魚糜制品凝膠特性影響因素的研究進展

韋芳，竇容容，孫紀錄，桑亞新，亢春雨*，趙春青

（1.河北農業大學食品科技學院，河北保定 071000；2.保定開放大學，河北保定 071001）

魚糜是一種新型的水產調理食品原料，魚糜經斬拌、調理、擂潰、加熱成型等一系列加工工藝，形成具有三維網絡結構的彈性凝膠產品，即魚糜制品。魚糜制品因其產品類型多樣、口味豐富、耐儲藏等特性，深受消費者喜愛，是一種極具發展前景的水產制品。

近年來，部分發達國家已形成魚糜全產業鏈加工，魚糜產業得到快速發展。例如日本的魚糜產業已占據全球魚糜生產和消費總量的50%以上，其在魚糜生產的每個環節都有嚴格的技術標準、產品標準，做到了標準化生產，魚糜加工得到技術保障。我國魚糜產品的占比遠低于發達國家，加工技術尚處于初級加工階段，魚糜加工企業規模小。與發達國家相比，無論是魚糜加工技術還是加工產能都存在巨大差距。但是近年來隨著國內外市場需求不斷擴大，魚糜產業發展迅速，已成為我國水產品精深加工的重要分支，是推動水產品持續健康發展的重要組成部分。隨著全球市場對高品質魚糜產品需求的日益增大，同時伴隨著我國水產加工業由“初級加工”向“精深加工”的轉型升級加速，我國魚糜加工業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、保水性及黏結性等品質性能。因此，魚糜制品的凝膠特性是衡量其品質的重要指標。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]。研究發現，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原料多以海水魚為主，而淡水魚糜因其凝膠強度較低，交聯度差，結構發散，致使淡水魚糜制品的穩定性較差，不易聚集成型，因此如何增強淡水魚糜制品的凝膠強度是淡水魚糜加工業的技術焦點，已引起國內外學者的廣泛關注。

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外關于影響魚糜凝膠性能的研究現狀，重點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、作用機制等進行綜合闡述，旨在為魚糜凝膠特性研究以及魚糜加工技術升級提供理論參考。

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缺點比較。

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，傳統水浴加熱形成的魚糜凝膠網絡結構疏松且不牢固，孔隙較大；蒸汽加熱會出現部分組織有斷裂的現象，高壓熟制則會影響水分狀態和蛋白質結構[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的重要參數，所以傳統的水浴加熱對魚糜凝膠的負面影響較大。Liu等[9]發現，相較于水浴加熱，微波加熱速度更快并能降低內源性蛋白酶的活性，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]研究發現，不同魚種含有不同的內源酶，因此它們適宜的歐姆加熱功率不同，不利于魚糜制品生產過程的連續化。裴志勝等[7]發現，真空處理與常壓水浴處理相比，凝膠強度會有一定程度的改善，但此方式所需設備較復雜，成本較高。Cao等[11]將微波加熱和水浴加熱二者聯用，發現既能克服水浴加熱不均勻的缺點，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重要的作用，加工工藝則會影響其含量和結構，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]發現，與單一組分的鹽溶液相比，用復合鹽溶液漂洗的魚糜能獲得高品質凝膠制品。朱琳等[19]發現，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，適宜濃度的臭氧水漂洗可以形成親水性更好，微觀結構更均勻、孔徑更小的凝膠網絡，濃度過高則會破壞魚糜蛋白的固有結構和穩定性，使凝膠顏色變黃，持水性下降。宋潔等[14]發現，臭氧處理時間會影響魚糜制品的品質，即時間過長會引起部分蛋白質變性，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，斬拌條件（如斬拌的起始溫度、時間等）會影響魚糜凝膠強度。其中斬拌時間對魚糜凝膠的白度和持水性影響較為顯著，進而影響魚糜制品的品質。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

超聲可以誘導肌原纖維蛋白展開并促進疏水相互作用，能增強魚糜的凝膠強度。Chen 等[22]發現，小于100 kHz 的超聲輔助解凍可減少蛋白質變性，能更好地保留三維網絡結構。超聲波輔助預熱與水浴加熱相結合已被證實是改善低鹽魚糜凝膠性能和微觀結構的有效方法。姜昕等[23]發現，超聲時間和功率都會影響魚糜制品的凝膠強度。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]研究發現，微波-超聲波聯用可以改善低鹽羅非魚糜凝膠強度、持水性等。然而外在和內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和二級結構，進而影響魚糜的凝膠強度。Guo 等[17]發現，超高壓和低濃度的鹽溶液（MgCl2或NaCl）結合也可以使低鹽魚糜制品的凝膠強度、保水性、硬度等達到最優值，凝膠的結構也更加平整致密。然而，高壓處理對魚糜蛋白理化性質的影響尚不明晰，還有待進一步研究。

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度的影響Table 3 Effects of additives on the gel strength of surimi

續表3 部分添加劑對魚糜凝膠強度的影響Continue table 3 Effects of additives on the gel strength of surimi

