通过超声波处理结合苹果果胶、柑橘果胶或桃胶来增强低盐银鲤（Hypophthalmichthys molitrix）鱼糜的凝胶化机制分析

《Food Chemistry: X》：Gelation mechanism analysis of low-salt silver carp ( Hypophthalmichthys molitrix) surimi enhancing by ultrasonication combined apple pectin, citrus pectin, or peach gum

本研究探讨了超声波与三种亲水胶体（苹果果胶、柑橘果胶、桃胶）协同改善低盐银鲤鱼糜凝胶特性的机制。结果表明，协同处理显著增强凝胶强度（达6076.15 g·mm）、保水性（71.53%）及质地，其中柑橘果胶与超声波组合效果最优，接近高盐对照组，同时优化了水分布、β-折叠含量及分子间作用，为开发优质低盐鱼糜制品提供新策略。

　　本研究探讨了超声波与三种水凝胶（苹果果胶、柑橘果胶和桃胶）协同作用对低盐银鱼鱼糜凝胶性能的影响。银鱼因其成本低和生态可持续性，在中国淡水养殖中占据主导地位。然而，由于其肌肉中内源性蛋白酶活性较高，导致低盐条件下鱼糜的凝胶形成能力较弱，这成为开发高品质低盐鱼糜产品的关键挑战。为了应对这一问题，研究人员尝试通过添加水凝胶和采用超声波处理技术来改善低盐鱼糜的凝胶特性。研究结果显示，单独添加水凝胶可以显著提升低盐鱼糜的凝胶性能，其中桃胶表现出卓越的凝胶强度和较低的水分流失。而超声波的引入则进一步增强了水凝胶的效果，不仅提升了凝胶的白度和硬度，还有效降低了水的流动性。特别地，柑橘果胶与超声波的组合表现出最佳的凝胶性能，不仅增强了水的疏水相互作用和二硫键的形成，还实现了27.18%的孔隙率，其感官品质接近传统高盐鱼糜。这些结果表明，超声波辅助水凝胶添加能够有效补偿盐分减少带来的负面影响，同时保持优异的凝胶性能，为开发高品质低盐鱼糜产品提供了实用的解决方案。

### 1. 研究背景与意义

鱼糜制品，如鱼丸、鱼香肠和蟹肉棒，因其高蛋白含量、低脂肪比例以及与人体氨基酸组成相似的特性而受到广泛欢迎。然而，随着海洋鱼类资源的过度开发，生态风险日益增加，促使人们转向养殖的淡水鱼类作为鱼糜的主要原料。银鱼因其成本低和生态友好，成为中国淡水养殖中的重要选择。然而，银鱼肌肉在不同养殖条件下的内源性蛋白酶活性较高，这在低盐条件下会显著影响其凝胶形成能力，相较于海洋鱼类而言显得不足。因此，开发低盐鱼糜产品不仅有助于降低消费者的钠摄入量，还符合现代食品工业对健康饮食的追求。然而，低盐环境中的蛋白质溶解度较低，限制了水凝胶的有效性，这使得需要探索新的技术手段来增强水凝胶的性能。

超声波作为一种非热处理技术，已被广泛用于改善低盐鱼糜的凝胶性能。超声波能够促进肌原纤维蛋白（MP）的溶解，增强氢键和疏水相互作用，并有助于形成更优质的凝胶网络。此外，超声波处理还能够改善凝胶的结构，使其更紧密，从而增强其机械强度和稳定性。水凝胶的添加则通过形成三维网络结构，提高凝胶的保水能力和整体质地。然而，单独使用水凝胶或超声波处理的效果有限，因此研究其协同作用对于提升低盐鱼糜的品质具有重要意义。

### 2. 研究方法

为了系统地评估超声波与水凝胶对低盐鱼糜凝胶性能的影响，研究采用了多种分析方法。首先，使用冷冻银鱼鱼糜作为原料，按照特定的配方进行处理，包括不同浓度的盐（3%和1%）以及三种水凝胶（0.2%的苹果果胶、柑橘果胶和桃胶）。通过超声波处理（150W，10分钟），研究者获得了四种处理组：ULS（超声波+1%盐）、ULA（超声波+0.2%苹果果胶）、ULC（超声波+0.2%柑橘果胶）和ULP（超声波+0.2%桃胶）。所有样品被封装在聚乙烯袋中，并经过两步热处理（40°C持续30分钟，随后90°C持续20分钟）形成最终的凝胶产品。

