提高魚(yú)糜凝膠凍融穩(wěn)定性的研究進(jìn)展

張 帆，陳 穎，成佳欣

（南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京 210023）

我國(guó)擁有十分豐厚的水產(chǎn)資源，水產(chǎn)養(yǎng)殖量在世界上是唯一一個(gè)超過(guò)捕撈量的國(guó)家，世界總養(yǎng)殖量的近70%都來(lái)自中國(guó)[1]。魚(yú)肉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高，蛋白質(zhì)含量高且必需氨基酸組成與人體接近，因此吸收利用率高。另外，還含有較多不飽和脂肪酸，尤其是EPA，DHA等具有保健功能的不飽和脂肪酸，在促進(jìn)嬰幼兒生長(zhǎng)發(fā)育、預(yù)防心腦血管疾病等方面有著不可或缺的作用[2]。為了便于運(yùn)輸和貯藏，最大限度保持魚(yú)肉的感官性能和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，水產(chǎn)品深加工已成為我國(guó)漁業(yè)的必然發(fā)展趨勢(shì)，目前冷凍魚(yú)糜制品在深加工制品中占主要地位[3]，如魚(yú)丸、魚(yú)豆腐、魚(yú)腸、蟹棒等。魚(yú)肉經(jīng)一系列前處理（去鱗、去頭去尾、除內(nèi)臟、剔骨）后經(jīng)漂洗、斬拌等工序獲得魚(yú)糜，再加入其他輔料或調(diào)味料混合均勻后加熱煮熟，形成具有良好彈性的凝膠狀制品[4]。與新鮮魚(yú)肉相比，冷凍魚(yú)糜制品具有貯藏時(shí)間長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、口感更加彈韌等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的發(fā)展前景，但魚(yú)糜的凝膠性能在反復(fù)凍融中易被破壞，會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì)。

為了抑制微生物生長(zhǎng)，延長(zhǎng)貨架期，魚(yú)糜制品一般采取速凍工藝。然而，長(zhǎng)時(shí)間凍藏會(huì)降低制品的品質(zhì)，這是因?yàn)樵诶滏溋魍〞r(shí)無(wú)法保證品溫24 h保持在-18℃及以下，溫度波動(dòng)導(dǎo)致了反復(fù)凍融現(xiàn)象，使魚(yú)糜內(nèi)部的冰晶反復(fù)形成，從而破壞凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[5-6]。為了減小這種不利變化，研究人員通過(guò)加入添加劑來(lái)增強(qiáng)凝膠穩(wěn)定性，有研究報(bào)道在魚(yú)糜凝膠制品中加入各種蛋白或淀粉能顯著提高凝膠凍融穩(wěn)定性[7]；還有學(xué)者從控制冷凍條件這一角度出發(fā)，通過(guò)改善冷凍條件來(lái)限制冰晶的形成。綜述了從魚(yú)糜凝膠形成與破壞的機(jī)理出發(fā)，總結(jié)提高魚(yú)糜凝膠凍融穩(wěn)定性的研究成果，并提出可能具有此作用的新型添加物，以期為減小魚(yú)糜制品在加工、運(yùn)輸、貯藏時(shí)的品質(zhì)損失提供一定的參考。

1 凝膠的形成及破壞

魚(yú)糜經(jīng)斬拌、擂潰、加熱等加工工序后可形成具有良好質(zhì)構(gòu)的凝膠制品，魚(yú)糜凝膠制品以其彈韌的口感和豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值深受消費(fèi)者的青睞。但是，在反復(fù)凍融條件下凝膠會(huì)被破壞，失去原有的良好口感。

