）pH为7.0的磷酸缓冲液加入到沉淀中，10000 r/min均质1 min后，放入4 ℃冰箱静置1 h，8500 r/min离心20 min。其上清液为南极磷虾肌原纤维蛋白溶液，将牛血清白蛋白（Bovine Serum Albumin，BSA）作为标准蛋白浓度，采用双缩脲法测定上清液浓度。
1.2.11 肌原纤维断裂指数
实验参照Cheng等[21]的方法并根据实验需要做了适当修改。将所提取肌原纤维蛋白浓度稀释至0.5 mg/mL，吸取200 μL稀释液用酶标仪测定其在540 nm下的吸光值（A540）。
MFI=A540×200 (3) 式中：MFI表示肌原纤维断裂指数；A540表示540 nm下的吸光值；200=100/C（蛋白质浓度，mg/mL）。
1.2.12 蛋白质表面疏水性
参照唐欣颖等[22]方法做了适当修改。在室温下，将0.2 mL的1 mg/mL溴酚蓝（Bromophenol Blue，BPB）溶液加入到1 mL肌原纤维蛋白溶液（1 mg/mL）中充分混合。混合溶液在4 ℃ 6500 r/min离心10 min。取上清液200 μL稀释10倍，595 nm波长下测定吸光度值，用pH7.0的磷酸缓冲液（10 mmoL/L）代替蛋白溶液的吸光度值为空白对照吸光度。肌原纤维蛋白表面疏水性可用溴酚蓝结合量（μg）来表示，使用以下公式计算。
溴酚蓝结合量(μg)=A0−A1A0×200 (4) 式中：A0，空白对照吸光度；A1，样品吸光度。
1.2.13 十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳
参照邓少颖等[23]的方法做了适当修改，称取冻干后的5 mg虾肉，加入1 mL 5%十二烷基硫酸钠（Sodium Dodecyl sulfate，SDS）溶液和0.01 mL β-巯基乙醇混合振荡过夜，85 ℃水浴60 min，上样前离心15 min，采用10%丙烯酰胺的分离胶和5%的浓缩胶。上样量为15 μL。浓缩胶中采用恒压80 V，进入分离胶后恒压120 V，直至电泳结束。用考马斯亮蓝过夜染色，进行脱色和拍照。
1.2.14 蛋白质二级结构
根据Yang等[24]的方法做了适当修改，将制备好的南极磷虾虾肉进行冷冻干燥，冻干后的样品称取1 mg，加入100 mg无水溴化钾进行充分混合，加压后形成溴化钾压片。利用傅里叶变换红外光谱仪在波数4000~400 cm−1内扫描，得到红外光谱。其蛋白质二级结构相对含量的变化使用OMNIC软件分析。
1.3 数据处理
实验平行测定3次，测定结果表示为平均值±标准差。采用IBM SPSS统计软件进行显著性分析（P<0.05，差异显著），并采用Origin 2021软件进行绘制分析图表。
2. 结果与分析
2.1 离子强度对南极磷虾肉pH的影响
南极磷虾蛋白质的等电点为pH4.6，此时蛋白质分子因没有相同电荷的排斥而凝聚沉降[25]。不同离子强度和浸泡时间对南极磷虾pH的影响如图1所示，由图1可知，不同离子强度处理的南极磷虾肉pH与C组具有显著差异（P<0.05），pH随浸泡时间的增加呈先上升后趋于平缓的趋势，且在2~4 h无显著性差异（P>0.05）。在浸泡2 h时，ST1处理组、ST2处理组、ST3处理组和ST4处理组pH均显著提高，分别可达到9.84、9.87、9.89和9.96，较pH为7.47的对照组分别提高了2.37、2.40、2.42和2.59。pH随离子强度的增加呈上升趋势，这可能是柠檬酸钠、Na2CO3、NaHCO3制备的浸泡液呈碱性，进而增大了虾肉的pH。
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2.2 离子强度对南极磷虾肉离心损失率的影响
如图2所示，经过处理的南极磷虾肉与C组相比离心损失显著减少（P<0.05）。ST1处理组离心损失随浸泡时间的增加先下降（P<0.05）后趋于平缓，离心损失率下降的原因可能是Na2CO3、NaHCO3、柠檬酸钠可以提高浸泡液的pH，使其呈碱性具有缓冲作用，另一方面可能是浸泡液中其离子态可以螯合金属离子，增大肌肉蛋白质之间的排斥力，使得离心损失率下降[13]。ST2处理组、ST3处理组和ST4处理组，随浸泡时间增加，离心损失率呈现先减少后增加的趋势（P<0.05）。ST2处理组离心损失在4 h达到最低，为46.80%。ST3和ST4处理组离心损失在2 h达到最小，分别为43.00%和48.20%。离心损失率减少可能是由于Cl−与肌球蛋白丝的优先结合，因为Cl−可能不仅会被吸收到肌球蛋白丝的外表面，还会被吸收到肌球蛋白丝的空隙中，使其持水能力增加[26]。浸泡时间2 h后离心损失率升高，可能是蛋白质吸收自由水能力达到饱和，离心损失率升高。同一浸泡时间下，离心损失率随离子强度的增加呈先下降后上升的趋势（P<0.05），离心损失率下降的原因可能是Cl−与蛋白质上的阳离子侧基（R-NH3+）的强亲和力结合，降低了蛋白质之间的静电吸引力，从而避免了蛋白质聚集，使其持水性增加[27]。