为了评估凝胶的性能，研究者采用了一系列物理和化学分析方法。凝胶强度通过TMS-PRO质构分析仪测定，样品被切割成25mm高的圆柱体，并在特定条件下进行测试。此外，对样品的质地进行分析，包括硬度、弹性、粘合性、咀嚼性和脆性，以评估其整体质地特性。水分保持能力（WHC）和水分流失率则通过离心法和称重法进行测定。样品的白度则使用CR-400色度计进行测量，记录亮度（L*）、红绿（a*）和黄蓝（b*）值，并计算白度。为了进一步研究水的分布和流动性，研究采用了低场核磁共振（LF-NMR）和磁共振成像（MRI）技术。LF-NMR通过测量弛豫时间（T2）来分析水的状态，而MRI则提供了水分布的可视化信息。

为了评估凝胶的流变特性，研究使用了MCR 302流变仪，通过振荡剪切测试（频率0.1Hz，应变幅度2%）测定存储模量（G'）和损耗模量（G"）。通过拉曼光谱分析，研究者进一步探究了凝胶的二级结构变化，特别是α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲的相对比例。此外，傅里叶变换红外光谱（FTIR）被用于分析蛋白质与水凝胶之间的化学相互作用，包括离子键、氢键、疏水相互作用和二硫键。通过扫描电子显微镜（SEM）和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM），研究者能够观察凝胶的微观结构，包括孔隙率和网络密度。最后，通过感官评估，研究者邀请了十名感官专家对样品的质地、咸度、鲜味、气味和颜色进行了评分，以评估其在实际应用中的接受度。

### 3. 研究结果与讨论

研究结果显示，超声波和水凝胶的协同作用显著改善了低盐鱼糜的凝胶性能。首先，凝胶强度是衡量鱼糜凝胶抵抗外部力变形能力的重要指标。与低盐组（LS）相比，高盐对照组（CON）表现出更高的凝胶强度，这主要归因于高盐环境下肌原纤维蛋白的溶解度增加，促进了有序凝胶网络的形成。然而，低盐条件下，由于肌原纤维蛋白的溶解度不足，导致凝胶网络结构松散，进而影响凝胶强度。通过添加水凝胶（LA、LC、LP），低盐鱼糜的凝胶强度显著提升，其中桃胶的提升效果最为显著，其凝胶强度从2443.53g·mm增加至5299.52g·mm，比苹果果胶和柑橘果胶的提升幅度更大。这可能是由于桃胶的多糖结构能够填充凝胶网络中的空隙，从而增强其结构的稳定性。

超声波处理进一步增强了凝胶强度，无论是否添加水凝胶。超声波可能通过破坏肌球蛋白结构，提高其溶解度，并促进分子间的相互作用，从而改善凝胶性能。柑橘果胶与超声波的组合表现出尤为显著的效果，其凝胶强度达到6076.16g·mm，超过了高盐对照组。这表明，超声波与柑橘果胶的协同作用能够显著增强肌原纤维蛋白与水凝胶之间的相互作用，形成更紧密和有序的凝胶网络。

在质地分析方面，所有处理组的质地参数（包括硬度、弹性、粘合性、咀嚼性和脆性）均优于低盐组。其中，柑橘果胶与超声波的组合（ULC）表现出最佳的质地性能，其硬度、弹性、粘合性、咀嚼性和脆性均显著提高。这可能是由于超声波促进了肌原纤维蛋白的展开，使其内部的反应基团暴露，从而增强了分子间的相互作用。此外，水凝胶通过吸收水分并形成粘稠的溶胶-凝胶结构，对凝胶网络起到支撑作用，提高了其弹性。桃胶由于其独特的分子结构，能够显著提升凝胶的弹性，使其在质地方面优于苹果果胶和柑橘果胶。

水分保持能力（WHC）和水分流失率是衡量凝胶品质的重要指标。与高盐对照组相比，低盐组的WHC显著降低，这可能是由于低盐条件下肌原纤维蛋白的溶解度不足，导致凝胶网络结构不稳定，无法有效保留水分。添加水凝胶（LA、LC、LP）和超声波处理（ULS）能够显著提高低盐鱼糜的WHC，其中柑橘果胶与超声波的组合（ULC）表现出最高的WHC（71.53%），比单独添加柑橘果胶（LC）的WHC（66.31%）提高了5.22%。这说明，超声波与柑橘果胶的协同作用能够有效促进凝胶网络的形成，从而提高水分保持能力。此外，超声波处理能够通过促进肌原纤维蛋白的展开和分子间的相互作用，提高其保水能力。

白度是影响消费者接受度的重要因素。研究结果显示，与低盐组相比，高盐对照组的白度更高，这可能是由于高盐环境下蛋白质的充分溶解和均匀分布，使得光线更容易反射，从而提升白度。添加水凝胶（LA、LC、LP）和超声波处理（ULS）能够显著提高低盐鱼糜的白度，其中柑橘果胶与超声波的组合（ULC）表现出最高的白度（81.57%），比高盐对照组（80.37%）和单独添加柑橘果胶组（80.86%）更高。这表明，超声波与柑橘果胶的协同作用能够有效增强凝胶网络的密度和均匀性，从而提升白度。此外，水凝胶的添加通过形成稳定的三维网络结构，减少了水分的流动性，从而改善了凝胶的白度。

