小麦面筋蛋白(wheat gluten)，又称为谷朊粉，是从小麦面粉中提取出来的天然蛋白质，其蛋白含量达75%以上，含有人体所必需的8种氨基酸，另外还含有少量淀粉、纤维、糖、脂肪、类脂和矿物质等，是营养丰富的植物蛋白资源[1-3]。面筋蛋白中含有两大类蛋白：麦谷蛋白和麦醇溶蛋白，当与水接触时，麦谷蛋白和麦醇溶蛋白迅速水化形成面筋网络，即为湿面筋，它具有较好的黏弹性、延伸性、热凝固性等特点[4-5]。面筋蛋白因其具有良好的功能性质、简便的加工工艺、来源广泛、价格低廉等优点,越来越受到广泛关注。
目前，在食品工业中，面筋蛋白作为一种传统的添加剂，广泛用于面制品、烘焙制品、仿真肉制品、宠物食品与保健品等[6-7]，然而在肉制品领域中的应用较少，特别是在畜禽肉制品方面的研究更为少见。康曼曼等[8]在研究谷朊粉对鱼糜凝胶的影响时发现，5%的谷朊粉能很好地保持鱼糜凝胶的弹性和感官品质。徐颖等[9]认为，面筋蛋白作为凝胶增强剂，不仅能提高肉制品的质构特性和持水性，而且其热凝固性还可以改善肉制品的流变特性。改性面筋蛋白能够显著地降低猪肉丸在高温长时间沸腾体系中的蒸煮损失率，提高肉丸保水性，改善质构[10]。KUMAR等[11]研究发现，面筋蛋白可以显著降低鸡肉凝胶的蒸煮损失。与面筋蛋白和大豆分离蛋白相比，添加3%左右的变性面筋蛋白，能够显著提高猪肉丸的蒸煮得率，降低冻融损失，改善硬度、弹性等[12]。本文通过研究面筋蛋白对鸡肉凝胶品质的影响，以期为改善鸡肉凝胶特性，以及拓宽面筋蛋白在肉类工业上的应用领域提供技术支持和理论指导。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
新鲜白羽鸡胸肉，新乡洪门菜市场；中筋小麦粉，新乡世纪华联超市。
石油醚、HCl、硼酸、K2SO4、CuSO4、叔丁醇、氯仿等,均为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
绞肉机，山东嘉信食品机械有限公司；UMC-5C斩拌机，德国Stephan公司；AUY120电子天平，日本岛津公司；台式高速冷冻离心机，Thermo Fisher Scientific；TA-XT质构仪，英国SMS公司；Color imatch型色差计，美国X-rite公司；Haake Mars 60旋转流变仪，德国Thermo Fisher Scientific公司；WFG7200型可见分光光度计，上海优尼柯仪器有限公司；Quanta 200扫描电子显微镜，美国FEI公司。
1.3 试验方法
1.3.1 面筋蛋白的制备
参考王红娜等[13]的方法并稍作修改。将200 g面粉加入120 mL蒸馏水揉捏成均匀的面团，用保鲜膜包裹静置20 min。用水洗涤3～5次直至不再浑浊，分成小份放入-40 ℃冰箱，真空冷冻干燥24 h后，用粉碎机粉碎过80目筛，制得面筋蛋白。
1.3.2 面筋蛋白基本成分的测定
水分、灰分、脂肪、蛋白质：分别参照GB/T 5009.3—2010《食品中水分的测定》、GB/T 5009.4—2010《食品中灰分的测定》、GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的测定》、GB/T 5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》。
1.3.3 共混凝胶的制备
参考彭晓龙等[14]的方法并稍作修改。将鸡肉剔除可见结缔组织，取100 g粗略斩拌，加入2 g食盐、25 mL冰水以及面筋蛋白(添加量分别占鸡肉质量的0%、4%、8%、12%、16%、20%)，高速斩拌30 s，斩拌2～3次，得到混合均匀的肉糜样品，装入50 mL离心管中，1 342×g离心10 min，在85 ℃水浴30 min后，室温冷却，于4 ℃冰箱放置12 h，备用。