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图 2 离子强度和浸泡时间对南极磷虾离心损失率影响Figure 2. Effects of ionic strengths and soaking time on centrifugal loss rate of Antarctic krill2.3 离子强度对南极磷虾肉蒸煮损失率的影响
不同离子强度和浸泡时间对南极磷虾蒸煮损失的影响如图3，由图3可知，经过处理的南极磷虾肉与C组蒸煮损失率相比显著减少（P<0.05），蒸煮损失下降表明了不同离子强度浸泡处理在一定程度上降低了南极磷虾肉的蒸煮损失，提高其持水能力[27]。ST1处理组随浸泡时间增加，蒸煮损失率呈先下降后趋于平缓（P<0.05），ST2、ST3和ST4处理组浸泡处理后蒸煮损率失呈先下降后上升（P<0.05），各处理组浸泡2 h蒸煮损失率最少，分别为37.53%、36.70%、31.60%和36.16%。各处理组浸泡时间延长至4 h和6 h，蒸煮损失率显著增加，但均优于C组的蒸煮损失率（P<0.05）。在同一浸泡时间内，不同离子强度浸泡的蒸煮损失率呈先下降后上升的趋势（P<0.05），ST3处理组浸泡2 h时蒸煮损失率达到最低，为31.60%。该结果表明，适当的盐含量有利于提高肉制品的保水性，这可能是由于在NaCl的作用下，增大了离子强度，使得蛋白质静电排斥力增加，导致肌原纤维发生膨胀，进而增加了蛋白质的水合作用[14]。虾肉在浸泡过程中，较高的pH能增加蛋白质的净负电荷，进而增强其蛋白分子间静电斥力和水合能力，最终提高其水分含量[28−29]。
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图 3 离子强度和浸泡时间对南极磷虾蒸煮损失率的影响Figure 3. Effects of ionic strength and soaking time on cooking loss rate of Antarctic krill2.4 离子强度对南极磷虾肉水分分布的影响
图4显示了不同离子强度和浸泡时间处理下南极磷虾在0.01~10000.00 ms的T2弛豫特征峰的3个主峰，这三个峰代表了南极磷虾肉中3种不同状态水，其中，T2b（0.01~10 ms）表示结合水，T21（10~100 ms）表示不易流动水；T22（100~1000 ms）表示自由水。在T2驰豫特征图中，弛豫时间越短与水分流动性成正比，即弛豫时间越短，结合水与体系结合的更紧密，使得保水性越好[30]。不同离子强度和浸泡时间对南极磷虾水分分布的影响如图4所示，从图4可以看出不易流动水的弛豫时间T21显著增大，且随着浸泡时间的增大而持续向右偏移，不易流动水的峰末端逐渐向自由水的峰起点靠拢，这说明经过不同离子强度浸泡处理的南极磷虾肉中细丝间距膨胀到最大值，因此暴露出更多的大分子作为水结合的位置，这部分水的自由度和流动性显著增加[31]。从表3峰面积比例上看，经过不同离子强度浸泡处理可以使南极磷虾中的自由水向不易流动水和结合水转化。ST1处理组、ST2处理组、ST3处理组和ST4处理组与C组相比不易流动水显著增加，各处理组随着浸泡时间的增加，不易流动水的峰面积比例呈先增加后减小的趋势（P<0.05）。当浸泡时间达到2 h时，峰面积比例最大，分别为89.97%、90.57%、92.28%和92.10%。一部分可能是由于Cl−可以结合肌肉蛋白质中带正电荷的基团，增强了蛋白质分子的静电排斥力，降低了肌原纤维蛋白分子间的内聚力，增加了结合不易流动水的能力，这能导致肌肉纤维的松弛，进而提高其保水性[15]。还可能是因为较高的pH会增强肌肉蛋白质静电效应，促进肌肉中蛋白质与水之间更强的结合[32]。
