親水膠體在魚(yú)糜制品中的應(yīng)用研究進(jìn)展

米紅波,蘇 情,王 聰,儀淑敏,徐永霞,勵(lì)建榮,*,黃建聯(lián),丁浩宸,王 琪,謝 晶

(1.渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)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(mén) 361022; 3.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海 200090)

魚(yú)糜制品是魚(yú)肉絞碎后經(jīng)斬拌、擂潰而成為黏稠且富有黏性的魚(yú)肉漿,再加入輔料做成一定形狀后進(jìn)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(lái),市場(chǎng)上出現(xiàn)了許多新型的魚(yú)糜制品,如魚(yú)肉香腸、模擬蟹肉、模擬蝦肉、模擬貝柱、魚(yú)糕、竹輪等[1]。魚(yú)糜制品具有高蛋白、低膽固醇、低脂肪、低鹽、低熱量等營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn),且味道鮮美,也能夠滿(mǎn)足老年、兒童等特殊人群的消費(fèi)需求[2-4]。魚(yú)糜制品因其特有的品質(zhì),在世界各國(guó)熱度不減[5]。魚(yú)糜凝膠特性是反映魚(yú)糜品質(zhì)的主要因素之一,其中凝膠強(qiáng)度是決定魚(yú)糜制品質(zhì)量?jī)?yōu)劣的關(guān)鍵,直接影響?hù)~(yú)糜制品的質(zhì)構(gòu)特性、保水性及產(chǎn)品得率等[6]。

親水膠體是從植物中提取或化學(xué)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(zhì),俗稱(chēng)“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(zhì),在改善口感的同時(shí),又能夠提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[10-11]。

隨著生活水平的提高和消費(fèi)理念的更新,人們對(duì)魚(yú)糜制品的品質(zhì)要求也不斷提升,這是我國(guó)魚(yú)糜制品產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的主要原因。天然的魚(yú)糜制品存在凝膠強(qiáng)度低、口感較差等缺點(diǎn)。在生產(chǎn)過(guò)程中,可以加入一些外源添加物或優(yōu)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(yú)糜制品中,不僅可以改善魚(yú)糜制品的凝膠強(qiáng)度、持水性等品質(zhì),還能提高魚(yú)糜制品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(shí),還能保證產(chǎn)品的口感和營(yíng)養(yǎng)[15]。親水膠體種類(lèi)不同,其對(duì)魚(yú)糜凝膠強(qiáng)度影響不同。因此,明確親水膠體的功能特性及其改善魚(yú)糜凝膠強(qiáng)度的作用機(jī)制,對(duì)加入魚(yú)糜制品中親水膠體種類(lèi)及用量的選擇至關(guān)重要。

本文綜述了魚(yú)糜凝膠的形成機(jī)理,親水膠體的種類(lèi)、功能特性及其在魚(yú)糜制品中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀,包括單一膠體添加到魚(yú)糜制品中的作用效果和多種親水膠體復(fù)配后作用效果的對(duì)比,為以后魚(yú)糜制品的研究與發(fā)展提供借鑒和參考。

1 魚(yú)糜制品及其凝膠形成機(jī)理

1.1 魚(yú)糜制品概述

魚(yú)糜是指將魚(yú)體經(jīng)過(guò)采肉、漂洗、脫水,再精濾而制得的肌肉蛋白濃縮物。魚(yú)糜制品根據(jù)原料魚(yú)的肉質(zhì)可分為三類(lèi):海水白肉魚(yú)糜制品、淡水白肉魚(yú)糜制品和紅肉魚(yú)糜制品[16]。