1.3.4 色泽的测定
采用Color imatch型色差仪，用标准白板较正，测凝胶亮度、红度、黄度[15]。重复5次取平均值。
1.3.5 蒸煮损失的测定
将肉糜混匀装入离心管，称重，记录为煮前质量。85 ℃水浴30 min，室温冷却后于4 ℃条件放置12 h，室温环境回温2 h，滤纸吸干凝胶表面流出汁液，称重，记录为煮后质量[16]。
(1)
1.3.6 保水性的测定
将凝胶制成圆柱型，直径为20 mm，高为20 mm，称其质量，记录为m1。将其置于50 mL离心管中，5 368×g离心10 min，用滤纸吸干凝胶表面流出汁液，再次称重，记录为
。
(2)
1.3.7 质构的测定
采用TA-XT质构仪对凝胶样品(Φ 20 mm×20 mm)进行指标测定，探头型号为P/50，测前、测中、测后速度均为2 mm/s，触发类型为自动，触发力为5 g，压缩高度为40%，时间为5 s[18]。试验重复5次取平均值。
1.3.8 化学作用力的测定
参照G
MEZ-GUILL
N等[19]的方法并稍作修改。
1.3.9 流变特性的测定
采用振荡模式，参数设置为：平板直径50 mm，狭缝宽度0.5 mm，应变2%，频率0.1 Hz，样品用石蜡密封。以2 ℃/min的速率在25～85 ℃范围内进行加热扫描，并在25 ℃保温10 min，85 ℃保持3 min，测定储能模量G′变化[20]。
1.3.10 微观结构的观察
参考郑海波等[21]的方法。将凝胶切成小块，用质量浓度为25 g/L的戊二醛浸泡固定24 h。先用0.1 mol/L pH 6.8的磷酸缓冲液洗涤，再用不同浓度的乙醇进行梯度脱水，最后采用氯仿脱脂，V(无水乙醇)∶V(叔丁醇)=1∶1混合液，叔丁醇分别置换1次。真空干燥后进行拍照观察。
1.3.11 数据分析
试验数据采用Excel 2010进行处理，SPSS 19.0分析方差，LSD法进行显著性检验，差异显著性水平取P<0.05，数据结果以
表示。
2 结果与分析
2.1 面筋蛋白的基本成分
基本成分如表1所示。
表1 面筋蛋白的基本组分 单位：%
Table 1 The basic components of gluten protein
基本成分水分灰分脂肪粗蛋白面筋蛋白含量7.03±0.110.57±0.230.81±0.1385.70±0.29GB/T21924—2008≤8≤1≤1≥85
2.2 添加面筋蛋白对鸡肉凝胶色泽的影响
由表2可知，凝胶的L*值、a*值均随面筋蛋白添加量的增加呈下降趋势，b*值则呈上升趋势。L*值在添加量为4%时，与对照相比差异不显著(P>0.05)，之后迅速下降(P<0.05)，在添加量为20%时下降至最低，为77.67；b*值在添加量为4%～12%时差异不显著(P>0.05)，添加量为20%时上升至最大，为17.58，是对照的1.18倍。凝胶L*值、a*值下降的原因可能与鸡肉中肌红蛋白在加热过程中被氧化转变成褐色的高铁肌红蛋白等产物有关[22-23]。凝胶b*值的上升，可能与面筋蛋白本身呈浅黄色有关。当添加量为8%时，凝胶色泽适中、亮度适宜。
2.3 添加面筋蛋白对鸡肉凝胶质构特性的影响
如表2所示，鸡肉凝胶的硬度和咀嚼性均随面筋蛋白添加量的增加呈现上升趋势，添加量为8%时，硬度与咀嚼性分别为8 605、5 238 g，且在添加量为20%时达到最大，分别为对照组的2.29倍和2.44倍；弹性和回复性均在添加量为8%时达到最大值，分别为0.929、0.334，与对照相比上升了4.97%、12.84%。
表2 添加面筋蛋白对鸡肉凝胶色泽与质构影响
Table 2 Effect of gluten protein addition on the color and texture of chicken gel