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图 4 离子强度和浸泡时间对南极磷虾水分迁移的影响注：A~D依次为ST1、ST2、ST3、ST4处理组。Figure 4. Effects of ionic strength and soaking time on water migration of Antarctic krill表 3 离子强度和浸泡时间对南极磷虾水分含量的影响Table 3. Effects of ionic strength and soaking time on the moisture content of Antarctic krill水分相对
百分含量对照组（C） 处理组 浸泡时间（h） 1 2 4 6 P2b（%） 9.15±0.91Ba ST1 8.33±0.48Aa 8.30±0.26Aa 9.37±0.24Aa 9.41±1.08Aa 11.23±0.41Aa ST2 6.40±0.37Bbc 5.63±0.97Bc 7.50±0.67Bb 7.36±0.20Bb 7.84±0.77Ca ST3 5.87±0.86Bb 5.73±0.53Bb 4.97±0.40Cb 5.48±1.93Cb 7.14±0.74Ca ST4 1.98±0.59Cd 3.52±0.12Cc 3.84±0.35Dc 5.83±0.25Cb P21（%） 85.26±0.64Bd ST1 88.39±0.41Bb 89.97±0.59Da 88.52±0.11Cb 87.05±0.36Bc 82.59±0.84Cd ST2 86.75±0.31Cc 90.57±0.57Ca 88.41±0.21Cb 86.91±0.17Bc 89.03±0.40Ac ST3 90.62±0.29Ab 92.28±0.11Aa 90.01±0.41Ab 87.06±0.54Bd 89.58±0.11Ad ST4 90.50±0.37Ab 92.10±0.19Aa 89.66±0.30Bc 88.41±0.39Ae P22（%） 5.60±0.75Ba ST1 3.29±0.16Cbc 1.72±0.39Cd 2.10±0.26Dcd 3.54±1.17Cb 6.18±0.82Aab ST2 6.85±0.30Ba 3.80±0.53Bc 4.10±0.49Cc 5.74±0.34Bb 3.13±0.90Cc ST3 3.51±1.13Cbc 1.99±0.59Cc 5.02±0.30Bb 7.47±1.41Aa 3.27±0.75Cd ST4 7.52±0.94Aa 4.37±0.19Ac 6.50±0.06Aab 5.76±0.14Bb 注：不同小写字母表示同一离子强度下不同浸泡时间差异显著（P<0.05）；不同大写字母表示同一时间点不同离子强度差异显著（P<0.05）。 2.5 离子强度对南极磷虾肉对质构的影响
质构特性的变化可能与水分的散失密切相关，从而影响其经济价值[33]。不同离子强度和浸泡时间对南极磷虾肉硬度和弹性的影响见图5，如图5A所示，与C组的南极磷虾肉相比，用不同离子强度浸泡后的磷虾肉硬度显著下降（P<0.05），各处理组随着浸泡时间的延长，南极磷虾肉的硬度先下降（0~2 h）后上升（2~6 h）（P<0.05），硬度下降可能是因为其肌纤维部分断裂或开始松弛，导致其肉质变软，硬度下降[34]。同一浸泡时间下，硬度随离子强度的增加呈先下降后上升趋势（P<0.05）。硬度上升的原因可能是ST4处理组中过多的NaCl进入到南极磷虾肉中，抑制了其内源抗氧化酶的活性，使肌原纤维更容易受到自由基和其他促氧化因子，导致其蛋白质结构发生聚集[16]。图5B所示，弹性随浸泡时间的延长呈先上升后下降的趋势（P<0.05），各处理组在2 h弹性达到最大，分别为0.87、0.88、0.98和0.86。虾肉在浸泡0~2 h弹性上升可能是由于蛋白质表面吸收水合离子物质能产生水合力，在蛋白质结构表面周围的水层能产生这种水合力[8]，也可能是由于pH和离子强度的增加，增加了其肌球蛋白溶解度，继而提高了其保水性[6]。同一浸泡时间下，弹性随浸泡液离子强度的增加呈先上升后下降的趋势（P<0.05）。ST3处理组浸泡2 h弹性达到最大。可能是在ST3处理组浸泡2 h下吸收水合离子最多，肌原纤维蛋白的负电荷增加了蛋白质之间的静电斥力，弹性上升。虾肉在浸泡处理的过程中，由于其电荷增多导致肌肉内部的静电斥力增大，减小了使肌肉组织内部的结合力，进而其质构特性发生变化[35]。
