魚糜制品凝膠特性影響因素的研究進(jìn)展

韋芳，竇容容，孫紀(jì)錄，桑亞新，亢春雨*，趙春青

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，河北保定 071000；2.保定開放大學(xué)，河北保定 071001）

魚糜是一種新型的水產(chǎn)調(diào)理食品原料，魚糜經(jīng)斬拌、調(diào)理、擂潰、加熱成型等一系列加工工藝，形成具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的彈性凝膠產(chǎn)品，即魚糜制品。魚糜制品因其產(chǎn)品類型多樣、口味豐富、耐儲藏等特性，深受消費(fèi)者喜愛，是一種極具發(fā)展前景的水產(chǎn)制品。

近年來，部分發(fā)達(dá)國家已形成魚糜全產(chǎn)業(yè)鏈加工，魚糜產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展。例如日本的魚糜產(chǎn)業(yè)已占據(jù)全球魚糜生產(chǎn)和消費(fèi)總量的50%以上，其在魚糜生產(chǎn)的每個環(huán)節(jié)都有嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，做到了標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，魚糜加工得到技術(shù)保障。我國魚糜產(chǎn)品的占比遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，加工技術(shù)尚處于初級加工階段，魚糜加工企業(yè)規(guī)模小。與發(fā)達(dá)國家相比，無論是魚糜加工技術(shù)還是加工產(chǎn)能都存在巨大差距。但是近年來隨著國內(nèi)外市場需求不斷擴(kuò)大，魚糜產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已成為我國水產(chǎn)品精深加工的重要分支，是推動水產(chǎn)品持續(xù)健康發(fā)展的重要組成部分。隨著全球市場對高品質(zhì)魚糜產(chǎn)品需求的日益增大，同時伴隨著我國水產(chǎn)加工業(yè)由“初級加工”向“精深加工”的轉(zhuǎn)型升級加速，我國魚糜加工業(yè)勢必會迎來巨大的成長空間。

魚糜制品的凝膠特性直接影響其制品的組織性、保水性及黏結(jié)性等品質(zhì)性能。因此，魚糜制品的凝膠特性是衡量其品質(zhì)的重要指標(biāo)。魚糜凝膠的形成過程如圖1所示，主要包含凝膠化和蛋白水解兩種作用，且兩者在凝膠形成過程中是相互競爭的[1]。研究發(fā)現(xiàn)，海水魚比淡水魚更易形成凝膠且不易劣化[2]，所以目前魚糜制品的生產(chǎn)原料多以海水魚為主，而淡水魚糜因其凝膠強(qiáng)度較低，交聯(lián)度差，結(jié)構(gòu)發(fā)散，致使淡水魚糜制品的穩(wěn)定性較差，不易聚集成型，因此如何增強(qiáng)淡水魚糜制品的凝膠強(qiáng)度是淡水魚糜加工業(yè)的技術(shù)焦點(diǎn)，已引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

圖1 魚糜形成凝膠的過程Fig.1 Gelation process of surimi products

本文綜述了近年來國內(nèi)外關(guān)于影響魚糜凝膠性能的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)對影響魚糜凝膠形成的熱處理方式、加工工藝以及添加劑種類、作用機(jī)制等進(jìn)行綜合闡述，旨在為魚糜凝膠特性研究以及魚糜加工技術(shù)升級提供理論參考。

1 熱處理對魚糜制品凝膠特性的影響

熱處理是魚糜制品形成的凝膠重要途徑之一，表1 為常見制備魚糜凝膠的加熱方式及其優(yōu)缺點(diǎn)比較。

表1 常見制備魚糜凝膠的加熱方式比較Table 1 Comparison of common heating methods for preparing surimi gels