1.1 凝膠形成的機(jī)理

肌原纖維蛋白在魚(yú)肉總蛋白中占很大比例，包括肌原蛋白、肌球蛋白、肌動(dòng)球蛋白等，對(duì)魚(yú)糜凝膠形成起主要作用[8]，其中肌球蛋白的作用尤為重要，但關(guān)于不同蛋白質(zhì)如何形成凝膠的機(jī)理尚且存在討論。部分研究者認(rèn)為肌球蛋白分子頭部和尾部的螺旋結(jié)構(gòu)在加熱時(shí)被打開(kāi)，即發(fā)生解旋，分子之間相互交聯(lián)而形成大顆粒，其在進(jìn)一步加熱后會(huì)發(fā)生空間結(jié)構(gòu)的變化成為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以將水包裹在內(nèi)部，從而完成凝膠化[9]。還有研究認(rèn)為，魚(yú)糜凝膠的形成主要靠肌球蛋白尾部構(gòu)象的改變——在加熱時(shí)尾部的α-helix超螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)解旋，解旋后的分子變性延伸，相互交聯(lián)形成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠[10]，并且隨著超螺旋結(jié)構(gòu)的不斷減少凝膠強(qiáng)度增強(qiáng)。相比之下，肌原蛋白等其他類(lèi)肌原纖維蛋白形成凝膠的條件要求較高，高于50℃才開(kāi)始形成，但此時(shí)形成的凝膠穩(wěn)定性較差，若要形成穩(wěn)定的凝膠要求溫度至少達(dá)到70℃[11]。在多種肌原纖維蛋白都存在時(shí)，分子間相互連接更加容易，形成的凝膠穩(wěn)定性與強(qiáng)度要比單獨(dú)形成的顯著提高[12]。

凝膠之所以能具有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，與凝膠化過(guò)程中的多種化學(xué)作用力密不可分，其中起主要功能的是疏水作用力。由于疏水作用是維持蛋白質(zhì)二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力，因此對(duì)于魚(yú)糜凝膠的穩(wěn)定性有重要作用，同時(shí)也是蛋白質(zhì)分子解旋后彼此作用，凝聚成大顆粒的必需作用力。作用機(jī)理為魚(yú)糜中的蛋白質(zhì)在加熱時(shí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使疏水基團(tuán)被暴露在分子外側(cè)，體系的微觀結(jié)構(gòu)由無(wú)序變?yōu)橛行?，肌球蛋白便凝聚、交?lián)成凝膠[13]。二硫鍵是加熱時(shí)蛋白質(zhì)分子中的巰基被氧化而形成的，對(duì)維持魚(yú)糜凝膠質(zhì)構(gòu)與強(qiáng)度有重要作用，由于鍵能較高，其結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定，一旦形成便不易被破壞，因此有利于維持凝膠穩(wěn)定性。另外，肌球蛋白分子內(nèi)部及分子間有大量氫鍵，氫鍵極不穩(wěn)定，溫度升高會(huì)將氫鍵破壞。還有研究表明，氫鍵的破壞使多肽鏈與溶劑相互作用形成水合分子，減少了凝膠中水的移動(dòng)，對(duì)減小魚(yú)糜凝膠失水率有重要影響[14]。

1.2 凍融對(duì)凝膠的破壞

凍藏使得魚(yú)糜制品能夠長(zhǎng)期保藏，反復(fù)凍融會(huì)影響魚(yú)糜內(nèi)部水分分布，尤其是冰晶會(huì)破壞凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。有研究表明，肉類(lèi)在低溫條件下保存一方面形成冰晶破壞了細(xì)胞結(jié)構(gòu)；另一方面，導(dǎo)致肌原纖維蛋白斷裂而無(wú)法凝膠化，并且反復(fù)凍融會(huì)更加減弱凝膠形成的能力[15]，凝膠制品結(jié)構(gòu)變松散，彈性口感消失。另外，反復(fù)凍融會(huì)加速脂肪的氧化，產(chǎn)生有惡臭味的酸敗產(chǎn)物，同時(shí)也為微生物污染創(chuàng)造了條件。因此，在日常生產(chǎn)中除了要減少凍融次數(shù)外，尋找合適的添加物來(lái)減少凍融對(duì)凝膠的破壞作用同樣符合生產(chǎn)實(shí)際。

