親水膠體在魚糜制品中的應用研究進展

米紅波,蘇 情,王 聰,儀淑敏,徐永霞,勵建榮,*,黃建聯,丁浩宸,王 琪,謝 晶

(1.渤海大學食品科學與工程學院,遼寧省食品安全重點實驗室, 生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心,遼寧錦州 121013; 2.福建安井食品股份有限公司,福建廈門 361022; 3.上海海洋大學食品學院,上海 200090)

魚糜制品是魚肉絞碎后經斬拌、擂潰而成為黏稠且富有黏性的魚肉漿,再加入輔料做成一定形狀后進行水煮、油炸、焙烤烘干等加熱或干燥處理而制成的食品。近年來,市場上出現了許多新型的魚糜制品,如魚肉香腸、模擬蟹肉、模擬蝦肉、模擬貝柱、魚糕、竹輪等[1]。魚糜制品具有高蛋白、低膽固醇、低脂肪、低鹽、低熱量等營養特點,且味道鮮美,也能夠滿足老年、兒童等特殊人群的消費需求[2-4]。魚糜制品因其特有的品質,在世界各國熱度不減[5]。魚糜凝膠特性是反映魚糜品質的主要因素之一,其中凝膠強度是決定魚糜制品質量優劣的關鍵,直接影響魚糜制品的質構特性、保水性及產品得率等[6]。

親水膠體是從植物中提取或化學合成的能溶于水中,并在一定條件下充分化水形成黏稠、滑膩或膠凍溶液的大分子物質,俗稱“膠”,其可用作增稠劑,乳化劑,也可作為脂肪代替物存在于食物中[7-9]。親水膠體能夠改善食品品質,在改善口感的同時,又能夠提高營養價值[10-11]。

隨著生活水平的提高和消費理念的更新,人們對魚糜制品的品質要求也不斷提升,這是我國魚糜制品產業快速發展的主要原因。天然的魚糜制品存在凝膠強度低、口感較差等缺點。在生產過程中,可以加入一些外源添加物或優化加工工藝,以提高其凝膠性能[12]。而親水膠體作為“改良劑”被廣泛用于魚糜制品中,不僅可以改善魚糜制品的凝膠強度、持水性等品質,還能提高魚糜制品的營養價值[13-14]。親水膠體可取代肉糜中的脂肪,在降低反式脂肪酸的危害的同時,還能保證產品的口感和營養[15]。親水膠體種類不同,其對魚糜凝膠強度影響不同。因此,明確親水膠體的功能特性及其改善魚糜凝膠強度的作用機制,對加入魚糜制品中親水膠體種類及用量的選擇至關重要。

本文綜述了魚糜凝膠的形成機理,親水膠體的種類、功能特性及其在魚糜制品中的應用研究現狀,包括單一膠體添加到魚糜制品中的作用效果和多種親水膠體復配后作用效果的對比,為以后魚糜制品的研究與發展提供借鑒和參考。

1 魚糜制品及其凝膠形成機理

1.1 魚糜制品概述

魚糜是指將魚體經過采肉、漂洗、脫水,再精濾而制得的肌肉蛋白濃縮物。魚糜制品根據原料魚的肉質可分為三類:海水白肉魚糜制品、淡水白肉魚糜制品和紅肉魚糜制品[16]。

我國魚糜制品發展雖然落后于日本等漁業發達國家,但近年來,我國學者不斷創新并取得了重大的研究與應用成果。在新產品研制方面,茍曌空等[17]在魚糜制品中添加燕麥、小米等具有高營養價值的谷物粗糧,既提高魚糜制品的營養價值,又使其具有獨特的風味和口感,具有很好的發展前景。在拓展市場方面,2017年初,廣東汕頭的一批冷凍魚糜制品成功登陸比利時市場。2017年5月,我國魚糜制品首次出口韓國。目前我國自貿伙伴遍及亞洲、拉美、大洋洲和歐洲等地區,未來還將不斷擴容。雖然國內冷凍制品起步晚,但發展快,從傳統的魚丸、餃子,到現在多樣化的速凍糕點、披薩等,行業品類創新一直在持續進行。因此,未來更需要在品類擴展和產品升級上不斷創新。