我國(guó)魚(yú)糜制品發(fā)展雖然落后于日本等漁業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家,但近年來(lái),我國(guó)學(xué)者不斷創(chuàng)新并取得了重大的研究與應(yīng)用成果。在新產(chǎn)品研制方面,茍曌空等[17]在魚(yú)糜制品中添加燕麥、小米等具有高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的谷物粗糧,既提高魚(yú)糜制品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,又使其具有獨(dú)特的風(fēng)味和口感,具有很好的發(fā)展前景。在拓展市場(chǎng)方面,2017年初,廣東汕頭的一批冷凍魚(yú)糜制品成功登陸比利時(shí)市場(chǎng)。2017年5月,我國(guó)魚(yú)糜制品首次出口韓國(guó)。目前我國(guó)自貿(mào)伙伴遍及亞洲、拉美、大洋洲和歐洲等地區(qū),未來(lái)還將不斷擴(kuò)容。雖然國(guó)內(nèi)冷凍制品起步晚,但發(fā)展快,從傳統(tǒng)的魚(yú)丸、餃子,到現(xiàn)在多樣化的速凍糕點(diǎn)、披薩等,行業(yè)品類(lèi)創(chuàng)新一直在持續(xù)進(jìn)行。因此,未來(lái)更需要在品類(lèi)擴(kuò)展和產(chǎn)品升級(jí)上不斷創(chuàng)新。

1.2 魚(yú)糜凝膠形成機(jī)理

在結(jié)構(gòu)上看,凝膠是一種介于固體和液體之間的中間形式,它通過(guò)線狀或鏈狀的交聯(lián),產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。魚(yú)糜凝膠主要是指蛋白質(zhì)凝膠,蛋白質(zhì)形成凝膠的機(jī)理是,通過(guò)物理或化學(xué)手段使肌原纖維蛋白的非共價(jià)鍵解離,引起其構(gòu)象改變,以形成肌球蛋白和肌絲,使反應(yīng)基團(tuán)暴露出來(lái),特別是肌球蛋白中疏水基團(tuán)的暴露,有利于蛋白質(zhì)間的相互作用,隨后蛋白質(zhì)基團(tuán)受熱變性展開(kāi),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(yú)糜凝膠根據(jù)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(luò)合物形成的凝膠、不加熱而經(jīng)部分水解或pH調(diào)整形成的凝膠[21]。Chan[22]等認(rèn)為,在加熱過(guò)程中,首先是肌球蛋白分子中的S-2區(qū)相互聯(lián)結(jié),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(yú)糜的凝膠過(guò)程中起著關(guān)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?hù)~(yú)糜凝膠的形成。

圖1 魚(yú)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(qū)為肌球蛋白頭部;S-2區(qū)為肌球蛋白尾部與頭部相連的一部分。

持水性是反映魚(yú)糜凝膠對(duì)其中水分的保持能力,持水性越高,魚(yú)糜凝膠內(nèi)部水分越不易外滲。李睿智[23]等采用兩段式加熱,對(duì)白鰱魚(yú)魚(yú)糜進(jìn)行凝膠化,在第一段加熱中,魚(yú)糜凝膠對(duì)水的束縛力逐漸增大,持水力增加,說(shuō)明魚(yú)糜凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸形成;第二段加熱后,持水性、凝膠性繼續(xù)增加,說(shuō)明凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加完善。劉海梅[24]證明,鰱魚(yú)魚(yú)糜凝膠形成是鹽溶性蛋白逐漸轉(zhuǎn)化成不溶性蛋白的過(guò)程,這是由于轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化肌球蛋白重鏈交聯(lián),形成了更高分子質(zhì)量蛋白質(zhì)聚合物。當(dāng)肌動(dòng)蛋白轉(zhuǎn)化成肌球蛋白時(shí),魚(yú)糜凝膠強(qiáng)度會(huì)提高。簡(jiǎn)而言之,魚(yú)糜凝膠機(jī)理實(shí)質(zhì)就是魚(yú)糜蛋白質(zhì)多肽鏈展開(kāi)成為變性蛋白質(zhì),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(lèi)

2.1.1 親水膠體概念 親水膠體通常是指一類(lèi)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(zhì),其化學(xué)組成通常為多糖或蛋白質(zhì)[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(lèi) 親水膠體可按照來(lái)源、離子性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi),具體見(jiàn)表1。

