《食品科学》：集美大学曹敏杰教授等：魔芋胶对南美白对虾肌原纤维蛋白凝胶特性的影响

随着苗种选育与养殖技术的日益成熟，我国南美白对虾的产量呈现逐年上升的趋势，2020年全国南美白对虾养殖达186.29万 t，已成为我国重要的养殖虾种。除了鲜销外，南美白对虾主要被加工成冻虾、开背虾、面包虾以及即食虾干等加工品。近年来，以虾滑为代表的虾糜类制品因其口感爽滑Q弹、味道鲜美迅速成为火锅类餐饮的热捧产品，市场潜力巨大。凝胶特性是评价肉糜类制品品质的重要指标，而添加淀粉、非肌肉蛋白、多糖等生物大分子能有效提高肉糜类制品的凝胶弹性，提高产品的品质与经济价值。

魔芋胶（KGM）是魔芋块茎中提取的水溶性、非离子性高分子质量多糖，由葡萄糖和甘露糖以1∶1.5或1∶1.6的物质的量比组成，具有良好的保水性、胶凝性与生物兼容性。集美大学海洋食品与生物工程学院的孙乐常、周典颖、曹敏杰*等以南美白对虾为对象，将KGM与对虾肌原纤维蛋白（SMP）按不同质量比（1∶50、1∶20、1∶10）进行复配制备复合凝胶体系得到复合凝胶SK50、SK20、SK10，通过测定表面疏水性、内源性荧光、浊度及粒径、流变学、红外光谱、蛋白变化及凝胶微观结构，研究复合体系的凝胶特性变化，旨在为KGM在虾糜及其制品生产中的应用提供指导。

1、KGM对SMP表面疏水性的影响

蛋白的表面疏水性反应其表面疏水残基的分布，可用来衡量蛋白质物理化学状态的变化。如加热前，随着KGM添加量的增多，复合体系的表面疏水性呈现先增高后降低的趋势（图1A）。其中SK50、SK20组的表面疏水性增加，可能是由于在一定质量浓度下KGM分子能与蛋白的亲水基团结合，使蛋白空间结构变得更为松散，由此暴露更多的疏水基团。而过量的KGM分子则会进一步包围在蛋白表面，使本暴露在表面的疏水基团被掩盖，导致疏水性降低。

进一步将样品进行90 ℃加热以促使体系凝胶化，结果表明SMP-KGM复合体系的表面疏水性随着KGM添加量的增加而增加（图1B）。这可能是因为融解态的KGM通过离子键、氢键与SMP相结合，有利于SMP在热凝胶化过程中蛋白内部结构进一步展开，进而暴露出更多的疏水性氨基酸残基。

2、KGM对SMP内源性荧光的影响

如图2所示，在280 nm的激发波长下，SMP的最大发射波长在333 nm处。与SMP相比，随着KGM添加量增加，SMP-KGM复合体系的内源性荧光强度均出现不同程度的下降。荧光强度的减小与混合体系中生物聚合物的相互作用以及蛋白质分子环境对色氨酸的猝灭效应有关。其中，SK10组的内源荧光强度高于SK20组，与表面疏水性下降（图1A）结果一致，这可能是由于过多KGM包围在肌原纤维蛋白表面，使蛋白的空间结构进一步收紧，减少了色氨酸残基的暴露。

3、KGM对SMP浊度及粒径的影响

如图3A所示，随着KGM添加量的增加，复合体系的浊度值也逐渐增大。与对照组相比，SK20、SK10组的浊度值显著增大（P＜0.05），这表明体系中形成了更多的蛋白质聚合物。结合表面疏水性（图1B）测定结果，推测KGM的加入使更多SMP-KGM复合体系疏水基团的暴露，蛋白分子内部结构相对开放，更有利于KGM和蛋白结合进而形成更大的聚合物。

为了进一步了解SMP与KGM在加热过程中的相互作用，对其粒径分布变化进行分析，如图3所示。随着KGM比例的增多，SMP-KGM复合体系的聚合物分散性指数（PDI）逐渐增大。SMP、SK50、SK20、SK10平均粒径分别为277.75、279.15、284.45、289.36 nm，粒径主要分布在100～1 000 nm，并在1 000～10 000 nm之间形成了少量的大分子聚体。