2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

2.1 添加物對(duì)凍融穩(wěn)定性的影響

從添加劑的角度來(lái)看，國(guó)內(nèi)外的研究人員通常會(huì)添加含蛋白質(zhì)、其他有機(jī)或者無(wú)機(jī)物等物質(zhì)來(lái)研究對(duì)魚(yú)糜凝膠凍融穩(wěn)定性的影響。有研究表明，在白鰱魚(yú)魚(yú)糜中添加大豆渣后，經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)魚(yú)糜凝膠質(zhì)構(gòu)、凝膠強(qiáng)度、持水力等指標(biāo)下降的幅度顯著低于空白組[16]，即添加大豆渣能在一定程度上增強(qiáng)魚(yú)糜凝膠在凍融時(shí)品質(zhì)的下降。Yongsa watdigul J等人[17]通過(guò)在龍頭魚(yú)魚(yú)糜中添加雞蛋清蛋白粉和乳清蛋白，發(fā)現(xiàn)添加蛋白質(zhì)能夠促進(jìn)凝膠的形成，顯著增強(qiáng)凝膠強(qiáng)度，因此使得魚(yú)糜凝膠的穩(wěn)定性在凍融過(guò)程中得到提高。周愛(ài)梅等人[18]以蛋白質(zhì)水解物作為添加劑，發(fā)現(xiàn)可以減少冷凍保存過(guò)程中肌原纖維蛋白的氧化和變性，由于肌原纖維蛋白是魚(yú)糜凝膠的主要組成部分，減少肌原纖維蛋白的氧化變性也就是減少凝膠的破壞。類(lèi)似的試驗(yàn)表明，使用雞蛋清蛋白粉和谷朊粉等蛋白類(lèi)添加劑為鳙魚(yú)魚(yú)糜的添加物，能夠顯著增強(qiáng)魚(yú)糜凝膠性質(zhì)[19]。

陳金玉等人[20]以海藻糖和甘露醇為添加物，研究證明這2種物質(zhì)可以有效抑制蝦蛄肌原纖維蛋白在凍融循環(huán)中的變性程度，減少凝膠特性的下降；另一方面，添加劑可以對(duì)水起到束縛的作用，減少冰晶的形成。謝青青等人[21]的研究表明，將谷氨酸鈉和乙醇混合作為添加物，能夠使魚(yú)糜凝膠特性在凍融過(guò)程中的下降程度得到顯著延緩。

2.2 凍融條件對(duì)凍融穩(wěn)定性的影響

祖崟雪[22]在反復(fù)凍融探究即食海參水分動(dòng)力學(xué)的變化研究中，運(yùn)用低核磁共振（LF-NMR）研究即食海參冷凍、解凍過(guò)程中水分變化，結(jié)果表明核磁共振成像（MRI）的信號(hào)與可被測(cè)水分的信號(hào)密切相關(guān),因此MRI可以對(duì)冷凍、解凍過(guò)程中海參內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行可視化分析，利用NMR弛豫參數(shù)結(jié)合主成分分析（PCA），可以將處于不同冷凍和解凍階段的即食海參樣品清晰區(qū)分開(kāi)來(lái)。研究最終表明，多次凍融循環(huán)對(duì)即食海參的感官（顏色、質(zhì)構(gòu)）和理化性質(zhì)（持水力、蛋白含量）均有不利影響。

