不同热适应性海洋鱼类鱼糜的凝胶化方法对其凝胶特性的影响

《Journal of Agriculture and Food Research》：Effect of gelation methods on the gel properties of surimi from marine fish adapted to different thermal environments

　　

研究人员研究了不同热环境适应性海洋鱼类鱼糜（surimi）在不同凝胶化方法下的凝胶特性。结果表明，海洋鱼类物种间的热稳定性（thermal stability）和凝胶化特性因栖息地而异；暖水物种表现出高于冷水物种的热稳定性。热带/温带鱼糜在40°C下加热1 h可达到最优凝胶特性，而冷水鱼糜在25°C下加热2–4 h最佳。内源组织蛋白酶B（cathepsin B）和转谷氨酰胺酶（transglutaminase，TGase）活性与栖息地温度相关，并影响凝胶化过程；凝胶化方法以物种特异性方式调节水分分布和交联。

鱼糜是以肌原纤维蛋白为主要成分的浓缩物，通过连续漂洗、脱水和斩拌制成，具有凝胶形成能力，是加工高价值重组鱼制品的关键中间原料。鱼糜制品的凝胶性质受鱼类品种、收获季节、成熟度、新鲜度、捕捞方式、淡水或海水来源、漂洗技术、盐含量和pH等因素影响，其中加热方式对凝胶网络形成和最终产品质量至关重要。热诱导凝胶化一般经历suwari（25–40°C）、modori（50–70°C）和kamaboko（>70°C）三个阶段。传统观点认为海洋鱼优于淡水鱼，冷水鱼优于热带鱼，但不同鱼种肌球蛋白含量和热稳定性的差异会直接影响凝胶三维网络结构的稳定性，内源蛋白酶（如组织蛋白酶等）的热稳定活性也存在显著差异。鱼类作为变温动物，其代谢过程和蛋白质构象与环境水温高度共进化，肌球蛋白等结构蛋白的热变性温度（T_d）随环境温度升高适应性增加。近期研究显示淡水鱼栖息水温可控制蛋白质解折叠速率，进而决定鱼糜加工中有效斩拌时间，但环境决定的热特性对海洋鱼类鱼糜热诱导凝胶化过程的影响仍缺乏系统探索。为此，研究人员选取栖息温度分别为22–30°C的金线鱼（Nemipterus virgatus）、12–28°C的真鲷（Pagrosomus major）和-2–8°C的阿拉斯加鳕（Theragra chalcogrammus），系统考察不同凝胶化方法下其蛋白性质、凝胶特性、化学作用力和水分分布的变化，以建立跨地理梯度的优化加工方案。

研究方法方面，三种鱼均购自福建安井食品有限公司，每种鱼独立加工三批鱼糜作为生物学重复，冻存6个月。主要技术包括：采用差示扫描量热仪（DSC）测定热稳定性；SDS-PAGE分析蛋白质图谱；通过320 nm浊度监测肌球蛋白40°C下的聚集行为；用荧光底物Z-Arg-Arg-AMC测定组织蛋白酶B残留活性；用荧光法测定内源转谷氨酰胺酶（TGase）活性；动态流变学温度扫描（10–90°C）记录储能模量（G′）；质构仪测定破断力与破断距离以计算凝胶强度；选择性溶剂提取区分非特异性结合、离子键、氢键和疏水相互作用；低场核磁共振（LF-NMR）和磁共振成像（MRI）分析水分状态与分布；三氯乙酸（TCA）可溶性肽含量评价蛋白降解程度。统计采用单因素方差分析（p<0.05）和Duncan多重比较，并在物种水平上计算组织蛋白酶B和TGase活性与凝胶特性的Pearson相关系数（n=3，探索性）。