表1 親水膠體分類(lèi)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(zhǎng)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(wěn)定、成膜、促進(jìn)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(fù)電荷,分子之間會(huì)產(chǎn)生相互排斥,使分子鏈?zhǔn)嬲?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(duì)淀粉凝膠性、流變性、老化性等均有影響[27]。親水膠體復(fù)配作用時(shí)可彌補(bǔ)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(qiáng)而脆,具有收縮脫水性,但可與刺槐豆膠、魔芋膠復(fù)配互補(bǔ),以卡拉膠為基礎(chǔ)膠體,魔芋膠和刺槐豆膠可協(xié)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(shù)親水膠體為線性結(jié)構(gòu),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(bào)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(jié)冷膠、低酰基結(jié)冷膠、卡拉膠、果膠、瓊脂和明膠加入牛奶布丁中,其對(duì)應(yīng)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(yīng)用到廢水處理的主要原因[31]。

2.2.3 穩(wěn)定性 親水膠體適當(dāng)?shù)靥砑拥绞称分?可以實(shí)現(xiàn)較好的流變學(xué)特性和結(jié)構(gòu)屬性。近年來(lái)親水膠體對(duì)飲料穩(wěn)定性研究十分熱門(mén),趙光遠(yuǎn)等[32]報(bào)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(wěn)定狀態(tài),程媛[33]等報(bào)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(wěn)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(yīng)用也十分廣泛。親水膠體能夠提高淀粉糊化特性參數(shù),延遲淀粉糊化過(guò)程[34],具體機(jī)制為有不同電荷、鏈長(zhǎng)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(rùn)豐厚的口感,又改善了肉糜的質(zhì)構(gòu)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(xué)榮[36]等人研究表明,當(dāng)復(fù)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(shí),肉糜綜合性質(zhì)較佳。

3 親水膠體在魚(yú)糜制品中的應(yīng)用

3.1 親水膠體對(duì)魚(yú)糜制品凝膠特性的作用機(jī)理

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

圖2 親水膠體對(duì)魚(yú)糜凝膠網(wǎng)絡(luò)的影響機(jī)制[38]Fig.2 The influence mechanism of hydrocolloids on surimi gel network[38]

膠體微粒能夠減少魚(yú)糜凝膠中的水通道,從而提高其凝膠強(qiáng)度,因此,食品級(jí)親水膠體顆粒在改善粉碎肉制品的紋理性質(zhì)方面具有重要意義[39]。例如,可得然膠可增強(qiáng)魚(yú)糜中肌球蛋白內(nèi)部氫鍵作用,使蛋白凝膠形成密實(shí)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),降低肌球蛋白凝膠中不同組分水的流動(dòng)性,降低不易流動(dòng)水向自由水的轉(zhuǎn)化量,從而使蛋白凝膠凍融穩(wěn)定性和持水率得到提高,提高其凝膠強(qiáng)度[13]。

3.2 親水膠體在魚(yú)糜制品中的應(yīng)用

3.2.1 單一親水膠體在魚(yú)糜制品中的應(yīng)用 聚陰離子親水膠體通過(guò)靜電相互作用與陽(yáng)離子反離子結(jié)合。根據(jù)多糖陰離子的類(lèi)型和陽(yáng)離子的特性,反離子或沿著水化層結(jié)合,或分布在水化層的外部,因此,不同魚(yú)糜中的陽(yáng)離子與不同陰離子膠體物質(zhì)的親和力不同[40]。膠體間的協(xié)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(xié)同作用程度取決于親水膠體的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)[41]。親水膠體可改善魚(yú)糜制品凝膠性、流變性、持水性等品質(zhì),其作用方式與膠體種類(lèi)密切相關(guān)。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(yú)魚(yú)糜都能形成均勻、致密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使魚(yú)糜具有較好的凝膠強(qiáng)度、持水力,并可提高其白度;但海藻酸鈉和瓜爾膠對(duì)魚(yú)糜凝膠特性和持水性均無(wú)影響[42]。卡拉膠和瓊膠能夠提高大頭狗母魚(yú)魚(yú)糜凝膠的破斷強(qiáng)度,而黃原膠顯著降低魚(yú)糜凝膠的破斷強(qiáng)度,海藻酸鈉和魔芋膠對(duì)其破斷強(qiáng)度有輕微的降低效應(yīng);這些膠體均降低大頭狗母魚(yú)魚(yú)糜凝膠的凹陷度[43]。