李苑等人[23]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在凍融過(guò)程中冰晶的形成對(duì)水產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)有負(fù)面影響——解凍后產(chǎn)品的硬度、膠黏性、彈性、回復(fù)性均降低，質(zhì)構(gòu)的改變也會(huì)對(duì)魚(yú)糜制品的顏色和風(fēng)味產(chǎn)生不利影響。冰晶會(huì)對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)造成機(jī)械性損傷，破壞凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，破壞程度與冰晶大小、位置有關(guān)。目前，陳怡璇等人[24]依據(jù)2種理論研究冰晶對(duì)細(xì)胞造成的損害，一種說(shuō)法是細(xì)胞外的溶液最先達(dá)到冰點(diǎn)形成冰晶，冰晶直接引起機(jī)械性損傷；另一種說(shuō)法是細(xì)胞內(nèi)一些物質(zhì)促使水的結(jié)晶化，增加溶質(zhì)濃度，造成冰凍濃縮效應(yīng)和對(duì)細(xì)胞的化學(xué)勢(shì)能損傷[25]。從分子層面對(duì)凍結(jié)速率、凍結(jié)溫度、溫度變動(dòng)等進(jìn)行調(diào)查的研究結(jié)果表明，控制水產(chǎn)品中的冰晶形成，對(duì)于維持水產(chǎn)品的品質(zhì)具有重要作用。

3 前景與展望

提高魚(yú)糜凝膠在凍融循環(huán)中的穩(wěn)定性對(duì)于延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期、減少運(yùn)輸和貯藏過(guò)程中的浪費(fèi)及滿足消費(fèi)需求有重要意義。雖然已有大量研究報(bào)道具有此功能的各種添加劑，但在魚(yú)糜制品的實(shí)際生產(chǎn)中很少見(jiàn)到它們被應(yīng)用，因此還需要進(jìn)一步研究。

皮克林乳液是一種穩(wěn)定的分散體系，是以固體粒子作為乳化劑而與傳統(tǒng)乳液區(qū)別開(kāi)。由于熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)均具有強(qiáng)穩(wěn)定性，食品級(jí)皮克林乳液可有效提高穩(wěn)定性、安全性、生物相容性與降解性，已成為乳劑和膠體領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[26-27]。玉米醇溶蛋白皮克林乳液不僅具有長(zhǎng)期不分層的穩(wěn)定性，還可承載食品中脂溶性物質(zhì)，替代傳統(tǒng)脂肪，減少脂肪酸的氧化酸敗[28]。有研究指出，在藜麥蛋白皮克林乳液中添加鹽離子使液滴尺寸變小，在冷凍過(guò)程中形成細(xì)小的冰晶，進(jìn)而有效提高乳液的凍融穩(wěn)定性。另外，由于“鹽析”作用會(huì)限制冰晶長(zhǎng)大，并在液滴外層構(gòu)成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[29]。因此，在魚(yú)糜凝膠中添加植物蛋白皮克林乳液來(lái)提高體系的凍融穩(wěn)定性是此領(lǐng)域的一個(gè)潛在發(fā)展方向。

4 結(jié)語(yǔ)

研究發(fā)現(xiàn)，冷凍魚(yú)糜制品發(fā)展的最主要限制原因在于冷凍運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中冰晶的凍結(jié)-融化-凍結(jié)的反復(fù)致使其品質(zhì)下降。目前，研究多以添加各種可食用添加物來(lái)提升冷凍魚(yú)肉制品的穩(wěn)定性，如添加米渣蛋白、豆渣蛋白、菜籽蛋白等；另一方面，以調(diào)節(jié)pH值、改變離子濃度等外部環(huán)境的改變來(lái)控制冰晶形成速度與大小，從而獲得穩(wěn)定性較高的冷凍魚(yú)糜制品。而由于目前研究水平所限，魚(yú)肉凝膠的形成機(jī)理尚沒(méi)有完全清楚，對(duì)于如何有效提高魚(yú)肉凝膠的凍融穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步的研究。目前，已有研究報(bào)道藜麥的添加對(duì)魚(yú)糜凝膠穩(wěn)定性的影響[30]，且具有高穩(wěn)定性的皮克林乳液是近年研究中動(dòng)物脂肪的良好替代品，二者結(jié)合是提高魚(yú)肉蛋白凝膠凍融穩(wěn)定性的一個(gè)研究方向。