1.2 魚糜凝膠形成機理

在結構上看,凝膠是一種介于固體和液體之間的中間形式,它通過線狀或鏈狀的交聯,產生一個連續網狀結構。魚糜凝膠主要是指蛋白質凝膠,蛋白質形成凝膠的機理是,通過物理或化學手段使肌原纖維蛋白的非共價鍵解離,引起其構象改變,以形成肌球蛋白和肌絲,使反應基團暴露出來,特別是肌球蛋白中疏水基團的暴露,有利于蛋白質間的相互作用,隨后蛋白質基團受熱變性展開,并因聚合作用而形成較大分子凝膠體[18-20]。肌原纖維蛋白凝膠的形成,是依靠變性蛋白分子之間相互排斥和吸引等作用力的平衡。魚糜凝膠根據凝膠方式大致可分為:加熱后冷卻形成的凝膠、加熱條件下其與金屬鹽絡合物形成的凝膠、不加熱而經部分水解或pH調整形成的凝膠[21]。Chan[22]等認為,在加熱過程中,首先是肌球蛋白分子中的S-2區相互聯結,隨后是肌球蛋白尾部聚合形成沉淀(圖1)。不僅肌球蛋白在魚糜的凝膠過程中起著關鍵作用,二硫鍵、肌球蛋白與白蛋白、肌球蛋白與纖維蛋白原及其它蛋白的連接也影響魚糜凝膠的形成。

圖1 魚肌球蛋白熱凝膠示意圖[22]Fig.1 Schematic diagram of thermal gel of fish myosin[22]注:HMM(heavymeromyosin)重酶解肌球蛋白;LMM(light meromyosin)輕酶解肌球蛋白; S-1區為肌球蛋白頭部;S-2區為肌球蛋白尾部與頭部相連的一部分。

持水性是反映魚糜凝膠對其中水分的保持能力,持水性越高,魚糜凝膠內部水分越不易外滲。李睿智[23]等采用兩段式加熱,對白鰱魚魚糜進行凝膠化,在第一段加熱中,魚糜凝膠對水的束縛力逐漸增大,持水力增加,說明魚糜凝膠三維網絡結構逐漸形成;第二段加熱后,持水性、凝膠性繼續增加,說明凝膠三維網絡結構更加完善。劉海梅[24]證明,鰱魚魚糜凝膠形成是鹽溶性蛋白逐漸轉化成不溶性蛋白的過程,這是由于轉谷氨酰胺酶催化肌球蛋白重鏈交聯,形成了更高分子質量蛋白質聚合物。當肌動蛋白轉化成肌球蛋白時,魚糜凝膠強度會提高。簡而言之,魚糜凝膠機理實質就是魚糜蛋白質多肽鏈展開成為變性蛋白質,又重新聚合成大分子膠體[25]。

2 親水膠體及其功能特性

2.1 親水膠體概念和種類

2.1.1 親水膠體概念 親水膠體通常是指一類可溶解于水中,并在一定條件下充分水化形成黏稠、滑膩或膠凍液的大分子物質,其化學組成通常為多糖或蛋白質[26]。親水膠體可以賦予水溶液和其他懸浮液很高的黏性或形成凝膠。

2.1.2 親水膠體種類 親水膠體可按照來源、離子性質和化學結構進行分類,具體見表1。

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

2.2 親水膠體的功能特性

親水膠體是高分子量長鏈親水聚合物,可在水中分散和膨脹。親水膠體在食物中天然存在,但常因其特殊功能需求而添加到加工食品中。親水膠體在加工食品中的主要功能為:凝膠、增稠、穩定、成膜、促進黏性、代替脂肪、增加食品中的可溶膳食纖維含量等。