如表1所示，傳統(tǒng)水浴加熱形成的魚糜凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松且不牢固，孔隙較大；蒸汽加熱會出現(xiàn)部分組織有斷裂的現(xiàn)象，高壓熟制則會影響水分狀態(tài)和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)[4]。這幾種加熱形式都對魚糜凝膠的持水性影響較大，而持水性是評價魚糜制品品質(zhì)的重要參數(shù)，所以傳統(tǒng)的水浴加熱對魚糜凝膠的負(fù)面影響較大。Liu等[9]發(fā)現(xiàn)，相較于水浴加熱，微波加熱速度更快并能降低內(nèi)源性蛋白酶的活性，顯著抑制肌原纖維的水解[10]，有助于形成更致密和更強(qiáng)的魚糜凝膠框架，但也會存在加熱不均勻的問題。Ji 等[6]研究發(fā)現(xiàn)，不同魚種含有不同的內(nèi)源酶，因此它們適宜的歐姆加熱功率不同，不利于魚糜制品生產(chǎn)過程的連續(xù)化。裴志勝等[7]發(fā)現(xiàn)，真空處理與常壓水浴處理相比，凝膠強(qiáng)度會有一定程度的改善，但此方式所需設(shè)備較復(fù)雜，成本較高。Cao等[11]將微波加熱和水浴加熱二者聯(lián)用，發(fā)現(xiàn)既能克服水浴加熱不均勻的缺點(diǎn)，又能縮短微波處理的時間，還可以提高魚糜的凝膠彈性、組織硬度，使魚糜制品更加耐咀嚼且香味更豐富。相較而言，目前在各種熱處理方式中微波水浴加熱效果較好，但其作用機(jī)制及工藝條件尚未明晰，還需更深入研究。

2 加工工藝對魚糜制品凝膠特性的影響

肌球蛋白在魚糜制品的凝膠形成過程中起著至關(guān)重要的作用，加工工藝則會影響其含量和結(jié)構(gòu)，如表2所示。

表2 加工工藝對魚糜蛋白的影響Table 2 Effect of processing technology on surimi protein

2.1 漂洗

漂洗是魚糜制品生產(chǎn)的重要步驟之一，與水洗相比，鹽溶液漂洗魚糜的凝膠效果更好。Yang 等[18]發(fā)現(xiàn)，與單一組分的鹽溶液相比，用復(fù)合鹽溶液漂洗的魚糜能獲得高品質(zhì)凝膠制品。朱琳等[19]發(fā)現(xiàn)，弱堿性和含有高價金屬離子（如Ca2+）漂洗液的效果較好，而過酸過堿則不利于魚糜凝膠的形成。Liu 等[20]證實(shí)，適宜濃度的臭氧水漂洗可以形成親水性更好，微觀結(jié)構(gòu)更均勻、孔徑更小的凝膠網(wǎng)絡(luò)，濃度過高則會破壞魚糜蛋白的固有結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，使凝膠顏色變黃，持水性下降。宋潔等[14]發(fā)現(xiàn)，臭氧處理時間會影響魚糜制品的品質(zhì)，即時間過長會引起部分蛋白質(zhì)變性，影響肌原纖維蛋白的乳化力和黏著力，時間過短則會使鹽溶性蛋白無法充分溶出。

2.2 斬拌

斬拌是魚糜制品凝膠化的主要工藝之一。陳雅平等[21]證實(shí)，斬拌條件（如斬拌的起始溫度、時間等）會影響魚糜凝膠強(qiáng)度。其中斬拌時間對魚糜凝膠的白度和持水性影響較為顯著，進(jìn)而影響魚糜制品的品質(zhì)。然而目前魚糜蛋白在斬拌過程中的變化尚不明確，還需要進(jìn)一步的研究來確定魚糜的斬拌條件。