3.2.2 復(fù)配親水膠體在魚(yú)糜制品中的應(yīng)用 親水膠體種類(lèi)繁多,單獨(dú)膠體時(shí)對(duì)魚(yú)糜制品品質(zhì)的作用效應(yīng)單一,因此近年來(lái)食品科學(xué)工作者著重研發(fā)了親水膠體復(fù)配使用方式[44-45],以求滿(mǎn)足人們對(duì)魚(yú)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(shí)膠黏度顯著提高。王艷霞等[41]研究發(fā)現(xiàn),添加淀粉、瓜爾豆膠、蛋清蛋白、大豆蛋白復(fù)合物可在一定程度上抑制帶魚(yú)魚(yú)糜制品中肌球蛋白重鏈降解,但其在金線魚(yú)魚(yú)糜凝膠結(jié)構(gòu)中易形成膠體塊狀,導(dǎo)致其凝膠強(qiáng)度下降。Binsi[46]等報(bào)道,阿拉伯膠、黃蓍膠和瓜爾膠有協(xié)同作用,可提高魚(yú)糜的熱穩(wěn)定性;黃原膠、黃蓍膠和阿拉伯膠協(xié)同,可提高魚(yú)糜的硬度和凝膠強(qiáng)度。

親水膠體也可與其它類(lèi)型輔料進(jìn)行復(fù)配。資料顯示[47],馬鈴薯淀粉、卵清蛋白、黃原膠(質(zhì)量比為1∶2.31∶0.51)添加到魚(yú)糜制品中,可協(xié)同增效提高魚(yú)糜制品品質(zhì),其制得的魚(yú)丸色白且光滑,保水性和凝膠強(qiáng)度較佳,蛋白質(zhì)含量也得到補(bǔ)充。蛋白質(zhì)和親水膠體相互作用對(duì)食品的結(jié)構(gòu)起重要作用。將黃原膠、刺槐豆膠和鈣離子同時(shí)加入魚(yú)糜制品中,既可抑制刺槐豆膠對(duì)魚(yú)糜制品剪切力的負(fù)面效應(yīng),又阻礙了黃原膠對(duì)魚(yú)糜凝膠能力的破壞作用,使魚(yú)糜機(jī)械性能增加[48]。

4 展望

隨著漁業(yè)的不斷發(fā)展,魚(yú)糜制品產(chǎn)業(yè)必將風(fēng)靡全球。這不僅要求研究者不斷創(chuàng)新,還應(yīng)該在已知領(lǐng)域上更加深入研究。目前,國(guó)內(nèi)外針對(duì)魚(yú)糜制品中添加單一或復(fù)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(zhì)復(fù)合對(duì)魚(yú)糜凝膠特性的影響卻鮮有報(bào)道;同時(shí),親水膠體在魚(yú)糜制品中的應(yīng)用研究主要在改善魚(yú)糜的凝膠性、持水性等品質(zhì)方面,而對(duì)如何防止魚(yú)糜制品營(yíng)養(yǎng)流失或補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)方面的研究報(bào)道較少。因此,將不同種類(lèi)的親水膠體與淀粉或脂肪酸等其他外源添加物復(fù)合,不僅改善了魚(yú)糜制品的凝膠品質(zhì),還強(qiáng)化了魚(yú)糜制品中的營(yíng)養(yǎng)元素,這將是今后的重點(diǎn)研究方向。