2.2.1 凝膠性 親水膠體可有效提高食品的凝膠性。例如,黃原膠帶負電荷,分子之間會產生相互排斥,使分子鏈舒展,易與淀粉糊中的直鏈淀粉相互作用形成氫鍵[26]。因此,親水膠體對淀粉凝膠性、流變性、老化性等均有影響[27]。親水膠體復配作用時可彌補單一膠體的不足。卡拉膠是從紅藻中提取的陰性線性多糖,其形成的凝膠強而脆,具有收縮脫水性,但可與刺槐豆膠、魔芋膠復配互補,以卡拉膠為基礎膠體,魔芋膠和刺槐豆膠可協同增效,以提高其持水性,其中刺槐豆膠在提高其凝聚性方面起到主要作用[28]。

2.2.2 增稠性 大多數親水膠體為線性結構,分子間摩擦碰撞率高,以消耗能量,其在低濃度下也具有較高黏度。目前,已報道的親水膠體中瓜爾膠和魔芋膠黏度最大,常用作增稠劑[29]。俞蘭秀[30]得出,將結冷膠、低?；Y冷膠、卡拉膠、果膠、瓊脂和明膠加入牛奶布丁中,其對應的最佳添加量分別為0.2%、0.1%、0.2%、0.7%、0.3%、1.1%,可使牛奶布丁彈性、硬度、膠著性和咀嚼性最好。親水膠體的增稠性也是親水膠體之所以能應用到廢水處理的主要原因[31]。

2.2.3 穩定性 親水膠體適當地添加到食品中,可以實現較好的流變學特性和結構屬性。近年來親水膠體對飲料穩定性研究十分熱門,趙光遠等[32]報道,含有0.07%海藻酸鈉、0.10%黃原膠、0.05%羧甲基纖維素鈉的渾濁石榴汁可保持良好的穩定狀態,程媛[33]等報道,在含有20%的中性甜玉米飲料中加入0.03%黃原膠、0.01%海藻酸鈉、0.06%魔芋膠,可使飲料穩定性顯著提高。

2.2.4 其他功能特性 親水膠體的其他功能在食品中的應用也十分廣泛。親水膠體能夠提高淀粉糊化特性參數,延遲淀粉糊化過程[34],具體機制為有不同電荷、鏈長及分子量的膠體分子與不同的淀粉分子之間能夠以不同的方式鍵合(如氫鍵等)。在肉制品中,可用于取代肉糜中的脂肪[35]。例如,以2.0%大豆分離蛋白、2.0%魔芋精粉、0.4%黃原膠、0.3%卡拉膠的比例添加到肉糜中,既可使肉糜擁有滑潤豐厚的口感,又改善了肉糜的質構性[9]。親水膠體還可用于改善肉糜的流變性,持水性,凝膠特性等,汪學榮[36]等人研究表明,當復合親水膠體的配方為大豆分離蛋白2.5%、魔芋精粉1.0%、黃原膠0.2%、卡拉膠0.5%時,肉糜綜合性質較佳。

3 親水膠體在魚糜制品中的應用

3.1 親水膠體對魚糜制品凝膠特性的作用機理

魚糜凝膠化是魚肉蛋白質分子間進行交聯反應,形成網狀結構,提高其彈性和保水性的過程。親水膠體是魚糜制品生產中最為常用的輔料之一。在魚糜制品中加入親水膠體,既可以降低成本,又能改變魚糜的凝膠特性[37]。在斬拌過程中,親水膠體微粒能夠與魚糜中的鹽溶性蛋白以及不溶性蛋白質微粒充分混合;在加熱過程中,蛋白質分子和膠體分子在水的作用下充分展開,蛋白質與蛋白質、蛋白質與多糖、多糖與多糖之間發生相互作用,形成致密而穩定的三維網狀結構,提高魚糜的凝膠強度和持水性能[38]。

圖2 親水膠體對魚糜凝膠網絡的影響機制[38]Fig.2 The influence mechanism of hydrocolloids on surimi gel network[38]

膠體微粒能夠減少魚糜凝膠中的水通道,從而提高其凝膠強度,因此,食品級親水膠體顆粒在改善粉碎肉制品的紋理性質方面具有重要意義[39]。例如,可得然膠可增強魚糜中肌球蛋白內部氫鍵作用,使蛋白凝膠形成密實的三維網狀結構,降低肌球蛋白凝膠中不同組分水的流動性,降低不易流動水向自由水的轉化量,從而使蛋白凝膠凍融穩定性和持水率得到提高,提高其凝膠強度[13]。

