親水膠體對(duì)肌原纖維蛋白凝膠特性的研究進(jìn)展

包海蓉，湯嘉慧，郭全友，鄒咪，謝晨，熊澤語

1(上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院，上海，201306)2(中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所，上海，200090) 3(上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心，上海，201306) 4(農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室(上海)，上海，201306)

肌原纖維蛋白是肌肉蛋白中含量最高的蛋白質(zhì)。肌原纖維蛋白是鹽溶性蛋白質(zhì)，可以溶解于濃度較高的鹽溶液中，所以肌肉中蛋白質(zhì)的許多功能特性與蛋白質(zhì)的溶解性密切相關(guān)[1]，因此肌原纖維蛋白在肉制品加工中發(fā)揮著重要的作用。

親水膠體的化學(xué)組成大多是天然多糖、蛋白質(zhì)及衍生物，廣泛分布于自然界[2]。目前，親水膠體的應(yīng)用非常廣泛，主要作為增稠劑和凝膠劑，也有添加在食品中代替脂肪[3-4]，改善食品的口感和品質(zhì)。

許多人擔(dān)心加工食品中鈉的消耗量增加，這為食品工業(yè)提供了低鹽產(chǎn)品的機(jī)會(huì)。但是，許多重組肉制品需要鹽來溶解和提取肌原纖維蛋白以獲得黏性滲出物，用于肉塊之間的結(jié)合。但是，溶解和提取的蛋白質(zhì)的量會(huì)隨著鹽水平的降低而減少，這使得結(jié)合能力受到影響[5]。少量添加親水膠體就能夠有效地改善肌原纖維蛋白凝膠的質(zhì)構(gòu)，并且降低成本。因此，了解親水膠體的功能特性以及其改善肌原纖維蛋白凝膠特性的作用機(jī)理，可以便于選擇加入肉制品中的親水膠體種類以及用量。本文綜述了肌原纖維蛋白凝膠的形成機(jī)理，親水膠體對(duì)肌原纖維蛋白凝膠特性的作用機(jī)理以及親水膠體在肌原纖維蛋白中的應(yīng)用。為今后肌原纖維蛋白的研究和發(fā)展以及親水膠體的應(yīng)用提供參考。

1 肌原纖維蛋白及其凝膠形成機(jī)理

1.1 肌原纖維蛋白簡(jiǎn)介

肌原纖維蛋白影響肉制品的流變特性。FERRY早在20世紀(jì)就進(jìn)行了相關(guān)研究，從此開辟了一個(gè)全新的領(lǐng)域[6]。肉制品的功能特性會(huì)受到鹽溶性蛋白質(zhì)熱誘導(dǎo)凝膠的影響。因此，研究影響凝膠特性的各種因素，以及肌原纖維蛋白凝膠的形成機(jī)制，可以為更好地生產(chǎn)滿足不同需求的肉制品提供指導(dǎo)意義。

1.2 肌原纖維蛋白凝膠機(jī)制

蛋白質(zhì)凝膠是一種特殊的體系，引力、多聚體之間和多聚體-溶劑斥力之間達(dá)到平衡狀態(tài)以后，形成有序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[7]，結(jié)構(gòu)空隙中會(huì)充滿液體或氣體。蛋白質(zhì)發(fā)生凝聚的主要原因是：反應(yīng)基團(tuán)會(huì)因?yàn)榈鞍踪|(zhì)分子發(fā)生解聚和伸展，從而暴露出來，促進(jìn)蛋白質(zhì)之間的相互作用。當(dāng)處于較低的溫度時(shí)，蛋白質(zhì)之間的氫鍵容易形成。當(dāng)溫度不斷升高時(shí)，由于產(chǎn)生許多巰基和二硫鍵，分子之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到增強(qiáng)，從而使得蛋白質(zhì)分子之間的相互作用得到增強(qiáng)，熱不可逆凝膠便由此形成[8]。凝膠根據(jù)其方式大致可分為：加熱后冷卻形成的凝膠；調(diào)整pH或部分水解形成的凝膠；加熱并與金屬鹽絡(luò)合形成的凝膠[9]。

1.3 肌原纖維蛋白凝膠形成影響因素

肌原纖維蛋白凝膠形成是變性的蛋白質(zhì)分子間排斥力和吸引力相互平衡的結(jié)果。任何影響這些力間平衡的因素，都會(huì)對(duì)凝膠的形成產(chǎn)生影響。在高壓的作用下，肌動(dòng)蛋白和肌動(dòng)球蛋白解聚，使得肌原纖維蛋白的溶解性提高，從而影響肌原纖維蛋白的凝膠特性[10]；酶能夠使蛋白質(zhì)形成穩(wěn)定的共價(jià)連接，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間發(fā)生交聯(lián)，使得蛋白質(zhì)和氨基酸之間連接，從而影響凝膠的形成；冷藏會(huì)引起蛋白質(zhì)變性，可溶性蛋白質(zhì)含量減少，使得蛋白質(zhì)的凝膠能力下降。除此以外，pH值、離子強(qiáng)度、各種鹽類以及溫度等因素，都會(huì)對(duì)肌原纖維蛋白凝膠形成產(chǎn)生影響。

