甘氨酸酰胺化果膠改善魚糜制品凍融穩(wěn)定性的應用研究

閩南師范大學費鵬老師課題組在《Food Chemistry》期刊（IF=9.8）上發(fā)表題為“Study on the high viscosity and gel-prone properties of glycine-amidated pectin and its regulatory role on the freeze-thaw stability of sea bass surimi”文章，主要探討了通過超低溫酶法（-5°C）制備的甘氨酸酰化果膠（Gly-Pe）的理化特性及其在海鱸魚糜凍融穩(wěn)定性中的保護機制。研究以酶促酰化改性為切入點，系統(tǒng)表征了Gly-Pe的結(jié)構(gòu)變化（如分子鏈柔性增強、結(jié)晶結(jié)構(gòu)破壞），并評估其在酸性、低剪切條件下粘度可達原果膠（Na-Pe）1000倍的優(yōu)異性能，以及在凍融循環(huán)中對魚糜質(zhì)構(gòu)的調(diào)控作用。核心創(chuàng)新在于Gly-Pe通過犧牲部分動態(tài)剛性增強靜態(tài)承載能力，實現(xiàn)選擇性結(jié)構(gòu)重組，為開發(fā)新型天然冷凍保護劑提供了理論基礎。

一、研究背景
天然果膠因其分子結(jié)構(gòu)限制，存在功能特性不足的問題，例如：高甲氧基果膠需要高酸高糖才能凝膠，而其溶液粘度相對較低，限制了在高粘性食品體系中的應用。化學改性（如酰胺化）可以改善這些缺陷，但往往條件苛刻。因此，溫和的酶法改性成為趨勢。此外，冷凍儲存會嚴重損害魚糜制品的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，導致凝膠強度和質(zhì)地軟化。傳統(tǒng)的冷凍保護劑（如山梨醇、磷酸鹽）常需要高濃度添加并影響口感。本研究基于酰胺化果膠同時具備增強分子間作用力和提高分子鏈柔韌性的雙重特性，假設其在凍融脅迫下能夠通過適應性結(jié)構(gòu)調(diào)整，實現(xiàn)與傳統(tǒng)保護劑不同的獨特保護效果。

二、研究方法
甘氨酸酰胺化果膠的制備與表征
研究采用改進的超低溫（-5°C）酶法制備Gly-Pe，以木瓜蛋白酶作為催化劑，在L-半胱氨酸鹽酸鹽和EDTA激活下進行酰胺化反應，成功獲得了12.77%接枝率的Gly-Pe。利用 HNMR、13CNMR、FTIR、XPS和XRD等多種技術對天然果膠和酰胺化果膠的結(jié)構(gòu)進行了全面表征。

天然果膠和甘氨酸酰胺化果膠的動態(tài)粘度測定

將經(jīng)過不同條件依賴行為（pH、溶液濃度、Ca2+、溫度）處理的天然果膠和氨基酸酰胺化果膠溶液置于60°C水浴中，磁力攪拌20分鐘直至完全溶解。根據(jù)需要添加3 mol/L NaOH 或HCl來控制pH值。通過添加CaCl2引入鈣，并在添加鈣后調(diào)整pH以確保其在整個過程中保持穩(wěn)定。冷卻至室溫后，使用RH-20流變儀（上海保圣實業(yè)發(fā)展有限公司，中國上海）在不同轉(zhuǎn)速下測量樣品的動態(tài)粘度，該儀器使用旋轉(zhuǎn)主軸測量動態(tài)條件下的粘度。

魚糜樣品評價
魚糜的流變特性使用流變儀進行頻率掃描和溫度掃描測定，以獲取儲能模量 (G') 和損耗模量 (G'')。此外，還測定了魚糜凝膠的質(zhì)構(gòu)特性（彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性、膠粘性）、保水性（WHC）和熱失水率。

三、結(jié)果與討論（部分）
保圣RH20流變儀測定的結(jié)果表明，Na-Pe和Gly-Pe溶液均表現(xiàn)出剪切稀化流體行為，但Gly-Pe在所有測試條件下均表現(xiàn)出顯著增高的粘度，在特定最優(yōu)條件下（pH 3，6%）濃度，低剪切速率）粘度甚至達到了Na-Pe的1000倍。這種增強歸因于酰胺基團的引入，其通過增強氫鍵和疏水力，促進了更穩(wěn)定、更緊密的分子網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，并使得Gly-Pe在不依賴Ca2+的情況下也能保持適中的粘度，拓寬了其應用范圍。

圖1. Na -Pe和Gly-Pe的粘度隨條件的變化行為。A和B：pH依賴性行為；C和D：溶液濃度依賴性行為；E和F：Ca 2+濃度依賴性行為；G和H：溫度依賴性行為。

在魚糜應用中，Gly-Pe-S展現(xiàn)了獨特的“選擇性結(jié)構(gòu)重組”保護機制。雖然流變儀測得的儲能模量 (G')隨著凍融循環(huán)的增加略有下降（表明動態(tài)剛度降低），但這一變化卻是網(wǎng)絡進行“剛?cè)崞胶庹{(diào)整”的表現(xiàn)。在宏觀質(zhì)構(gòu)測試（大形變靜態(tài)強度）中，Gly-Pe-S經(jīng)過4次凍融后，咀嚼性和膠粘性保留率分別達到340%和385%，遠超對照組和Na-Pe-S。這種優(yōu)異的承載能力源于Gly-Pe在凍融過程中形成的有序的空間異質(zhì)結(jié)構(gòu)（致密的承載區(qū)域和疏松的緩沖區(qū)域協(xié)同作用）。然而，這種優(yōu)化伴隨著水分保持力（WHC）的最大程度下降（從 95.22%降至80.61%)，這被解釋為“犧牲-增益”的權(quán)衡機制：犧牲水儲存能力以換取增強的機械穩(wěn)定性和應力傳遞性能。

四、結(jié)論
本研究證實了超低溫酶法制備的甘氨酸酰胺化果膠具有極佳的增粘和凝膠特性，在特定條件下粘度可提升千倍。更重要的是，它在魚糜凍融穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出卓越的保護作用，其機制在于“選擇性結(jié)構(gòu)重組”，通過優(yōu)化網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的剛?cè)崞胶猓瑺奚�了部分動態(tài)剛度和水分保持力，卻換來了優(yōu)異的大形變靜態(tài)承載能力（即咀嚼性和膠粘性）。盡管保水性的降低是其應用局限之一，但該研究為利用酰胺化多糖開發(fā)出能通過適應性結(jié)構(gòu)調(diào)整來提供冷凍保護的新型天然食品配料開辟了新途徑

https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.146206