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图 5 离子强度和浸泡时间对南极磷虾硬度（A）和弹性（B）影响Figure 5. Effects of ionic strength and soaking time on the hardness (A) and springiness (B) of Antarctic krill2.6 离子强度对南极磷虾肉感官评定的影响
不同离子强度浸泡的南极磷虾肉感官评价结果如图6所示，各处理组的整体接受度都高于C组，其中，ST3处理组感官评分最高，为17.67分，可能是由于盐类物质（NaCl、Na2CO3、NaHCO3和柠檬酸钠）浸泡液能螯合金属离子，增加了离子强度和pH，促进其肉类的保水能力[6]。从而改善了南极磷虾肉的组织弹性和形态。从口感这一指标可看出，ST3处理组浸泡的南极磷虾口感最好，而ST4处理组浸泡的南极磷虾口感破坏较为严重，说明用适当的离子强度浸泡液处理南极磷虾肉能提高其多汁性，可能是带正电的蛋白质与Cl−结合，从而使其等电点偏离，蛋白质带净负电荷使得其静电排斥力的增加，保水性增加[18]。结果表明用不同离子强度的浸泡液处理能改善南极磷虾虾肉的口感和组织结构。
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图 6 离子强度对南极磷虾感官品质影响Figure 6. Effects of ionic strength on the sensory quality of Antarctic krill2.7 离子强度对南极磷虾肉肌纤维组织的影响
图7为不同离子强度浸泡南极磷虾肉组织变化，从图A可观察到，南极磷虾肉未浸泡时，其肌原纤维整齐连贯且比较紧密（红色染色），肌原纤维之间可观察到一些小空隙（白色区域），经过用不同离子强度的浸泡液浸泡后，图B和图C中可以观察到间隙稍大，图D可观察到南极磷虾肌肉组织间隙明显增大、肌肉纤维结构由致密趋于疏松。可能是在肌原纤维中存在大量的Cl−，导致其负电荷含量增加，产生更多的静电排斥力，肌原纤维发生膨胀，水分流失减少，其保水性增加[14]。也可能是因为柠檬酸钠与NaHCO3共同添加能更好地螯合其肌动球蛋白中的金属离子，使其肌肉中蛋白质形成紧致和稳定的三维网状结构，提高其保水能力[36]。图E中观察到明显的肌纤维小片化现象，南极磷虾肌肉结构发生破坏。组织结构劣变会降低肌肉的持水性，弱化肌肉和水的结合能力，使水分发生迁移，最终导致肌肉质地过于软化进而不利于持水[37]。
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图 7 不同离子强度处理的南极磷虾肌纤维组织HE染色图注：A~E依次为C、ST1、ST2、ST3、ST4处理组（20×）。Figure 7. HE staining of Antarctic krill myofiber tissues with different ionic strength treatment2.8 离子强度对南极磷虾肉微观结构的影响
不同离子强度浸泡南极磷虾肉微观结构如图8所示，同一浸泡时间内，C组结构没有规则，ST1处理组和ST2处理组孔洞较少且空隙较大，并开始发生变化，肌肉组织壁开始增厚且空隙变小，ST3处理组结构致密，孔洞较多。从E1图中可以观察到ST4处理组处的孔洞大小呈现无规则的状态，其空隙间分布散乱且不均匀。从E2观察到肌肉组织壁最厚。结构孔洞多少的排序为D组（ST3）>E组（ST4）>C组（ST2）>B组（ST1）>A组（C）。这与南极磷虾持水性密切相关，Na2CO3、NaHCO3、柠檬酸钠和NaCl的加入可能是通过蛋白质疏水作用进入到蛋白质中，通过分子间交联构建紧密的网络结构，在加热过程中形成二硫键，导致更多的水分包裹在网络结构中，从而提高水分含量[19]。Zhou等[38]的研究也表明，柠檬酸盐等保水剂极大地促进蛋白质分子间的相互作用，形成更均匀的肌肉蛋白质网络结构，提高其持水能力。与C组相比，南极磷虾肌肉组织壁随着离子强度的增加而增厚，空隙变小。这可能是NaCl的添加使得肌原纤维膨胀，大量Cl−被束缚在肌原纤维中，Na+则在肌丝蛋白周围形成离子云将其包裹，当肌动蛋白膨胀时，肌球蛋白从肌原纤维蛋白中分离出来，在肉的表面形成一种黏性渗出物，将自由水固定，从而增强了肉的黏结性及持水力[39]。也可能是添加柠檬酸钠等无磷保水剂会引起蛋白质结构发生变化，促进肌肉细胞中离子的释放，导致离子官能团位置的变化，有效改变其pH，增加其保水性[36]。结果表明，四个处理组浸泡南极磷虾均能改善南极磷虾的持水能力，但ST3处理组的作用效果最明显。