2 親水膠體

2.1 親水膠體簡(jiǎn)介

親水膠體通常為具有較好的凝膠性、增稠性和穩(wěn)定性的多糖或蛋白質(zhì)[11]，可以控制水分，改善食品品質(zhì)，所以在食品加工中被廣泛應(yīng)用[12-13]。

2.2 親水膠體種類

按照來源、離子性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)，親水膠體可進(jìn)行分類，具體見表1[14]。

表1 親水膠體分類Table 1 The classification of hydrocolloids

2.3 親水膠體的功能特性

親水膠體在水中可以分散和膨脹。它的性質(zhì)與很多因系有關(guān)，一是本身的結(jié)構(gòu)因素，二是溶液體系的性質(zhì)[15]。一般具有較多親水基團(tuán)的多糖容易形成凝膠，支鏈較多的多糖因受酸、堿、鹽影響小，不易形成凝膠，但是可以和其他膠復(fù)配形成凝膠。在食品工業(yè)中，親水膠體的主要功能有：增稠、凝膠、穩(wěn)定、代替脂肪等[14]。

2.3.1 增稠、分散和穩(wěn)定作用

親水膠體溶于水后使體系具有黏稠感。體系中的分散相由于體系黏度增加而不容易聚集和凝聚，從而使分散體系更加穩(wěn)定。王嫣等研究發(fā)現(xiàn)，變性淀粉與膠體復(fù)配使用,可以大大提高體系的增稠穩(wěn)定性,從而起到協(xié)同增效的作用[16]。趙光遠(yuǎn)等研究發(fā)現(xiàn)，鮮棗濁汁飲料中添加0.04%黃原膠和0.04%酸性羧甲基纖維素后進(jìn)行均質(zhì)，可以提高鮮棗濁汁飲料的穩(wěn)定性[17]。趙光遠(yuǎn)等研究發(fā)現(xiàn)，添加復(fù)配的0.05%羧甲基纖維素、0.07%海藻酸鈉和0.10%黃原膠于石榴汁中，可以使渾濁石榴汁保持良好的穩(wěn)定性[18]。林美娟等研究發(fā)現(xiàn)，刺槐豆膠、黃原膠質(zhì)量比為4∶1時(shí),糯玉米汁體系具有最佳穩(wěn)定性[19]。

2.3.2 凝膠作用

蛋白質(zhì)、多糖以及蛋白質(zhì)和多糖之間可以形成共混凝膠,它的形成比單獨(dú)形成凝膠具有更低的凝膠臨界溫度和濃度，甚至可以使原本不能單獨(dú)形成凝膠的兩種高分子共混后形成凝膠，這對(duì)于生產(chǎn)新型食品起到很大的作用[15]。潘麗華等研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的上升，亞麻籽膠對(duì)提高肌原纖維蛋白的凝膠強(qiáng)度具有促進(jìn)作用[20]。

2.3.3 作為脂肪取代物

脂肪取代物的種類很多，主要是親水膠體或親水膠體的衍生物，在生產(chǎn)低脂食品時(shí)添加。LIN等研究發(fā)現(xiàn)，將大豆分離蛋白、魔芋精粉、黃原膠、卡拉膠分別以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%、2.0%、0.4%、0.3%加入到肉糜中，可以使肉糜更加潤(rùn)滑并且改善質(zhì)構(gòu)[21]。翟小波研究發(fā)現(xiàn)，低脂兔肉灌腸的彈性模量G′、凝膠強(qiáng)度、硬度、持水性、膠著性、咀嚼性等，隨著變性淀粉添加量的增加均呈增加趨勢(shì)[22]。

3 親水膠體在肌原纖維蛋白中的應(yīng)用

3.1 親水膠體對(duì)肌原纖維蛋白凝膠特性的作用機(jī)理

靜電交互作用是蛋白質(zhì)與陰離子多糖之間的主要相互作用[23]。肌原纖維蛋白與水膠體之間，既存在靜電排斥又可以有靜電吸引作用。在一定條件下，親水膠體與肌原纖維蛋白發(fā)生美拉德反應(yīng)，通過共價(jià)鍵連接，形成共價(jià)絡(luò)合物。許多研究認(rèn)為，在加熱過程中形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主體成分—肌原纖維蛋白，首先形成凝膠；但是親水膠體在凝膠體系中只發(fā)生物理重排，然后填充在凝膠空隙中，隨后冷卻時(shí)形成結(jié)合水分的凝膠片段[24-26]。