3.1 多糖

多糖的分子結構中含有很多親水基團，可作為親水性填料增強魚糜凝膠的持水性和穩定性。魚糜制品的凝膠化特征會受到多糖類型的影響，其作用機理如圖2所示。

圖2 多糖-魚糜作用機理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（如圖2A所示），經熱誘導會發生凝膠化和蛋白質聚集，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蛋白質-水-纖維以及蛋白質-纖維的交聯。不溶性的膳食纖維減少了相互連接的水的形成，使凝膠網絡具有更高的完整性和致密性，但它與凝膠網絡之間存在空隙[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、乳化和更強的水合作用能力，與蛋白網絡沒有空隙（如圖2D所示），但它的加入可能會導致凝膠僵硬和彈性喪失。未來可以將研究重點放在如何降低不溶性膳食纖維帶來的負面影響方面，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物的綜合利用率，又可減輕因廢物傾倒造成的環境問題。

3.1.2 可食親水膠體類物質

可食親水膠體改善魚糜凝膠的本質是物理作用，例如魚糜凝膠過程主要是大分子間的聚集，形成連接區，而親水膠體會誘導魚糜中蛋白質的交聯，從而提供凝膠的基本三維網絡結構（如圖2E所示）。研究發現，膠體懸浮液改善魚糜凝膠的效果優于粉末[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分子間，從而阻礙凝膠的形成，進而降低魚糜的凝膠強度。部分膠體復配制得的魚糜凝膠的品質比單一膠體的好，但也有例外，例如可得然膠和魔芋膠復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同作用可能會使魚糜獲得更高品質的凝膠。于楠楠等[50]發現，氯化鈣和可得然膠協同作用可進一步提高魚糜的硬度、凝膠強度、白度和儲能模量。Mi 等[51]發現，明膠能促進淀粉在魚糜網絡的分散，使凝膠網絡變得緊實且均勻，改善魚糜制品的質地、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理及其凝膠化性能有利于它們在魚糜產業中的實踐應用。

3.1.3 淀粉類物質

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絡中，導致凝膠基質所受的壓力增大，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-魚糜凝膠品質的變化與淀粉顆粒大小的吸水能力和凝膠溫度有關，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變化。Wu 等[52]發現，淀粉酯化對魚糜凝膠的影響比交聯酯化效果好，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度，但也會存在部分淀粉遇熱易老化現象，不利于魚糜制品的凍藏；隨著添加量的增多，會出現魚糜制品有粉面口感等問題，從而使其感官品質降低。Mi等[53]將高直鏈玉米淀粉和脂肪酸復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。綜合考慮生產成本、口感等問題，將淀粉和其他物質共同作用可能對魚糜制品的品質影響較小。

3.2 非肌肉蛋白

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

3.3 多酚類物質

多酚能與魚糜中的肌原纖維蛋白發生共價交聯，以表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）為例，其作用機制如圖3所示，即EGCG 易被氧化或自動氧化成鄰醌或半醌，然后與蛋白質中的賴氨酸或半胱氨酸殘基發生共價相互作用，從而導致膠凝性能增強，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結合的機制Fig.3 Mechanism of EGCG autooxidation and protein binding in surimi

部分多酚則不利于凝膠的形成，因為它能阻斷肌原纖維蛋白上的硫醇基團，從而降低二硫鍵的形成，導致持水能力降低，凝膠強度減弱，如迷迭香酸。Zhou等[55]用茶多酚將蛋清改性，發現加入改性蛋清后比單一使用蛋清形成的凝膠網絡結構大且穩定，但白度略有下降。宋春勇等[56]發現，白藜蘆醇乳化后的紅花籽油可在凝膠基質中均勻分布，從而促進凝膠形成的同時，還可以提高凝膠的持水性和白度，改善凝膠的氧化穩定性。由此可見，將多酚類物質與其他物質協同作用能更好地改善魚糜制品的凝膠品質。

4 總結與展望

本文總結了魚糜凝膠的國內外相關研究進展，主要闡述熱處理方式、加工工藝和添加劑對魚糜凝膠品質的影響。我國魚糜加工企業大多屬于中小型企業，因此在研究增強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、營養品質、食品安全、加工特性等因素綜合考慮，有機結合，以生產出更適合大眾口味的魚糜制品。

雖然國內外在改善魚糜凝膠性能方面的研究已經取得頗多成果，但仍然有許多問題尚需進一步深入探究。目前，熱處理引起的蛋白質水解對魚糜凝膠劣化的影響尚不清楚，還需更進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苛，不利于魚糜制品的工業化生產，同時非熱處理也會影響魚糜凝膠的持水力，目前蛋白質凝膠的保水機制尚不明確，還有待進一步闡釋；不同種類的添加劑對于不同魚類的凝膠增強關系可能會不同，添加劑-魚糜種類-魚糜凝膠特性的彼此關聯機制仍需深入研究，從而篩選并研發針對性強、專一性好、安全高效的魚糜凝膠改良劑，促進魚糜產業提質增效、健康發展。