2.3 超聲波

超聲可以誘導(dǎo)肌原纖維蛋白展開并促進(jìn)疏水相互作用，能增強(qiáng)魚糜的凝膠強(qiáng)度。Chen 等[22]發(fā)現(xiàn)，小于100 kHz 的超聲輔助解凍可減少蛋白質(zhì)變性，能更好地保留三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。超聲波輔助預(yù)熱與水浴加熱相結(jié)合已被證實(shí)是改善低鹽魚糜凝膠性能和微觀結(jié)構(gòu)的有效方法。姜昕等[23]發(fā)現(xiàn)，超聲時間和功率都會影響魚糜制品的凝膠強(qiáng)度。超聲波和沒食子酸共同作用可顯著改善魚糜的凝膠特性[24]。葉月華等[25]研究發(fā)現(xiàn)，微波-超聲波聯(lián)用可以改善低鹽羅非魚糜凝膠強(qiáng)度、持水性等。然而外在和內(nèi)在因素都可能影響超聲波的作用效果，因此還需更深入地研究超聲波魚糜中物質(zhì)的相互作用。

2.4 超高壓

超高壓通過二硫鍵、氫鍵等影響肌原蛋白的理化性質(zhì)和二級結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響魚糜的凝膠強(qiáng)度。Guo 等[17]發(fā)現(xiàn)，超高壓和低濃度的鹽溶液（MgCl2或NaCl）結(jié)合也可以使低鹽魚糜制品的凝膠強(qiáng)度、保水性、硬度等達(dá)到最優(yōu)值，凝膠的結(jié)構(gòu)也更加平整致密。然而，高壓處理對魚糜蛋白理化性質(zhì)的影響尚不明晰，還有待進(jìn)一步研究。

3 添加劑對魚糜制品凝膠特性的影響

表3 為部分添加劑（多糖、非肌肉蛋白等）對魚糜凝膠性能影響的研究。

表3 部分添加劑對魚糜凝膠強(qiáng)度的影響Table 3 Effects of additives on the gel strength of surimi

續(xù)表3 部分添加劑對魚糜凝膠強(qiáng)度的影響Continue table 3 Effects of additives on the gel strength of surimi

3.1 多糖

多糖的分子結(jié)構(gòu)中含有很多親水基團(tuán)，可作為親水性填料增強(qiáng)魚糜凝膠的持水性和穩(wěn)定性。魚糜制品的凝膠化特征會受到多糖類型的影響，其作用機(jī)理如圖2所示。

圖2 多糖-魚糜作用機(jī)理Fig.2 Interactions between polysaccharides and surimi gel

魚糜中的肌原纖維蛋白是魚糜形成凝膠的主要蛋白質(zhì)（如圖2A所示），經(jīng)熱誘導(dǎo)會發(fā)生凝膠化和蛋白質(zhì)聚集，形成魚糜凝膠（如圖2B所示）。

3.1.1 膳食纖維

膳食纖維具有很好的持水、黏性等性能，將其加入魚糜中可能會促進(jìn)蛋白質(zhì)-水-纖維以及蛋白質(zhì)-纖維的交聯(lián)。不溶性的膳食纖維減少了相互連接的水的形成，使凝膠網(wǎng)絡(luò)具有更高的完整性和致密性，但它與凝膠網(wǎng)絡(luò)之間存在空隙[47]（如圖2C所示），這會影響魚糜凝膠的緊湊性和持水性；水溶性的膳食纖維具有更高的黏度、凝膠化、乳化和更強(qiáng)的水合作用能力，與蛋白網(wǎng)絡(luò)沒有空隙（如圖2D所示），但它的加入可能會導(dǎo)致凝膠僵硬和彈性喪失。未來可以將研究重點(diǎn)放在如何降低不溶性膳食纖維帶來的負(fù)面影響方面，以替代鹽和脂肪來制備低鹽、低脂的魚糜制品，滿足消費(fèi)者對健康食品的追求。許多不溶性膳食纖維是從一些加工廢料中獲得的，既可以增加這些加工副產(chǎn)物的綜合利用率，又可減輕因廢物傾倒造成的環(huán)境問題。

3.1.2 可食親水膠體類物質(zhì)