3.2 親水膠體在魚糜制品中的應用

3.2.1 單一親水膠體在魚糜制品中的應用 聚陰離子親水膠體通過靜電相互作用與陽離子反離子結合。根據多糖陰離子的類型和陽離子的特性,反離子或沿著水化層結合,或分布在水化層的外部,因此,不同魚糜中的陽離子與不同陰離子膠體物質的親和力不同[40]。膠體間的協同作用是指聚合物-聚合物的相互作用使其溶液的黏度增加,甚至可形成凝膠,其協同作用程度取決于親水膠體的化學組成和結構[41]。親水膠體可改善魚糜制品凝膠性、流變性、持水性等品質,其作用方式與膠體種類密切相關。例如,添加可得然膠、羅望子膠、魔芋膠、卡拉膠、瓊膠和CMC的竹夾魚魚糜都能形成均勻、致密的三維網狀結構,使魚糜具有較好的凝膠強度、持水力,并可提高其白度;但海藻酸鈉和瓜爾膠對魚糜凝膠特性和持水性均無影響[42]?？ɡz和瓊膠能夠提高大頭狗母魚魚糜凝膠的破斷強度,而黃原膠顯著降低魚糜凝膠的破斷強度,海藻酸鈉和魔芋膠對其破斷強度有輕微的降低效應;這些膠體均降低大頭狗母魚魚糜凝膠的凹陷度[43]。

3.2.2 復配親水膠體在魚糜制品中的應用 親水膠體種類繁多,單獨膠體時對魚糜制品品質的作用效應單一,因此近年來食品科學工作者著重研發了親水膠體復配使用方式[44-45],以求滿足人們對魚糜制品的各種需求。黃原膠和刺槐豆膠、瓜爾豆膠、卡拉膠及魔芋膠等均可互溶,混溶使用比單一使用時膠黏度顯著提高。王艷霞等[41]研究發現,添加淀粉、瓜爾豆膠、蛋清蛋白、大豆蛋白復合物可在一定程度上抑制帶魚魚糜制品中肌球蛋白重鏈降解,但其在金線魚魚糜凝膠結構中易形成膠體塊狀,導致其凝膠強度下降。Binsi[46]等報道,阿拉伯膠、黃蓍膠和瓜爾膠有協同作用,可提高魚糜的熱穩定性;黃原膠、黃蓍膠和阿拉伯膠協同,可提高魚糜的硬度和凝膠強度。

親水膠體也可與其它類型輔料進行復配。資料顯示[47],馬鈴薯淀粉、卵清蛋白、黃原膠(質量比為1∶2.31∶0.51)添加到魚糜制品中,可協同增效提高魚糜制品品質,其制得的魚丸色白且光滑,保水性和凝膠強度較佳,蛋白質含量也得到補充。蛋白質和親水膠體相互作用對食品的結構起重要作用。將黃原膠、刺槐豆膠和鈣離子同時加入魚糜制品中,既可抑制刺槐豆膠對魚糜制品剪切力的負面效應,又阻礙了黃原膠對魚糜凝膠能力的破壞作用,使魚糜機械性能增加[48]。

4 展望

隨著漁業的不斷發展,魚糜制品產業必將風靡全球。這不僅要求研究者不斷創新,還應該在已知領域上更加深入研究。目前,國內外針對魚糜制品中添加單一或復配親水膠體的研究較多且深入,而親水膠體與淀粉或脂肪酸等其他物質復合對魚糜凝膠特性的影響卻鮮有報道;同時,親水膠體在魚糜制品中的應用研究主要在改善魚糜的凝膠性、持水性等品質方面,而對如何防止魚糜制品營養流失或補充營養物質方面的研究報道較少。因此,將不同種類的親水膠體與淀粉或脂肪酸等其他外源添加物復合,不僅改善了魚糜制品的凝膠品質,還強化了魚糜制品中的營養元素,這將是今后的重點研究方向。