提高魚糜凝膠凍融穩定性的研究進展

張 帆，陳 穎，成佳欣

（南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇南京 210023）

我國擁有十分豐厚的水產資源，水產養殖量在世界上是唯一一個超過捕撈量的國家，世界總養殖量的近70%都來自中國[1]。魚肉的營養價值很高，蛋白質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，在促進嬰幼兒生長發育、預防心腦血管疾病等方面有著不可或缺的作用[2]。為了便于運輸和貯藏，最大限度保持魚肉的感官性能和營養價值，水產品深加工已成為我國漁業的必然發展趨勢，目前冷凍魚糜制品在深加工制品中占主要地位[3]，如魚丸、魚豆腐、魚腸、蟹棒等。魚肉經一系列前處理（去鱗、去頭去尾、除內臟、剔骨）后經漂洗、斬拌等工序獲得魚糜，再加入其他輔料或調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]。與新鮮魚肉相比，冷凍魚糜制品具有貯藏時間長、營養價值高、口感更加彈韌等優點，具有廣闊的發展前景，但魚糜的凝膠性能在反復凍融中易被破壞，會嚴重影響產品品質。

為了抑制微生物生長，延長貨架期，魚糜制品一般采取速凍工藝。然而，長時間凍藏會降低制品的品質，這是因為在冷鏈流通時無法保證品溫24 h保持在-18℃及以下，溫度波動導致了反復凍融現象，使魚糜內部的冰晶反復形成，從而破壞凝膠網絡結構[5-6]。為了減小這種不利變化，研究人員通過加入添加劑來增強凝膠穩定性，有研究報道在魚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定性[7]；還有學者從控制冷凍條件這一角度出發，通過改善冷凍條件來限制冰晶的形成。綜述了從魚糜凝膠形成與破壞的機理出發，總結提高魚糜凝膠凍融穩定性的研究成果，并提出可能具有此作用的新型添加物，以期為減小魚糜制品在加工、運輸、貯藏時的品質損失提供一定的參考。

1 凝膠的形成及破壞

魚糜經斬拌、擂潰、加熱等加工工序后可形成具有良好質構的凝膠制品，魚糜凝膠制品以其彈韌的口感和豐富的營養價值深受消費者的青睞。但是，在反復凍融條件下凝膠會被破壞，失去原有的良好口感。

1.1 凝膠形成的機理

肌原纖維蛋白在魚肉總蛋白中占很大比例，包括肌原蛋白、肌球蛋白、肌動球蛋白等，對魚糜凝膠形成起主要作用[8]，其中肌球蛋白的作用尤為重要，但關于不同蛋白質如何形成凝膠的機理尚且存在討論。部分研究者認為肌球蛋白分子頭部和尾部的螺旋結構在加熱時被打開，即發生解旋，分子之間相互交聯而形成大顆粒，其在進一步加熱后會發生空間結構的變化成為三維網狀結構，可以將水包裹在內部，從而完成凝膠化[9]。還有研究認為，魚糜凝膠的形成主要靠肌球蛋白尾部構象的改變——在加熱時尾部的α-helix超螺旋結構發生連續解旋，解旋后的分子變性延伸，相互交聯形成具有網狀結構的凝膠[10]，并且隨著超螺旋結構的不斷減少凝膠強度增強。相比之下，肌原蛋白等其他類肌原纖維蛋白形成凝膠的條件要求較高，高于50℃才開始形成，但此時形成的凝膠穩定性較差，若要形成穩定的凝膠要求溫度至少達到70℃[11]。在多種肌原纖維蛋白都存在時，分子間相互連接更加容易，形成的凝膠穩定性與強度要比單獨形成的顯著提高[12]。

凝膠之所以能具有結構的穩定性，與凝膠化過程中的多種化學作用力密不可分，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二、三、四級結構的主要作用力，因此對于魚糜凝膠的穩定性有重要作用，同時也是蛋白質分子解旋后彼此作用，凝聚成大顆粒的必需作用力。作用機理為魚糜中的蛋白質在加熱時結構發生改變，使疏水基團被暴露在分子外側，體系的微觀結構由無序變為有序，肌球蛋白便凝聚、交聯成凝膠[13]。二硫鍵是加熱時蛋白質分子中的巰基被氧化而形成的，對維持魚糜凝膠質構與強度有重要作用，由于鍵能較高，其結構很穩定，一旦形成便不易被破壞，因此有利于維持凝膠穩定性。另外，肌球蛋白分子內部及分子間有大量氫鍵，氫鍵極不穩定，溫度升高會將氫鍵破壞。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，對減小魚糜凝膠失水率有重要影響[14]。

1.2 凍融對凝膠的破壞

凍藏使得魚糜制品能夠長期保藏，反復凍融會影響魚糜內部水分分布，尤其是冰晶會破壞凝膠網絡結構。有研究表明，肉類在低溫條件下保存一方面形成冰晶破壞了細胞結構；另一方面，導致肌原纖維蛋白斷裂而無法凝膠化，并且反復凍融會更加減弱凝膠形成的能力[15]，凝膠制品結構變松散，彈性口感消失。另外，反復凍融會加速脂肪的氧化，產生有惡臭味的酸敗產物，同時也為微生物污染創造了條件。因此，在日常生產中除了要減少凍融次數外，尋找合適的添加物來減少凍融對凝膠的破壞作用同樣符合生產實際。