3.2 親水膠體的應(yīng)用

3.2.1 單一親水膠體在肌原纖維蛋白中的應(yīng)用

肉制品中通常添加淀粉作為增稠劑和賦形劑。吳香等研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高，淀粉顆粒逐漸溶脹吸水，從而使得肌原纖維蛋白-淀粉混合物結(jié)構(gòu)更緊湊，從而導(dǎo)致G′增加[27]。吳滿剛等研究發(fā)現(xiàn)，淀粉顆粒越大，淀粉-肌原纖維蛋白形成凝膠時(shí)的溫度越接近淀粉的糊化溫度，淀粉對(duì)凝膠的支撐效應(yīng)越好，從而形成的淀粉-肌原纖維蛋白復(fù)合凝膠的強(qiáng)度越大[28]。從而可知，淀粉對(duì)肌原纖維蛋白凝膠產(chǎn)生影響是由于淀粉在糊化過程中膨脹支撐了凝膠網(wǎng)絡(luò)體系?？ɡz是從紅藻類海草中提取出的多糖的總稱，卡拉膠的反應(yīng)主要來自于其分子上的半硫酸基團(tuán)(ROSO3-)。近年來在食品工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。SINTHUSAMRAN等研究發(fā)現(xiàn)，混合凝膠的硬度因添加了κ-卡拉膠而降低。隨著κ-卡拉膠水平的增加，來自海鱸魚皮膚或海鱸魚膀胱的凝膠的彈性和黏結(jié)性降低[29]。董秋穎研究發(fā)現(xiàn)，由于卡拉膠的陰離子基團(tuán)與肌原纖維蛋白氨基酸側(cè)鏈的陽離子基團(tuán)發(fā)生靜電相互作用，添加了卡拉膠的雞胸肉肌原纖維蛋白的彈性得到提升[30]。殼聚糖是一種來源于甲殼類動(dòng)物和肢節(jié)昆蟲的動(dòng)物性纖維素，與肌原纖維蛋白中帶負(fù)電荷的基團(tuán)結(jié)合之后，能夠增強(qiáng)凝膠硬度和保水性[31]。田其英研究發(fā)現(xiàn)，添加殼聚糖后，魚肉肌原纖維蛋白中的谷氨酰胺殘基會(huì)與氨基葡萄糖的游離氨基形成蛋白質(zhì)-多聚糖混合物，從而產(chǎn)生的共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵能夠改善肌原纖維蛋白凝膠的強(qiáng)度[32]。張茜等研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖和鰱魚肌原纖維蛋白之間形成了氫鍵，氫鍵的形成有助于改善肌原纖維蛋白的凝膠特性[33]。由此可知，殼聚糖對(duì)魚肉肌原纖維蛋白凝膠特性具有一定的促進(jìn)作用。亞麻籽膠是以亞麻的種子或籽皮為原料制成的制品。高鵬程研究發(fā)現(xiàn)，添加配比為0.05%～0.1%的亞麻籽膠于肌原纖維蛋白中，可以在不影響肉制品品質(zhì)的情況下，對(duì)肌原纖維蛋白功能及凝膠品質(zhì)進(jìn)行改善[34]。陳海華等研究發(fā)現(xiàn)，在豬肌原纖維蛋白中添加適量亞麻籽膠，肌原纖維蛋白凝膠的凝膠強(qiáng)度和儲(chǔ)能模量得到增加。這主要是由于亞麻籽膠和肌原纖維蛋白之間的靜電相互作用。其次，二硫鍵和氫鍵也有一定的促進(jìn)作用[35]。結(jié)冷膠是一種陰離子微生物多糖，由于其膠凝能力，它已被用于蛋白質(zhì)凝膠，如明膠和肌原纖維蛋白。范選嬌等研究發(fā)現(xiàn)，在肌原纖維蛋白中添加結(jié)冷膠，SDS-PAGE結(jié)果顯示，加熱后凝膠的肌原纖維蛋白重鏈條帶的強(qiáng)度明顯減弱，這說明結(jié)冷膠可以促進(jìn)凝膠中肌原纖維蛋白重鏈之間的交聯(lián)，從而改善凝膠裂化現(xiàn)象，對(duì)肌原纖維蛋白凝膠特性有促進(jìn)作用[36]。