添加量/%L∗a∗b∗硬度/g弹性咀嚼性/g回复性081.65±0.04a-0.37±0.013a14.93±0.07d5670±17f0.885±0.006d3267±27e0.296±0.006e481.46±0.10a-0.54±0.010b15.5±0.53c7536±700e0.914±0.007b4841±55d0.317±0.001c880.51±0.16b-0.55±0.015b15.63±0.10c8605±157d0.929±0.006a5238±56c0.334±0.001a1279.52±0.43c-0.68±0.055c15.79±0.04c9664±695c0.917±0.004b5418±50c0.331±0.002ab1678.72±0.36d-0.71±0.064c16.98±0.15b10875±177b0.913±0.003b6442±195b0.308±0.003d2077.67±0.90d-0.97±0.075d17.58±0.05a12996±91a0.898±0.005c7958±163a0.324±0.007bc
注：同一列中不同小写字母表示差异显著(P<0.05)
当面筋蛋白添加到鸡肉凝胶中，在水和机械力的作用下，面筋蛋白分子展开，与肌肉蛋白充分混合，通过分子内和分子间的相互作用(共价和非共价键)，使面筋蛋白之间或肌原纤维蛋白之间或2种不同蛋白之间形成了一个大而复杂的蛋白网络结构[24-25]，进而改变了水的结合能力，导致体系中自由水分减少，从而增加了凝胶的硬度，改善了凝胶的弹性和回复性，但面筋蛋白添加量过多，凝胶呈现过硬过韧现象，导致凝胶的弹性、回复性下降。因此，面筋蛋白添加量为8%时，凝胶具有良好的质构特性。EGBERT等[26]也曾报道，添加面筋蛋白有助于改善肉制品的质构特性。康曼曼等[8]研究表明，当面筋蛋白添加量为5%时，可显著提高鱼肉凝胶的弹性，与本研究结果相似。
2.4 添加面筋蛋白对鸡肉凝胶蒸煮损失、保水性的影响
保水性反映了肉糜凝胶在外界条件干扰下对水分的保持能力。由图1可知，随面筋蛋白添加量的增加，凝胶的蒸煮损失持续下降，添加量为8%时，蒸煮损失为8.44%，添加20%时达到最小值，为0.71%；保水性持续上升，添加8%时达到94.27%，是对照的1.05倍，且与添加12%时的保水性相比差异不显著(P>0.05)。面筋蛋白的亲水基团与水分子相互作用时，可以吸收2倍面筋量的水[27]，进而增加了鸡肉凝胶的保水性；另外，面筋蛋白可促进肌肉蛋白之间的相互作用[28]，形成致密的三维网络结构，凝胶的网络结构越致密，捕获的水分越多，不易流动水的流动性就越弱，可以减少蛋白质、水分等物质的渗出[29-30]，因此可降低蒸煮损失，提高保水性。当面筋蛋白添加量为3%时，可显著提高鲢鱼鱼糜凝胶的保水性，并且蒸煮损失与对照相比下降了19.7%[28]。SEIDEMAN等[31]把面筋蛋白添加到鸡肉中时发现，面筋蛋白可显著降低凝胶的蒸煮损失，本研究也得到了类似的试验结果。
图1 添加面筋蛋白对鸡肉凝胶蒸煮损失和保水性影响
Fig.1 Effect of gluten protein addition on the cooking loss and water holding capacity of chicken gel
注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)
2.5 添加面筋蛋白的鸡肉凝胶形成过程中化学作用力的测定