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图 8 离子强度对南极磷虾微观结构影响注：1：2000×；2：10000×。Figure 8. Effects of ionic strength on the microstructure of Antarctic krill2.9 离子强度对南极磷虾肉肌原纤维断裂指数的影响
由图9可知，随着浸泡处理的进行，各处理组的肌原纤维断裂指数与C组相比明显增加（P<0.05）。随浸泡时间延长，ST1处理组、ST2处理组、ST3处理组和ST4处理组肌原纤维断裂指数均呈先增加后减少的趋势（P<0.05），ST1、ST2和ST4处理组浸泡2 h和4 h时肌原纤维断裂指数达到最大，但没有显著性变化（P>0.05）。ST3处理组浸泡2 h时肌原纤维断裂指数达到最大，为11.43。其肌原纤维断裂指数增加可能是因为NaCl促使肌动球蛋白解离为肌球蛋白和肌动蛋白，肌原纤维蛋白断裂呈不同数目的肌节小片，使其肌原纤维间隙变大，增加了暴露于外界的结构接触氧的机会，从而加剧了小片化的速率[40]。当浸泡2 h时，肌原纤维断裂指数随离子强度的增加呈先增加后减少的趋势（P<0.05），并在ST3处理组达到最大，肌原纤维断裂指数增加，可能是因为经过浸泡液处理后，南极磷虾蛋白质结构部分展开，使其暴露出更多的自由亲水基团，促进肌球蛋白和肌动蛋白的溶解来增加其保水性[21]。
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图 9 离子强度和浸泡时间对南极磷虾肌原纤维断裂指数影响Figure 9. Effects of ionic strength and soaking time on the myofibril fragmentation index of Antarctic krill2.10 离子强度对南极磷虾虾肉蛋白质表面疏水性的影响
蛋白质表面疏水性指数可间接地反映出蛋白质水合作用，蛋白表面疏水性数值越低，说明结合水的能力越强[41]。不同离子强度和浸泡时间对南极磷虾肌原纤维蛋白表面疏水性的影响如图所示，由图10可观察到经过浸泡的各处理组与C组表面疏水性显著下降（P<0.05），可能是因为浸泡液呈碱性，提高了虾肉的pH，使其蛋白质所带的负电荷增加，静电斥力增加使其肌原纤维间距增大，肌纤维结构变松弛，其保水能力得到提高[42]。ST1处理组、ST2处理组、ST3处理组和ST4处理组随浸泡时间的延长呈先下降后上升的趋势，并在2 h达到最小（P<0.05），分别为5.49、2.47、1.83和2.94 μg。南极磷虾肌原纤维蛋白的表面疏水性指数下降，这可能是因为水分子与蛋白质中的亲水基团结合，使其暴露的疏水性残基被修饰或重新嵌入形成的蛋白质聚集体中[43]。当浸泡时间到达4 h时，南极磷虾肌原纤维蛋白的表面疏水性指数显著增加，表明肌原纤维蛋白的构象再次发生变化，疏水性残基进一步暴露出来。同一浸泡时间下，表面疏水性随离子强度的增加呈先下降后上升的趋势（P<0.05），ST3处理组在浸泡2 h时达到最小（P<0.05）。主要是NaCl使肌原纤维蛋白分子静电荷增加，周围的亲水基团与水分子结合使其疏水基团掩埋于蛋白质内部，进而造成蛋白质表面疏水性的降低[44]。
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图 10 离子强度和浸泡时间对南极磷虾肌原纤维蛋白表面疏水性影响Figure 10. Effects of ionic strength and soaking time on the surface hydrophobicity of myofibrillar protein of Antarctic krill2.11 离子强度对南极磷虾肉SDS-PAGE的影响