2 國內外研究進展

2.1 添加物對凍融穩定性的影響

從添加劑的角度來看，國內外的研究人員通常會添加含蛋白質、其他有機或者無機物等物質來研究對魚糜凝膠凍融穩定性的影響。有研究表明，在白鰱魚魚糜中添加大豆渣后，經過凍融循環魚糜凝膠質構、凝膠強度、持水力等指標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魚糜凝膠在凍融時品質的下降。Yongsa watdigul J等人[17]通過在龍頭魚魚糜中添加雞蛋清蛋白粉和乳清蛋白，發現添加蛋白質能夠促進凝膠的形成，顯著增強凝膠強度，因此使得魚糜凝膠的穩定性在凍融過程中得到提高。周愛梅等人[18]以蛋白質水解物作為添加劑，發現可以減少冷凍保存過程中肌原纖維蛋白的氧化和變性，由于肌原纖維蛋白是魚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。類似的試驗表明，使用雞蛋清蛋白粉和谷朊粉等蛋白類添加劑為鳙魚魚糜的添加物，能夠顯著增強魚糜凝膠性質[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種物質可以有效抑制蝦蛄肌原纖維蛋白在凍融循環中的變性程度，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，能夠使魚糜凝膠特性在凍融過程中的下降程度得到顯著延緩。

2.2 凍融條件對凍融穩定性的影響

祖崟雪[22]在反復凍融探究即食海參水分動力學的變化研究中，運用低核磁共振（LF-NMR）研究即食海參冷凍、解凍過程中水分變化，結果表明核磁共振成像（MRI）的信號與可被測水分的信號密切相關,因此MRI可以對冷凍、解凍過程中海參內部結構的變化進行可視化分析，利用NMR弛豫參數結合主成分分析（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分開來。研究最終表明，多次凍融循環對即食海參的感官（顏色、質構）和理化性質（持水力、蛋白含量）均有不利影響。

李苑等人[23]通過研究發現，在凍融過程中冰晶的形成對水產品的質構有負面影響——解凍后產品的硬度、膠黏性、彈性、回復性均降低，質構的改變也會對魚糜制品的顏色和風味產生不利影響。冰晶會對細胞結構造成機械性損傷，破壞凝膠的三維網絡結構，破壞程度與冰晶大小、位置有關。目前，陳怡璇等人[24]依據2種理論研究冰晶對細胞造成的損害，一種說法是細胞外的溶液最先達到冰點形成冰晶，冰晶直接引起機械性損傷；另一種說法是細胞內一些物質促使水的結晶化，增加溶質濃度，造成冰凍濃縮效應和對細胞的化學勢能損傷[25]。從分子層面對凍結速率、凍結溫度、溫度變動等進行調查的研究結果表明，控制水產品中的冰晶形成，對于維持水產品的品質具有重要作用。

3 前景與展望

提高魚糜凝膠在凍融循環中的穩定性對于延長產品貨架期、減少運輸和貯藏過程中的浪費及滿足消費需求有重要意義。雖然已有大量研究報道具有此功能的各種添加劑，但在魚糜制品的實際生產中很少見到它們被應用，因此還需要進一步研究。

皮克林乳液是一種穩定的分散體系，是以固體粒子作為乳化劑而與傳統乳液區別開。由于熱力學和動力學均具有強穩定性，食品級皮克林乳液可有效提高穩定性、安全性、生物相容性與降解性，已成為乳劑和膠體領域研究的熱點[26-27]。玉米醇溶蛋白皮克林乳液不僅具有長期不分層的穩定性，還可承載食品中脂溶性物質，替代傳統脂肪，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，在冷凍過程中形成細小的冰晶，進而有效提高乳液的凍融穩定性。另外，由于“鹽析”作用會限制冰晶長大，并在液滴外層構成三維網絡結構[29]。因此，在魚糜凝膠中添加植物蛋白皮克林乳液來提高體系的凍融穩定性是此領域的一個潛在發展方向。

4 結語

研究發現，冷凍魚糜制品發展的最主要限制原因在于冷凍運輸等過程中冰晶的凍結-融化-凍結的反復致使其品質下降。目前，研究多以添加各種可食用添加物來提升冷凍魚肉制品的穩定性，如添加米渣蛋白、豆渣蛋白、菜籽蛋白等；另一方面，以調節pH值、改變離子濃度等外部環境的改變來控制冰晶形成速度與大小，從而獲得穩定性較高的冷凍魚糜制品。而由于目前研究水平所限，魚肉凝膠的形成機理尚沒有完全清楚，對于如何有效提高魚肉凝膠的凍融穩定性還有待進一步的研究。目前，已有研究報道藜麥的添加對魚糜凝膠穩定性的影響[30]，且具有高穩定性的皮克林乳液是近年研究中動物脂肪的良好替代品，二者結合是提高魚肉蛋白凝膠凍融穩定性的一個研究方向。