通过LF-NMR和MRI分析，研究者进一步探讨了水分在凝胶中的分布和流动性。LF-NMR结果显示，超声波与水凝胶的协同作用能够显著改变水分的弛豫时间（T2），促进水分从自由状态向束缚状态的转化。MRI图像则显示，超声波处理和水凝胶添加能够提高凝胶的氢质子密度，表明水分的分布更加均匀，凝胶结构更加紧密。这些结果与WHC和凝胶强度的提升相吻合，说明超声波和水凝胶的协同作用能够有效改善凝胶的结构和水分保持能力。

流变分析显示，超声波和水凝胶的协同作用能够显著提高凝胶的存储模量（G'）和损耗模量（G"），表明其表现出更强的弹性。其中，柑橘果胶与超声波的组合（ULC）表现出最高的G'值，这可能是由于超声波促进了肌原纤维蛋白与柑橘果胶之间的相互作用，形成了更紧密的凝胶网络。此外，超声波处理能够通过促进蛋白质的展开，增强其与水凝胶之间的相互作用，从而提高凝胶的稳定性。

拉曼光谱分析显示，超声波与柑橘果胶的协同作用能够显著改变蛋白质的二级结构，促进α-螺旋向β-折叠的转变，从而增强氢键和疏水相互作用。这些变化与凝胶强度和WHC的提升相吻合，表明蛋白质结构的变化对凝胶性能具有重要影响。傅里叶变换红外光谱（FTIR）进一步验证了这一结论，显示超声波与水凝胶的协同作用能够增强蛋白质与水凝胶之间的氢键和疏水相互作用，从而提高凝胶的稳定性。

扫描电子显微镜（SEM）和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）的观察结果表明，超声波与柑橘果胶的协同作用能够显著改善凝胶的微观结构。低盐组（LS）表现出较高的孔隙率（43.43%）和松散的结构，而高盐对照组（CON）的孔隙率较低（32.72%），结构更紧密。添加水凝胶和超声波处理后，孔隙率显著降低，其中ULC组的孔隙率仅为27.18%，显示出最紧密的凝胶网络结构。这表明，超声波和水凝胶的协同作用能够有效促进蛋白质与水凝胶之间的相互作用，形成更紧密的凝胶网络。

感官评估结果显示，超声波与柑橘果胶的组合（ULC）在整体感官品质方面表现最佳，其评分接近高盐对照组。这表明，该组合能够有效改善低盐鱼糜的质地、颜色和鲜味，使其更接近传统高盐鱼糜的感官特性。此外，研究还发现，虽然水凝胶的添加能够提高低盐鱼糜的咸度感知，但超声波与水凝胶的组合并未显著增强咸度，这可能是因为超声波对咸味的直接影响有限。然而，该组合能够显著改善低盐鱼糜的鲜味和气味，这可能是由于其形成的稳定凝胶网络有效抑制了鱼腥味的释放。

通过相关性分析，研究者进一步揭示了凝胶性能与各种参数之间的关系。凝胶强度与WHC、弹性、硬度、束缚水含量、存储模量、β-折叠含量、氢键、疏水相互作用和二硫键之间表现出显著的正相关关系，而与水分流失率、自由水含量、α-螺旋含量、离子键和孔隙率之间则表现出负相关关系。这些结果表明，超声波与水凝胶的协同作用能够通过多种机制提升凝胶的品质，包括增强网络形成、改善水分保持能力和促进蛋白质结构变化。

### 4. 结论

本研究系统地探讨了超声波与水凝胶对低盐银鱼鱼糜凝胶性能的影响。结果表明，单独使用超声波或水凝胶能够显著改善低盐鱼糜的凝胶强度、质地和水分保持能力，而两者的协同作用则能够进一步提升这些性能。特别是柑橘果胶与超声波的组合（ULC）表现出最佳的凝胶性能，其凝胶强度显著高于其他处理组。通过多种分析手段，研究者发现，超声波与柑橘果胶的协同作用能够促进水分从自由状态向束缚状态的转化，并增强蛋白质结构的稳定性。此外，SEM和CLSM的观察结果进一步支持了这一结论，表明ULC组的凝胶网络结构最为紧密和均匀。感官评估结果表明，ULC组的感官品质接近传统高盐鱼糜，显示出其在实际应用中的潜力。这些发现不仅为低盐鱼糜的开发提供了理论依据，还为食品工业中减少钠摄入的实践提供了可行的解决方案。