脂肪剪切乳化和蛋白基質對肉糜乳化穩定性的重要作用

汪張貴，閆利萍，彭增起 ，周光宏

(1.蚌埠學院食品與生物工程系，安徽蚌埠 233030;

2.南京農業大學食品科技學院，江蘇南京 210095)

脂肪剪切乳化和蛋白基質對肉糜乳化穩定性的重要作用

汪張貴1，閆利萍1，彭增起2，*，周光宏2

(1.蚌埠學院食品與生物工程系，安徽蚌埠 233030;

2.南京農業大學食品科技學院，江蘇南京 210095)

完全粉碎肉制品由肌肉蛋白質、脂肪顆粒、水、鹽和碳水化合物等物質組成。在肉糜生產過程中，脂肪被剪切成形狀和大小不同的固態脂肪顆粒或液態脂肪滴，如何防止脂肪和水分從產品中分離成為挑戰。在過去幾十年里，涌現出兩種學說用于解釋肉糊乳化穩定性:水包油型乳化學說和蛋白基質物理鑲嵌固定學說，前者強調脂肪球周圍形成界面蛋白膜作用，后者強調蛋白基質對脂肪的固定作用。本文討論了支持這兩個研究方向的成果，并在此基礎上提出幾點建議。

肌肉，蛋白質，脂肪，乳化

糜類肉制品口感鮮嫩，清淡爽口，蛋白質含量豐富，深受國內外廣大消費者鐘愛。它主要是由肌肉組織(瘦肉)、脂肪組織(肥膘)、非肉蛋白、食鹽和水等成分依次經過斬拌、灌裝、巴氏殺菌和冷卻等工藝生產而成的。一般來說，大多數糜類肉制品含有20%～35%脂肪，這些脂肪通常被10%～15%蛋白質固定在肉制品中。前人［1－7］研究表明，脂肪在糜類肉制品中具有乳化穩定肉糜、改善產品硬度、多汁性、風味以及出油(水)等多種功能。因而，糜類肉制品生產的關鍵技術在于如何結合脂肪和水。然而，工業生產中糜類肉制品常常出現出水、出油和質構差等問題，這些往往與肉糜乳化穩定性密切相關。目前關于糜類肉制品乳化穩定性機制主要存在兩種學說:水包油型乳化學說［9－12］和蛋白基質物理鑲嵌固定學說［13－19］。前者認為完全粉碎的肉糜中存在水包油型乳化體系，脂肪球周圍表面包裹著一層蛋白膜，從而阻止脂肪球發生凝聚，但它忽視(或片面降低)了其它不溶性蛋白在肉糜中所起的作用，且理想化認為乳化肉糜中脂肪球直徑大小在0.1～50μm。后者則強調蛋白質基質對肉糜中脂肪球物理鑲嵌固定作用，它也忽視(或片面降低)了蛋白膜存在及作用，且要求脂肪細胞完整。究竟哪種機制對維持肉糜乳化穩定性更重要尚未達成共識。此外，粘稠、流動的生肉糜煮制成富有彈性的、不流動的乳化凝膠制品，其變化機理尤為復雜。

1 肉糜制備過程中的物理化學變化

表1 肉糜制備過程中的物理化學變化

在肉糜生產過程中，質地比較軟的脂肪組織剪切破碎釋放出脂肪滴，而質地比較硬的脂肪組織被剪切成大小和形狀不同的脂肪顆粒。此外，還有高速剪切斬拌或摩擦產生了大量熱量，刀片產生瞬間的高溫使周圍的脂肪熔化成液態脂肪滴。這些形狀大小不同的脂肪顆粒或脂肪滴周圍表面包裹著一層蛋白膜，分布在蛋白基質中。一般說來，脂肪組織剪切地愈細，游離出來的脂肪滴愈多，脂肪顆粒直徑越小。剪切時間不充分，脂肪顆粒直徑太大(φ＞50μm)，達不到乳化要求;剪切時間過長，脂肪顆粒很小或脂肪細胞被破壞，脂肪顆粒總表面積增大，使得蛋白質不足以包圍所有脂肪顆粒，加熱時脂肪就會析出。因而，脂肪必須剪切成適當大小的脂肪顆粒或脂肪滴，才能形成乳化性能良好的肉糜。

肉糜在隨后煮制過程中也發生很多變化［20］:首先脂肪受熱開始熔化(約30℃)，隨著溫度升高，肌球蛋白開始發生變性(肌球蛋白變性溫度45℃)并逐步形成由弱到強的蛋白凝膠，持水力下降;當加熱溫度上升到55～60℃時，形成更加僵硬的蛋白質基質，通過流變特性掃描觀測到系統中G'在52～55℃內明顯增加，此時脂肪仍處于熔化狀態，并且不斷向周圍蛋白基質擴散;隨著加熱溫度進一步升高(60℃以后)，膠原蛋白受熱熔化形成明膠。但是，過多膠原蛋白擴散到凝膠中會使肉糜穩定性下降，甚至出現分離現象。