蛋白质重要条带主要包括肌球蛋白重链（MHC，200 kDa）、肌动蛋白（Actin，42 kDa）、肌钙蛋白（TroponinT，37 kDa）、原肌球蛋白（Tropomysin，35 kDa）以及肌球蛋白轻链（MLC，25 kDa）。在SDS-PAGE凝胶电泳试验中可以常规宽分子质量Marker作为参比，操作相对简便，故常以肌动蛋白含量表征肌动球蛋白解离情况[23]。肌原纤维蛋白的降解和肌动球蛋白的解离都可以改善肉的嫩度，肌动球蛋白解离为肌动蛋白和肌球蛋白，能破坏紧密的肌原纤维结构，可增强肉的嫩度[45]。图11为不同离子强度浸泡南极磷虾肉SDS-PAGE凝胶电泳图，各处理组均无碎条带且完整清晰，说明不同离子强度的浸泡液均未破坏蛋白亚基的组成。随着离子强度的增大以及pH的改变，不同处理组之间的肌动球蛋白条带（Actin，42 kDa）粗细和深浅有显著的差别，即肌动蛋白条带先变宽后变窄。在ST3处理组中肌动蛋白条带最粗，且与C组和ST4处理组差异显著，肌动蛋白含量最高。这可能是由于不同离子强度下的浸泡液能使肌动蛋白溶出，肌动蛋白游离出来，在电泳蛋白条带中主要表现为肌动蛋白条带增粗。
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图 11 离子强度对南极磷虾SDS-PAGE影响Figure 11. Effects of ionic strength on Antarctic krill SDS-PAGE2.12 离子强度对南极磷虾肉蛋白质二级结构相对含量的影响
傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FTIR）特定区域在图中用阴影标记，包括水带（3500~3000 cm−1）和酰胺I带（1700~1600 cm−1），通过傅里叶去卷积可定量分析蛋白质的酰胺Ⅰ带的二级结构，包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲，在特定区域中，水区大多含有水合和非水合蛋白质N-H基团的特征振动和O-H伸缩振动，被认为与肌肉蛋白的水结合能力呈正相关[24]。从图12A中可观察到ST2处理组浸泡的南极磷虾肉吸收峰最大，说明该离子强度浸泡下的南极磷虾肌肉蛋白水结合能力最强。不同离子强度浸泡对南极磷虾的蛋白质二级结构相对百分含量的影响如图12B所示。由图12B可知，随离子强度的增加，β-折叠含量呈先增加后降低的趋势，在ST2处理组和ST3处理组达到最多，但两者没有显著性差异（P>0.05），而α-螺旋、无规则卷曲和β-转角无显著性变化（P>0.05）。这可能是由于蛋白质中的正电荷与Cl−结合以及加入NaHCO3和柠檬酸钠使其肌肉pH呈碱性，增加肌原纤维蛋白质的静电斥力，蛋白质的结构展开，使得更多水进入肌原纤维中，增强其保水性[27,46]。
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图 12 离子强度对南极磷虾FTIR谱图（A）和蛋白质二级结构相对含量（B）影响注：不同小写字母表示不同组间差异显著（P<0.05）。Figure 12. Effects of ionic strength on the FTIR spectra (A) and relative protein secondary structure content (B) of Antarctic krill3. 结论
本研究探讨了不同离子强度的浸泡液和浸泡时间对南极磷虾肉保水特性的影响。结果表明，虾肉的蒸煮损失、离心损失、硬度随离子强度增加显著下降，可以改善南极磷虾虾肉的水分流失。但过高的离子强度（1.1 mol/L）会使肌原纤维断裂指数和蛋白质β-折叠相对含量呈现下降的趋势，保水能力下降，导致其硬度增加。在浸泡2 h时，ST3处理组中肌动球蛋白解离，肌动蛋白含量增多，改善了水分分布，显著增强了南极磷虾肉的保水能力。综合考虑，离子强度和pH的变化会改变南极磷虾热处理后的品质变化，南极磷虾肉加入ST3处理组（0.6%Na2CO3、0.6%NaHCO3、0.8%柠檬酸钠和1.0%NaCl）浸泡2 h时可显著提高其保水能力。本研究对南极磷虾虾肉产品的加工及开发具有重要的参考意义。
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图 2 离子强度和浸泡时间对南极磷虾离心损失率影响
Figure 2. Effects of ionic strengths and soaking time on centrifugal loss rate of Antarctic krill
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图 3 离子强度和浸泡时间对南极磷虾蒸煮损失率的影响