可食親水膠體改善魚糜凝膠的本質(zhì)是物理作用，例如魚糜凝膠過程主要是大分子間的聚集，形成連接區(qū)，而親水膠體會誘導(dǎo)魚糜中蛋白質(zhì)的交聯(lián)，從而提供凝膠的基本三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（如圖2E所示）。研究發(fā)現(xiàn)，膠體懸浮液改善魚糜凝膠的效果優(yōu)于粉末[48]。有的膠體（如瓜爾膠）會以填充劑的形式穿插在魚糜制品中的蛋白質(zhì)分子間，從而阻礙凝膠的形成，進(jìn)而降低魚糜的凝膠強(qiáng)度。部分膠體復(fù)配制得的魚糜凝膠的品質(zhì)比單一膠體的好，但也有例外，例如可得然膠和魔芋膠復(fù)配不利于魚糜形成凝膠[49]。親水膠體和非膠凝親水膠體之間的協(xié)同作用可能會使魚糜獲得更高品質(zhì)的凝膠。于楠楠等[50]發(fā)現(xiàn)，氯化鈣和可得然膠協(xié)同作用可進(jìn)一步提高魚糜的硬度、凝膠強(qiáng)度、白度和儲能模量。Mi 等[51]發(fā)現(xiàn)，明膠能促進(jìn)淀粉在魚糜網(wǎng)絡(luò)的分散，使凝膠網(wǎng)絡(luò)變得緊實(shí)且均勻，改善魚糜制品的質(zhì)地、外觀，且效果比單一的淀粉或親水膠體好。但親水膠體在魚糜制品的凝膠形成中所發(fā)揮的作用會受外界條件的限制，例如瓜爾膠對溫度要求較嚴(yán)格，溫度過高會造成降解，從而失去作用。魚糜制品一般是冷凍保存，而利用親水膠體制備的魚糜凝膠易脫水。因此，深入了解親水膠體和非親水膠體的凝膠化機(jī)理及其凝膠化性能有利于它們在魚糜產(chǎn)業(yè)中的實(shí)踐應(yīng)用。

3.1.3 淀粉類物質(zhì)

淀粉是除親水膠體之外的另一種常用的食品添加劑。在加熱過程中，淀粉吸水膨脹后發(fā)生糊化作用，糊化后的淀粉顆粒作為非活性填料填充到凝膠網(wǎng)絡(luò)中，導(dǎo)致凝膠基質(zhì)所受的壓力增大，同時也增加離子鍵和疏水相互作用，減少氫鍵的形成，使魚糜制品的凝膠性狀有所改善（如圖2F所示）。淀粉-魚糜凝膠品質(zhì)的變化與淀粉顆粒大小的吸水能力和凝膠溫度有關(guān)，添加小顆粒的淀粉可以減少冷凍和解凍后魚糜制品的品質(zhì)變化。Wu 等[52]發(fā)現(xiàn)，淀粉酯化對魚糜凝膠的影響比交聯(lián)酯化效果好，但與天然淀粉相比，兩種處理均可提高魚糜凝膠性能。雖然淀粉可改善魚糜的凝膠強(qiáng)度，但也會存在部分淀粉遇熱易老化現(xiàn)象，不利于魚糜制品的凍藏；隨著添加量的增多，會出現(xiàn)魚糜制品有粉面口感等問題，從而使其感官品質(zhì)降低。Mi等[53]將高直鏈玉米淀粉和脂肪酸復(fù)合并加入金線魚糜中，可顯著提高魚糜凝膠的破斷力和脂肪酸含量，使魚糜制品獲得很好的感官特性。綜合考慮生產(chǎn)成本、口感等問題，將淀粉和其他物質(zhì)共同作用可能對魚糜制品的品質(zhì)影響較小。