2 肉糜乳化穩定性機制

迄今為止，肌肉蛋白與脂肪剪切乳化機理研究一直未能突破，目前關于肉糜乳化穩定機制主要存在水包油型和蛋白基質物理鑲嵌固定兩種學說。

2.1 水包油型乳化學說(Oil－in－water theory)

Hansen［10］用電鏡首次觀察到肉糜中脂肪顆粒(或油滴)表面包裹著一層蛋白膜，又稱界面蛋白膜(interfacial protein film，IPF)，這一現象后來得到不少學者認可和支持。Borchert等［8］研究發現，煮制后肉糜中也存在IPF，有的IPF表面上存在小洞或孔隙;Schut［21］研究發現，在不含復配膠的肉糜中，鹽溶性蛋白優先吸附在脂肪－水界面上，受熱時包圍脂肪球的蛋白膜容易破裂，出現大量孔和裂口，脂肪容易游離出來，而在低脂肉制品中添加復配膠時，優先吸附在脂肪－水表面的也是鹽溶性蛋白的部分鏈段;Jones和Mandigo［12］進一步研究發現，煮制后肉糜中IPF表面存在小洞，且小洞附近有大脂肪顆粒和一些小脂肪滴，他們認為這些小洞或孔隙可能是脂肪滴從IPF表面裂縫流失而留下的痕跡，當肉糜流失太多脂肪時，IPF表面會出現較大裂縫或洞;當無脂肪流失時，可以看到形狀規則的脂肪球。

于是，不少學者［9－12］在此基礎上較為系統地提出了維持肉糜乳化穩定性的水包油型乳化學說。該學說認為:肌肉蛋白“乳狀液”屬于水包油型乳狀液，在脂肪球周圍表面包裹著一層比較厚的蛋白膜，能夠有效地防止脂肪球凝聚。在這系統中，分散相是由大小不一的脂肪滴和形狀和大小不同的固態脂肪顆粒構成，連續相是由含有鹽和溶解的、膠化的、懸浮的蛋白質水溶液構成。Jones［9］研究指出蛋白膜早期在油－水界面上形成，即相對完整自由蛋白質分子首先在脂肪球或顆粒周圍形成表層蛋白，其它蛋白質通過疏水作用力、共價鍵和氫鍵等化學作用與表層蛋白結合在界面處形成蛋白膜。

肌球蛋白是構成界面蛋白膜的主要蛋白質，被認為是水包油系統良好的乳化劑。Borejdo［22］研究認為肌球蛋白分子有親水基和疏水基部分，且重酶解蛋白為疏水性。在肉糜模型系統中，Jones［9］研究發現，在油－水界面形成蛋白膜早期，游離肌球蛋白分子以相對完整的表面單體形式先在油水界面上形成單分子層，重鏈朝向油相，輕鏈朝向水相，而其它蛋白質分子主要通過疏水力作用、共價鍵和氫鍵等形式實現蛋白質－蛋白質相互作用，隨著其它肌原纖維蛋白沉積逐漸變厚，最終形成一個半剛性的膜;后來他進一步對商業肉糜產品中IPF含量和水相中的蛋白質種類做電泳實驗，研究發現肌球蛋白是構成肉糜中IPF的主要蛋白質，而且，如果肉糜中沒有提取出足夠多肌球蛋白就會出現脂肪分離現象;Galluzzo和Regenstein［23］也研究表明，懸浮在鹽溶液中的肌球蛋白能夠有更強表面活性，比肌動蛋白和肌動球蛋白可以更好地在界面上形成蛋白膜。圖1顯示了可溶的肌原纖維蛋白(主要是肌球蛋白)分子在乳化過程中會部分展開，同少量肌漿蛋白一起吸附在脂肪球表面，在脂肪球周圍形成一個半剛性的膜或被膜，降低水、油間界面張力，即降低自由能［24］。

圖1 肌球蛋白與脂肪乳化作用示意圖［24］

然而，不少學者［25－27］研究發現，向糜類肉制品中添加人工合成乳化劑后，肉糜乳化體系崩潰，而不是增加肉糜乳化穩定性，這些現象使水包油型乳化學說受到很大挑戰，人們開始轉向主張強調蛋白質基質保持產品中脂肪物理固定學說。但是，這并不能完全擊敗水包油型乳化學說。Jost等［28］向含有乳清蛋白的肉糜體系中添加卵磷脂乳化劑，研究發現生肉糜中構成蛋白膜中蛋白質未被更換，且這種蛋白膜未消失，但在煮制過程中(脂肪熔化且基質蛋白質尚未完全變性)，肉糜穩定性出現下降;再者，根據經典乳化液概念，油滴(或分散相顆粒)直徑應小于50μm，而實際生產中，糜類肉制品中不少脂肪微粒大小超過50μm，有的甚至達到200μm。因此，不能簡單認為商業肉糜及其制品是經典乳狀液類型。

2.2 蛋白基質物理鑲嵌固定學說(physical entrapment theory)

蛋白基質物理鑲嵌固定學說［13－19］認為:肉在斬拌過程中，肌肉組織經剪切萃取出的蛋白質、纖維碎片、肌原纖維及膠原纖絲間發生相互作用，形成一種高度粘稠的體系，而破碎的脂肪顆粒或脂肪滴被這些蛋白基質物理鑲嵌包埋固定，得到相對穩定的乳狀液。在加熱煮制過程中，位于脂肪球界面上的蛋白質及粘性的基質蛋白質會結合成為一種半剛性的凝膠網狀結構，大大限制了脂肪球的移動。