3.2.2 復(fù)配親水膠體在肌原纖維蛋白中的應(yīng)用

單一的親水膠體對(duì)肌原纖維蛋白的作用效果單一，所以，許多人對(duì)復(fù)配親水膠體進(jìn)行研究，來滿足不同的需要。陳海華等研究發(fā)現(xiàn)，由于可得然膠、羅望子膠和魔芋膠屬于中性多糖，添加到竹莢魚肌原纖維蛋白中，在加熱過程中，95℃時(shí)肌原纖維蛋白的儲(chǔ)能模量提升；羧甲基纖維素(carboxymthylcellulose sodium,CMC)、卡拉膠和瓊脂屬于陰離子多糖，具有遇冷形成凝膠的特點(diǎn)，可以提高肌原纖維蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所以將這3種親水膠體加入竹莢魚肌原纖維蛋白中，可以提高20℃時(shí)肌原纖維蛋白的儲(chǔ)能模量；瓜爾膠無法形成凝膠，海藻酸鈉是陰離子的鈣凝型多糖，對(duì)于肌原纖維蛋白凝膠特性沒有影響；黃原膠和果膠在普通條件下無法成膠，與肌原纖維蛋白無相互作用[37]。蘇博等研究發(fā)現(xiàn)，卡拉膠、刺槐豆膠、瓜爾膠組成的復(fù)配親水膠體對(duì)牛肉中肌原纖維蛋白凝膠強(qiáng)度增強(qiáng)有顯著效果[38]。王詩(shī)萌等研究發(fā)現(xiàn)，添加復(fù)配的卡拉膠和黃原膠以后，形成的蛋白凝膠強(qiáng)度和保水性隨著添加量的增加而提高[39]。賈娜等研究發(fā)現(xiàn)，添加復(fù)配的亞麻籽膠、黃原膠、魔芋膠和卡拉膠，可以顯著提高肌原纖維蛋白的凝膠硬度、彈性和保水性，并且提高的幅度伴隨著復(fù)配膠添加量的增加而提高[40]。王芝妍等研究發(fā)現(xiàn)，由于殼聚糖是天然的陽離子多糖，能結(jié)合肌原纖維蛋白分子中的帶負(fù)電荷基團(tuán)，有利于蛋白質(zhì)分子交聯(lián)；轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶能促進(jìn)肌球蛋白重鏈形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)；卡拉膠和海藻酸鈉都是帶負(fù)電荷的親水膠體，可將水分子籠絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。因此添加0.9%卡拉膠、0.4%殼聚糖、0.25%海藻酸鈉和0.5%轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，能夠使得秘魯魷魚的肌原纖維蛋白凝膠特性得到明顯改善[41]。夏秀芳等研究發(fā)現(xiàn)，肌原纖維蛋白溶液的凝膠強(qiáng)度和彈性，隨著馬鈴薯淀粉和MTG(轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶)添加量的增加而增加，凝膠的保水性和白度也得到不同程度的增加[42]。于建行研究發(fā)現(xiàn)，添加黃原膠∶魔芋膠∶卡拉膠(質(zhì)量比)=3∶1∶3時(shí)，形成的肌原纖維蛋白凝膠強(qiáng)度得到顯著提高[43]。楊明研究發(fā)現(xiàn)，不同溫度下肌原纖維蛋白的彈性、凝膠硬度，隨著MTG和馬鈴薯淀粉添加量的增加有逐漸增大的趨勢(shì)[44]。陳哲敏等研究發(fā)現(xiàn)，黃原膠、κ-卡拉膠與魔芋膠的最佳質(zhì)量配比為0.3∶1∶1.3，此時(shí)，總膠濃度的增加使得凝膠強(qiáng)度也得到提高[45]。RAMREZ等研究發(fā)現(xiàn)，將黃原膠、刺槐豆膠和鈣離子同時(shí)加入肌原纖維蛋白中，使肌原纖維蛋白凝膠的機(jī)械性能增加[46]。

4 展望

動(dòng)物肌肉中含量豐富的肌原纖維蛋白，在肉制品加工過程中影響著發(fā)揮著重要的作用。親水膠體能夠改善肉制品的口感、風(fēng)味等，提高產(chǎn)品的品質(zhì)，滿足人們對(duì)肉制品的不同需求，同時(shí)能夠降低成本增加經(jīng)濟(jì)效益[47]。目前，許多人通過對(duì)凝膠的持水性、凝膠強(qiáng)度以及混合體系的流變特性進(jìn)行研究，探究親水膠體對(duì)肌原纖維蛋白的影響以及親水膠體與肌原纖維蛋白的作用機(jī)理。隨著人們對(duì)親水膠體-肌原纖維蛋白混合體系以及凝膠的不斷深入研究，在未來，可以結(jié)合電鏡掃描、傅立葉紅外、粒子追蹤等方法，對(duì)凝膠的微觀特性進(jìn)行研究，通過宏觀與微觀相結(jié)合的方法，總結(jié)出親水膠體結(jié)構(gòu)和特性與肌原纖維蛋白凝膠特性間的關(guān)系，更好地研究親水膠體-肌原纖維蛋白混合體系凝膠的過程機(jī)制?？梢詾槿庵破返纳a(chǎn)提供新思路新方法，生產(chǎn)出更多滿足不同人群需求的產(chǎn)品。