4、KGM对SMP流变学性质的影响

如图4A所示，SMP及SMP-KGM复合体系的表观黏度均随着剪切速率的增加而减少，且出现了剪切稀化现象。这是由于肌原纤维蛋白中的肌球蛋白分子具有线状的α-螺旋尾巴，其在剪切作用下蛋白分子排布逐渐定向化，因而呈现出剪切力逐渐下降的现象。另外，SMP-KGM复合体系的初始表观黏度均低于SMP组。这可能是由于KGM的加入，阻碍了肌球蛋白分子之间的相互交联。随着KGM添加量的增大，所形成的凝胶的初始黏度越大。由于各组中SMP质量浓度相同，推测黏度增大可能与KGM自身的高黏度有关。

如图4B所示，所有组的G’变化曲线基本一致，表明KGM与SMP之间没有发生交联。与鱼肌原纤维相比，SMP在35 ℃和50 ℃出现了2个波谷，这可能与SMP中存在副肌球蛋白有关。此外，SMP在35～42 ℃出现明显上升趋势，并在42 ℃达到最大，这可能是由于肌球蛋白头部相互作用形成聚体，初步形成了早期的凝胶结构。而当温度高于42 ℃时，G’值出现了明显的下降趋势，这可能与轻链肌球蛋白的热变性以及肌球蛋白复合物的解离相关。与SMP组相比，SMP-KGM复合体系组在42 ℃左右的G’峰值相对较低，而后G’继续上升，造成了此阶段“双峰”的形成。

如图5所示，在相同振动频率条件下，无论加热前后SMP及SMP-KGM复合体系所有组的G’均大于G″，表现出弹性行为特征，表明形成了较为稳定的网状结构。加热前样品的G’与G″随着KGM添加量的增加逐渐增加（图5A、B），表现出明显的剂量依赖性，这可能与KGM本身的流变学特性有关。相比之下，90 ℃加热后（图5C、D），样品的G’与G″随着KGM添加量的增加呈现先增加后下降的趋势，其中SK20的G’值最大，与温度斜坡结果一致（图4B），这说明经过加热后SK20组形成的凝胶弹性最好。SK10的G’值有所下降，推测可能是由于过量的KGM自身形成了连续网络结构，进而阻碍了SPM蛋白凝胶网络的形成。

5、FTIR分析

如图6所示，SMP及SMP-KGM复合体系所形成的凝胶没有出现新的吸收收峰，表明复合凝胶中无新化学基团产生。随着KGM添加量的增多，SK50、SK20组酰胺A（—OH）峰的位移没有发生明显变化，吸收峰的强度呈现先增大后减小的趋势，这表明SMP与KGM之间可能存在氢键的作用。同时，SK10组酰胺A带有轻微蓝移，表明蛋白质分子与水分子之间的氢键作用逐渐减弱。

6、SDS-PAGE分析

如图7所示。SMP主要蛋白组成有：肌球蛋白重链（MHC）、副肌球蛋白（PM）、肌动蛋白（AC）、原肌球蛋白（TM）与肌球蛋白轻链（MLC）。KGM的加入并没有引起各组分蛋白条带的明显变化，这与FT-IR（图6）结论一致，说明复合凝胶中并没有产生新的基团。

7、扫描电镜与分形维数分析

如图8A～D（点击下方阅读原文即可查看）所示，SMP蛋白凝胶的结构比较松散，孔洞较多并且大小不均一。随着KGM的增加，SMP-KGM复合体系结构变得更加致密有序，表面相对也变得更光滑，推测是由于KGM促进SMP中各蛋白组分的热聚集，进而形成更致密的凝胶网络。此外，由于KGM具有较强的水结合能力，在热凝胶过程KGM部分支链与水分子共同填充到凝胶网孔也可能会是凝胶显得更加致密。

结 论

分析不同KGM添加量对KGM-SMP凝胶的影响。结果表明KGM能不同程度地增加SMP的表面疏水性、浊度与粒径。不同KGM添加对SMP理化性质与凝胶特性的影响存在显著差异。一定浓度的KGM能与SMP发生相互作用，显著提升SMP的凝胶特性，但过低与过高浓度则会阻碍SMP凝胶网络形成。研究还发现，有别于鱼类，KGM与PM的相互作用对SMP的凝胶化可能也存在重要影响。此外，作为一种优质的膳食纤维，KGM的添加是否对虾糜凝胶类制品的消化性产生影响也有待进一步阐明。本研究结果可为KGM在虾糜中的应用提供一定理论参考。

本文《魔芋胶对南美白对虾肌原纤维蛋白凝胶特性的影响》来源于《食品科学》2022年43卷12期42-50页，作者：孙乐常，周典颖，杜瀚，翁凌，缪松，刘光明，曹敏杰。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210822-286。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

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