Figure 3. Effects of ionic strength and soaking time on cooking loss rate of Antarctic krill
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图 4 离子强度和浸泡时间对南极磷虾水分迁移的影响
注：A~D依次为ST1、ST2、ST3、ST4处理组。
Figure 4. Effects of ionic strength and soaking time on water migration of Antarctic krill
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图 5 离子强度和浸泡时间对南极磷虾硬度（A）和弹性（B）影响
Figure 5. Effects of ionic strength and soaking time on the hardness (A) and springiness (B) of Antarctic krill
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图 6 离子强度对南极磷虾感官品质影响
Figure 6. Effects of ionic strength on the sensory quality of Antarctic krill
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图 7 不同离子强度处理的南极磷虾肌纤维组织HE染色图
注：A~E依次为C、ST1、ST2、ST3、ST4处理组（20×）。
Figure 7. HE staining of Antarctic krill myofiber tissues with different ionic strength treatment
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图 8 离子强度对南极磷虾微观结构影响
注：1：2000×；2：10000×。
Figure 8. Effects of ionic strength on the microstructure of Antarctic krill
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图 9 离子强度和浸泡时间对南极磷虾肌原纤维断裂指数影响
Figure 9. Effects of ionic strength and soaking time on the myofibril fragmentation index of Antarctic krill
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图 10 离子强度和浸泡时间对南极磷虾肌原纤维蛋白表面疏水性影响
Figure 10. Effects of ionic strength and soaking time on the surface hydrophobicity of myofibrillar protein of Antarctic krill
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图 11 离子强度对南极磷虾SDS-PAGE影响
Figure 11. Effects of ionic strength on Antarctic krill SDS-PAGE
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图 12 离子强度对南极磷虾FTIR谱图（A）和蛋白质二级结构相对含量（B）影响
注：不同小写字母表示不同组间差异显著（P<0.05）。
Figure 12. Effects of ionic strength on the FTIR spectra (A) and relative protein secondary structure content (B) of Antarctic krill
表 1 不同组别中南极磷虾浸泡液的离子强度（IS）
Table 1 Ionic strength of Antarctic krill immersion solution in different groups