3.2 非肌肉蛋白

用于改善魚糜凝膠強(qiáng)度的非肌肉蛋白主要分為蛋白質(zhì)類和酶類。Omura 等[39]發(fā)現(xiàn)，豌豆蛋白分離物可提高魚糜凝膠網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，且比僅用魚糜制成的凝膠產(chǎn)品更健康。然而非肉類蛋白可能會導(dǎo)致魚糜凝膠分層，不利于魚糜制品的加工。雖然酶類能改善凝膠強(qiáng)度，不影響凝膠白度，但它的活性會受pH 值、溫度、離子強(qiáng)度等因素的影響，使其在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中受到很大的限制。目前相關(guān)的研究主要集中于TG 酶，較為單一。Fang 等[54]發(fā)現(xiàn)，TG 酶誘導(dǎo)蛋白交聯(lián)不會影響魚糜的消化和吸收，然而目前TG 酶誘導(dǎo)的交聯(lián)與食品營養(yǎng)成分的相關(guān)性分析還不明確，有待更深入研究。未來可以深入研究非肌肉蛋白的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，篩選出特定的、受工藝條件影響較小的反應(yīng)基團(tuán)，研制針對性強(qiáng)、安全性高的蛋白質(zhì)類凝膠增強(qiáng)劑。

3.3 多酚類物質(zhì)

多酚能與魚糜中的肌原纖維蛋白發(fā)生共價交聯(lián)，以表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）為例，其作用機(jī)制如圖3所示，即EGCG 易被氧化或自動氧化成鄰醌或半醌，然后與蛋白質(zhì)中的賴氨酸或半胱氨酸殘基發(fā)生共價相互作用，從而導(dǎo)致膠凝性能增強(qiáng)，但這會影響魚糜制品的色澤。

圖3 EGCG 自動氧化與魚糜中蛋白質(zhì)結(jié)合的機(jī)制Fig.3 Mechanism of EGCG autooxidation and protein binding in surimi

部分多酚則不利于凝膠的形成，因?yàn)樗茏钄嗉≡w維蛋白上的硫醇基團(tuán)，從而降低二硫鍵的形成，導(dǎo)致持水能力降低，凝膠強(qiáng)度減弱，如迷迭香酸。Zhou等[55]用茶多酚將蛋清改性，發(fā)現(xiàn)加入改性蛋清后比單一使用蛋清形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大且穩(wěn)定，但白度略有下降。宋春勇等[56]發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇乳化后的紅花籽油可在凝膠基質(zhì)中均勻分布，從而促進(jìn)凝膠形成的同時，還可以提高凝膠的持水性和白度，改善凝膠的氧化穩(wěn)定性。由此可見，將多酚類物質(zhì)與其他物質(zhì)協(xié)同作用能更好地改善魚糜制品的凝膠品質(zhì)。

4 總結(jié)與展望

本文總結(jié)了魚糜凝膠的國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展，主要闡述熱處理方式、加工工藝和添加劑對魚糜凝膠品質(zhì)的影響。我國魚糜加工企業(yè)大多屬于中小型企業(yè)，因此在研究增強(qiáng)魚糜凝膠性能的同時，也要考慮到魚糜制品加工中的成本、安全性及操作性等問題。此外，也需要將添加劑和魚糜制品的食味品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)、食品安全、加工特性等因素綜合考慮，有機(jī)結(jié)合，以生產(chǎn)出更適合大眾口味的魚糜制品。

雖然國內(nèi)外在改善魚糜凝膠性能方面的研究已經(jīng)取得頗多成果，但仍然有許多問題尚需進(jìn)一步深入探究。目前，熱處理引起的蛋白質(zhì)水解對魚糜凝膠劣化的影響尚不清楚，還需更進(jìn)一步研究以選擇合適的加熱方式或蛋白酶抑制劑；非熱處理對時間、濃度、功率等所需的加工條件較為嚴(yán)苛，不利于魚糜制品的工業(yè)化生產(chǎn)，同時非熱處理也會影響魚糜凝膠的持水力，目前蛋白質(zhì)凝膠的保水機(jī)制尚不明確，還有待進(jìn)一步闡釋；不同種類的添加劑對于不同魚類的凝膠增強(qiáng)關(guān)系可能會不同，添加劑-魚糜種類-魚糜凝膠特性的彼此關(guān)聯(lián)機(jī)制仍需深入研究，從而篩選并研發(fā)針對性強(qiáng)、專一性好、安全高效的魚糜凝膠改良劑，促進(jìn)魚糜產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效、健康發(fā)展。