由图2所示，凝胶疏水相互作用随面筋蛋白添加量的逐渐增加呈现先上升后下降趋势，添加量为8%时，疏水作用较强，对应的蛋白溶解量为2.7 mg/mL，是对照组的1.46倍；氢键在整个添加范围内总体呈上升趋势，均明显高于对照(P<0.05)，表明添加面筋蛋白明显增强了凝胶的氢键和疏水相互作用力；离子键则呈下降趋势，且所对应的蛋白溶解量均小于1 mg/mL，因此离子键不是维持面筋蛋白与鸡肉糜凝胶网络结构的主要化学作用力。面筋网络结构是共价和非共价相互作用的叠加[32]，BELON[33]认为，不仅二硫键参与了面筋网络的形成，氢键和疏水作用也参与了麦谷蛋白和醇溶蛋白之间的相互作用。面筋蛋白与肉糜在混合与加热过程中，蛋白的“天然”连接被打破，蛋白分子展开，这种展开可能促进了巯基-二硫键的交换以及疏水相互作用的增强，促使面筋蛋白与肌原纤维蛋白的交联聚合，从而形成了更为复杂的三维网络结构[34-35]。
图2 添加面筋蛋白对鸡肉凝胶形成过程中化学作用力的影响
Fig.2 Effect of gluten protein on chemical forces during chicken gel formation
2.6 添加面筋蛋白对鸡肉凝胶流变学特性的影响
储能模量(G′)既能反映凝胶在加热过程中蛋白分子展开、聚集的动态过程，也能反映凝胶强度和硬度的变化[36]。由图3所示，随面筋蛋白添加量的增加，储能模量G′值也随之增加，且各组G′值的变化趋势基本相同，大致分为3个阶段：第一个阶段是在26～43 ℃，G′值缓慢下降，可能是因为肉糜在斩拌过程中蛋白质长链断裂，部分蛋白质溶解，导致肌原纤维蛋白发生折叠[37-38]；第二阶段在44～55 ℃，G′值快速下降，可能是因为温度升高使蛋白质变性速度加快，肌球蛋白分子尾部的变性造成它与头部的结合发生破坏与断裂，蛋白质分子间产生了新的聚集与解聚，损坏了原先形成的蛋白网络结构；第三阶段是在56～85 ℃，随着温度的继续升高，G′值迅速增加，最终形成了一个复杂的富有弹性的凝胶结构。添加面筋蛋白可以提高鸡肉糜凝胶的形成能力。
图3 添加面筋蛋白对鸡肉凝胶储能模量G′的影响
Fig.3 Effect of gluten protein on storage modulus G′ of chicken gel
2.7 面筋蛋白与鸡肉形成共混凝胶微观结构的观察
由图4所示，未曾添加面筋蛋白的鸡肉凝胶结构孔洞较大、不均匀、粗糙松散，随面筋蛋白添加量的增加，凝胶表面逐渐变得光滑、平整，形成了均匀有序、高度致密的空间三维网络结构。面筋蛋白添加量为8%时，网络结构相对光滑细腻、均匀致密，可能是由于面筋蛋白吸水胀润，形成具有黏弹性的湿面筋填充于凝胶中，促使面筋蛋白和肌原纤维蛋白相互作用，进而形成了高度均一、细致的网络结构[39]。这样的网络结构，有利于捕获更多的游离水，减少蛋白质、水分等物质的损失[28]，提高凝胶保水性、改善质构。面筋蛋白添加量过高，至16%～20%时，凝胶表面结构相对较为粗糙、干燥，过量的面筋蛋白与肌肉蛋白激烈地竞争水分，阻碍了面筋蛋白与肌肉蛋白以及肌肉蛋白与水之间的相互作用，此时形成的凝胶结构粗糙、裂隙较大、凝胶较硬、弹性较差。
面筋蛋白添加量：a-0;b-4%;c-8%;d-12%;e-16%;f-20%
图4 添加面筋蛋白对鸡肉凝胶微观结构的影响
Fig.4 Effect of gluten protein addition on the microstructure of chicken gel
3 结论
面筋蛋白的添加，提高了鸡肉糜凝胶的形成能力，使鸡肉凝胶的品质得到明显改善。随面筋蛋白添加量的增加，凝胶的蒸煮损失持续下降；保水性、硬度和咀嚼性均呈总体上升，且在面筋蛋白添加量为8%时分别为对照的1.05、1.52和1.60倍；弹性、回复性均在添加量为8%时达到最大值；氢键、疏水相互作用是面筋蛋白-鸡肉糜凝胶形成的主要化学作用力；储能模量G′值随面筋蛋白添加量的增加而上升，并与硬度结果趋势一致。面筋蛋白添加量为8%时，形成了均匀有序、高度致密的凝胶网络结构，此时的凝胶色泽明亮、光滑细腻、富有弹性，品质最佳。
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