Hermanssen 等［19］研究發現，煮制前肉糜能夠形成一個有序結構;Barbut等［20］觀察發現生肉糜中存在海綿體狀基質和蛋白質絲狀相連構成有序三維空間結構，而且部分可以流動;肉糜在煮制過程中，肌原纖維蛋白聚集形成凝膠，能夠物理鑲嵌固定脂肪［14，17］;Gordon 和 Barbut［16，18］研究發現，煮制后的肉糜中脂肪球通過與蛋白質相連被物理固定;Theno和Schm idt［13］也研究指出，法蘭克福香腸中也存在脂肪球與蛋白質基質物理性結合固定現象。

物理鑲嵌固定學說雖然能夠很好地解釋肉的乳化機理，但它沒有考慮脂肪球表面性質，即認為包圍在脂肪球周圍的IPF作用很小。Hermansson等［19］認為IPF可能是整個蛋白網絡結構的一部分，物理性連接可能是IPF與基質蛋白之間的相互作用;Gordon和Barbut［27］也研究認為脂肪穩定性是由脂肪周圍表面IPF和粘性蛋白基質的物理約束和結合共同作用的結果。但是，近些年來，也有少數學者［9，20，27］認為肉糜穩定性是由蛋白膜和基質物理鑲嵌固定共同作用的結果。當然，脂肪的物理特性、粉碎方式、粉碎程度、最終斬拌溫度和加熱時間等因素也會影響肌肉蛋白物理鑲嵌固定作用。

3 展望

我國肉類加工技術和水平還比較低，相關基礎研究相對不足，如肌肉蛋白乳化機理和肉糜乳化穩定性，特別是肌肉蛋白和脂肪剪切乳化機理研究尚屬空白;糜類肉制品出水、出油現象比較嚴重，經濟損失巨大。為減少生產成本，滿足消費者對低脂、低鹽肉制品的需求，建議今后研究從以下方面著手:

3.1 探明肌肉蛋白與脂肪剪切乳化機理

目前研究發現，肉糜中脂肪微粒表面包裹著一層蛋白膜，蛋白基質對脂肪微粒穩定也具有一定的物理固定作用。但究竟是蛋白膜包裹還是蛋白基質物理固定在維持糜類肉制品穩定性方面起最重要作用還需要繼續深入探討。此外，脂肪被剪切成形態和大小不同的固態脂肪顆粒和液態脂肪滴，這些存在形式、形態和大小不同的脂肪微粒對糜類肉制品穩定性和品質特性貢獻大小可能不同，還需要進一步深入探討。

3.2 建立肉糜乳化穩定性的新的評價方法

目前評價蛋白質乳化性常用濁度法、離心法和電導率法，應用這些方法通常要求乳狀液均勻透明。因而，采用濁度法、離心法或電導率法來評價粘稠、不透明的肉糜乳化性質可能存在不足或局限性。再者，這些評價方法不能在線即時預測肉糜乳化穩定性，即不能用來指導實際生產，表現出很大的生產滯后性。因此，需要探討和建立一種新的評價肉糜乳化穩定性的方法，用于指導生產。

3.3 建立生產工藝調控技術，適應我國肉類工業發展需要

我國肉類加工技術和水平比較低，相關基礎研究相對不足，尤其是低溫凝膠類肉制品加工技術主要來源于西方國家，產品出水、出油等質量問題比較嚴重。應該結合我國肉制品中尚未解決的問題，如斬拌速度、溫度和時間等斬拌工藝條件和參數對凝膠類肉制品品質的影響進行有針對性的研究，建立相應的控制技術，運用于肉品加工業生產。

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Importance of shearing fat emulsification and protein matrix in meat batter stability

WANG Zhang－gui1，YAN Li－ping1，PENG Zeng－qi2，*，ZHOU Guang－hong2

(1.Department of Food and Bioengineering，Bengbu College，Bengbu 233030，China;
2.College of Food Science and Technology，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China)

Finely comminuted meat products were a mixture of proteins，fat particles，water，salt and carbohyd rates，and so on.During the process of preparing meat batter，fat was chopped into solid particles and/or liquid fat droplets of different shapes and sizes.Nowadays，the challenge is how to minimize and/or prevent fat and moisture separation from the product.There were two alternative theories for meat batter stabilization:the oil－in－water emulsion theory，which was based on the formation of aninterfacial protein film(IPF)around fat globules，and the physical entrapment theory，which centered on the entrapment of the fat within the protein matrix.The exact mechanism by which finely comminuted meat batters stabilized was stilluncertain.Arguments presented to support both research thrusts were discussed.Based on this，several pieces of suggestions were also put forward.

muscle;protein;fat;emulsify

TS251.1

A

1002－0306(2011)08－0466－04

2010－07－29 *通訊聯系人

汪張貴(1978－)，男，講師，博士，研究方向:畜產品加工與質量控制。