组别 浸泡液组成 离子强度（IS）（mol/L） C − 0 ST1 0.6%Na2CO3、0.6%NaHCO3、0.8%柠檬酸钠 0.8 ST2 0.6%Na2CO3、0.6%NaHCO3、0.8%柠檬酸钠、0.5%NaCl 0.9 ST3 0.6%Na2CO3、0.6%NaHCO3、0.8%柠檬酸钠、1.0%NaCl 1.0 ST4 0.6%Na2CO3、0.6%NaHCO3、0.8%柠檬酸钠、1.5%NaCl 1.1 
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表 2 不同离子强度浸泡南极磷虾肉感官评价
Table 2 Sensory evaluation of Antarctic krill meat soaked with different ionic strength
指标 感官方式 评分标准 分值 色泽
（20%）观察虾肉外观 色泽均匀一致，颜色呈粉色
色泽较均匀，颜色呈淡粉色
色泽不均匀，颜色呈白色15~20
7~14
0~6组织弹性
（20%）用手轻轻按压，感受虾肉的回弹性 紧实富有弹性
较有弹性
无弹性15~20
7~14
0~6组织形态
（20%）观察虾肉截面组织外观 肌肉组织紧密
肌肉组织较紧密，但不松散
肌肉组织不紧密，松散15~20
7~14
0~6口感
（20%）通过咀嚼10 s左右感受熟虾肉适口、粘聚性 弹韧性好，咀嚼性好，多汁性好
弹韧性，咀嚼性一般，多汁性一般
没有弹韧性，发柴，多汁性差15~20
7~14
0~6整体接受度
（20%）综合评价 可接受度高
可接受度一般
不接受15~20
7~14
0~6
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表 3 离子强度和浸泡时间对南极磷虾水分含量的影响
Table 3 Effects of ionic strength and soaking time on the moisture content of Antarctic krill
水分相对
百分含量对照组（C） 处理组 浸泡时间（h） 1 2 4 6 P2b（%） 9.15±0.91Ba ST1 8.33±0.48Aa 8.30±0.26Aa 9.37±0.24Aa 9.41±1.08Aa 11.23±0.41Aa ST2 6.40±0.37Bbc 5.63±0.97Bc 7.50±0.67Bb 7.36±0.20Bb 7.84±0.77Ca ST3 5.87±0.86Bb 5.73±0.53Bb 4.97±0.40Cb 5.48±1.93Cb 7.14±0.74Ca ST4 1.98±0.59Cd 3.52±0.12Cc 3.84±0.35Dc 5.83±0.25Cb P21（%） 85.26±0.64Bd ST1 88.39±0.41Bb 89.97±0.59Da 88.52±0.11Cb 87.05±0.36Bc 82.59±0.84Cd ST2 86.75±0.31Cc 90.57±0.57Ca 88.41±0.21Cb 86.91±0.17Bc 89.03±0.40Ac ST3 90.62±0.29Ab 92.28±0.11Aa 90.01±0.41Ab 87.06±0.54Bd 89.58±0.11Ad ST4 90.50±0.37Ab 92.10±0.19Aa 89.66±0.30Bc 88.41±0.39Ae P22（%） 5.60±0.75Ba ST1 3.29±0.16Cbc 1.72±0.39Cd 2.10±0.26Dcd 3.54±1.17Cb 6.18±0.82Aab ST2 6.85±0.30Ba 3.80±0.53Bc 4.10±0.49Cc 5.74±0.34Bb 3.13±0.90Cc ST3 3.51±1.13Cbc 1.99±0.59Cc 5.02±0.30Bb 7.47±1.41Aa 3.27±0.75Cd ST4 7.52±0.94Aa 4.37±0.19Ac 6.50±0.06Aab 5.76±0.14Bb 注：不同小写字母表示同一离子强度下不同浸泡时间差异显著（P<0.05）；不同大写字母表示同一时间点不同离子强度差异显著（P<0.05）。
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