研究结果分述如下。3.1 热稳定性：DSC显示三种鱼糜均出现三个吸热峰，金线鱼鱼糜的起始温度（T₀）、峰温度（T_p）和焓变（ΔH）最高，真鲷居中，阿拉斯加鳕最低，表明热稳定性顺序为金线鱼>真鲷>阿拉斯加鳕，与栖息水温一致。3.2 鱼糜蛋白图谱：SDS-PAGE显示阿拉斯加鳕鱼糜的肌球蛋白重链（MHC）条带更明显，提示其MHC含量相对较高，可能赋予其优良的内在凝胶形成潜力；真鲷和阿拉斯加鳕的肌球蛋白轻链（MLC）及原肌球蛋白（TM）条带较弱。3.3 肌球蛋白浊度：40°C加热1 h内，金线鱼浊度先快速上升后稳定；阿拉斯加鳕浊度约15 min达峰后略微下降；真鲷浊度持续上升，说明三种鱼肌球蛋白的聚集行为存在物种差异，并不完全由热稳定性决定。3.4 组织蛋白酶B和TGase活性：组织蛋白酶B活性随加热温度先升后降，阿拉斯加鳕在20–30°C活性最高，金线鱼在30°C以上保持较高活性；内源TGase同样先升后降，金线鱼和真鲷最适温度为40–50°C，阿拉斯加鳕在30°C达峰后迅速下降，这些温度响应与物种栖息热环境相关。3.5 动态流变学：金线鱼和真鲷鱼糜的G′在35–45°C降至最低随后迅速上升；阿拉斯加鳕初始G′较高，于35°C短暂峰值后在40°C降至最低，最终G′低于金线鱼但高于真鲷，反映了热激活蛋白水解引起的凝胶软化和后续交联增强。3.6 凝胶强度：金线鱼和真鲷鱼糜凝胶在40°C加热1 h时破断力最大，延长至2 h和4 h显著下降；阿拉斯加鳕在25°C下凝胶强度从1 h到2 h显著增加，4 h无进一步改善，40°C处理低于其25°C最优值。3.7 持水性（WHC）：阿拉斯加鳕鱼糜凝胶WHC显著高于其他两种；金线鱼和真鲷在40°C 1 h时最高；阿拉斯加鳕在25°C下WHC随时间延长而增加，4 h最高，提示更致密网络形成。3.8 化学相互作用：所有样品中疏水相互作用含量最高，是维持凝胶网络的主要作用力；离子键和氢键随加热持续下降；金线鱼和阿拉斯加鳕的疏水相互作用受凝胶化方法影响不显著，真鲷在40°C加热至2 h时疏水相互作用持续增加，可能与其内源水解暴露疏水基团有关。3.9 水分状态：LF-NMR显示所有凝胶中固定水比例（P₂₁）超过97%；金线鱼在40°C 1 h时P₂₁较高、P₂₂较低，延长加热导致T₂₂和T_2b增加；阿拉斯加鳕在25°C 4 h时P₂₁最高、T₂₁和T₂₂最短，水分受限最明显。3.10 磁共振成像（MRI）：阿拉斯加鳕凝胶质子信号强度高于另两种，且25°C 2 h时亮度最高；金线鱼和真鲷在40°C 1 h时亮度最高，进一步确认最优凝胶化条件。3.11 TCA可溶性肽：40°C加热下所有鱼糜凝胶的TCA可溶性肽含量随1 h至4 h持续增加，25°C设置时含量稳定或下降，表明低温抑制内源蛋白酶活性；阿拉斯加鳕的TCA可溶性肽含量总体高于其他种。3.12 凝胶SDS-PAGE：金线鱼和真鲷在40°C长时间加热后MHC条带减弱；阿拉斯加鳕在25°C时MHC条带比40°C时更弱，可能与低温下TGase交联形成难溶的高分子量聚集体有关，而肌动蛋白条带变化较小。3.13 酶活性与凝胶特性的相关性：在物种水平上（n=3）的探索性Pearson相关分析显示，组织蛋白酶B与凝胶强度呈弱负相关（r=-0.2297），与TCA可溶性肽含量呈中等正相关（r=0.5666），与90.09°C末端G′呈强正相关（r=0.9995）；TGase与TCA可溶性肽（r=0.7969）及末端G′（r=0.9394）呈正相关，但与凝胶强度相关性弱（r=0.0879），这些结果仅视为描述性探索。

综合讨论认为，鱼种栖息热环境决定了肌原纤维蛋白的热稳定性和内源酶（组织蛋白酶B、TGase）的温度响应窗口。暖水/温带物种在较高设定温度（40°C）下依靠疏水域适度展开实现最优凝胶网络，而冷水物种阿拉斯加鳕在低温（25°C）下依靠TGase交联和较完整的MHC形成致密且持水性高的凝胶。因此，鱼糜凝胶化行为和水分分布并非单纯的加工结果，而是由鱼类进化热历史预先编程。研究结论可概括为：热诱导凝胶化在海洋鱼类鱼糜中不仅是简单的质地变化，而是一个由物种生态热适应塑造的大分子自组装过程。长期环境差异决定了肌原纤维蛋白的热力学稳定性，并改变内源酶如组织蛋白酶B和TGase的最适激活窗口。由于这些固有差异，热处理触发蛋白质重排的不同动力学途径。在热带和温带物种中，自组装在较高能量状态（40°C）下最优，依赖疏水域的适度展开；相比之下，阿拉斯加鳕在低温设置条件下表现出优异的凝胶化，伴随相对较高的内源TGase活性和MHC条带强度变化，表明低温设置有利于蛋白质缔合和稳定保水凝胶网络的形成。该研究证明，鱼糜的宏观凝胶行为和水分布从根本上由鱼类物种的进化热历史所预编程，水产品加工中需根据原料的生态热印迹定制加热策略。