水產品加工方式對蛋白特性影響的研究進展

齊筱瑩，宮 璇，逄昕雨，葉張靖，趙志康，肖長輝，胡建恩，趙 慧

（大連海洋大學食品科學與工程學院，遼寧大連 116600）

0 引言

20 世紀90 年代起，中國的水產品產量豐富，至今仍穩居于世界首位，并且漁業發展在近些年來收獲頗豐。水產品相較一般的動物組織品質更容易劣變，酶促自溶、氧化、微生物生長都會致使水產品在打撈、輸送、加工及銷售等全鏈過程中發生腐敗變質[1-3]。水產品經過適當的加工，在防止腐敗變質、延長保質期的同時，亦可保持其營養價值、質地和風味[4]。隨著科學技術的進步，在水產品的腌制加工、傳統熱加工等傳統技術的基礎上，開發了高壓、超聲波等新型加工方法。

食品營養學中對于蛋白質的生理價值及凈利用率的研究表明，水產動物蛋白營養價值優于陸生動物蛋白。水產品與畜牧肉質比較，兼備高蛋白、低脂肪、低熱量三大優點。魚類與蝦、蟹類粗蛋白含量基本相同約為20%，貝類粗蛋白含量略低約為12%，由于季節和品種影響會略有不同。水產動物蛋白可以簡單地分為2 類，細胞內蛋白（肌原纖維蛋白與肌漿蛋白組成） 和細胞外蛋白（肌基質蛋白）[5]。不同的加工方式會使蛋白質發生不同程度的變化，從而影響人們膳食營養需求，因此研究加工方式對蛋白特性的影響，對選擇最優的方法及新型加工方法的發展與應用有重要意義。根據國內外文獻報道，對熱加工、腌制、高壓、超聲波等加工方式及其對水產動物蛋白特性的影響進行總結歸納，以期為水產品加工方式的應用提供參考，為我國水產品加工行業新型技術的研發提供思路。

1 水產品加工方式

1.1 熱加工

加熱是水產品加工中最常見的方式，容易改變食品滋味、口感及營養物質等[6-7]。傳統的加熱方法是利用輻射加熱物體表面，然后經過傳導及對流逐漸加熱物體內部[8]。傳統的直接加熱方法加熱效率低，加工時會出現局部加熱時間長、內部加熱時間短、加熱不均勻等問題，使水產品營養成分流失，味道劣變，口感干燥粗糙。射頻加熱與微波加熱都是新興的加熱技術，將兩者應用于食品加工是近些年研究的重點[9]。

射頻加熱是交變電場引起的分子和離子的振蕩造成分子相互摩擦在食品內部產生熱量[10-11]。射頻加熱速率快，不用依靠熱傳導就可以直達食品內部；加熱時食品整體受熱，內外均勻，但容易出現邊角加熱過度現象[12]。

微波加熱中高頻電磁場極性改變，導致極性分子轉動發生摩擦，在食品內部產生熱量[13-14]。微波加熱中加熱速率快、穿透性強；解凍食物時效率高、能耗少，并且大大減少食物營養成分的損失。然而，食品在微波加熱時，仍然存在溫度不均等問題[15]。Koray P 等人[16]對2 種加熱方式進行了比較，通過紅外成像可得，微波加熱過程中，功率為500 W 和1 kW 時均發現表面出現部分過熱；相反，射頻加熱整體受熱會隨著電極板與樣品距離的增加而更均勻。該結果可以說明射頻加熱相較于微波加熱均勻性更好。

1.2 腌制加工

部分水產品除了生鮮食用外，還有一種從古至今備受人們喜愛的加工方式——腌制。腌制加工不僅可以抑制微生物的滋生，還可以延長腌制品保存時間[17]。腌制加工方法有以下3 種。

（1） 濕腌法。將水產品放入盛有配置好濃度的食鹽水中，擴散和水分轉移使其內部鹽濃度與外部鹽水濃度相同[18]。這種加工方式腌制均勻且不易被氧化。濕腌法與干腌法相比較，加工時間均較長。濕腌法加工制品質地較軟，但色澤和風味較差，并且由于加工制品的含水量大導致保存期較短。

（2） 干腌法。將水產品表面撒上食鹽，放置于腌制架或腌制器皿，在每層中間平均撒鹽并按順序固化，依靠外滲液形成食鹽溶液，該食鹽溶液擴散并滲透至腌制品[19]。該方法操作簡便、含水量低，易于保存，但腌制過程耗時長、腌制時食鹽滲透不均勻，容易與空氣接觸發生氧化現象，導致腌制品色澤和風味較差[20]。

（3） 混合腌制法。首先依靠干腌法產生的滲出液將食鹽溶解成食鹽溶液，然后采用濕腌法防止食鹽溶液濃度被稀釋。混合腌制法一方面由于食鹽溶解于外滲液中，防止濕腌法因水產品內部水分滲出導致食鹽濃度下降；另一方面由于食鹽水的加入使腌制品表面不會發生脫水現象。該方法既保證了食鹽滲透的均勻性，又避免了氧化，提高了腌制品的色澤和風味[21]。雖然腌制加工簡便易操作，但是長期食用腌制品易對肝臟、腎臟造成負擔，嚴重時會引起中毒，甚至帶來癌癥的風險。

1.3 超高壓加工

高壓這一加工方法是19 世紀末在材料化學領域首次引入的。Hite 在1899 年率先提出將高壓加工方法運用在食品工業中，對牛奶和水果制品進行巴氏殺菌[22]。超高壓加工是指在常溫或低溫條件下，將食品柔性包裝并置于裝有傳壓液體（水或其他液體）的容器中，壓力加至100 MPa 以上并保持一定時間，從而延長食品貯藏時間[23]。這種方法基于2 個原理，這2 個原理決定了食品在壓力下的行為。首先是影響反應均衡的重要原理，即勒夏特列原理，其次是均衡原理，即帕斯卡定律[24]。超高壓處理是一種非熱處理工藝，但可以替代熱處理[25]。超高壓加工并不受食品大小、形狀的影響，這是由于在其加工過程中壓力是均勻的[26]。超高壓加工可以在較低溫度下使微生物失活，保障食品的安全性并延長其保質期[27]。對牡蠣進行超高壓加工，可以滅活特定的致病微生物，防止消費者患上某種疾病[28]。與熱加工不同的是，超高壓加工會使蛋白質中的非共價鍵斷裂，使其受到擠壓，分子構象改變，但對于氨基酸等小分子物質的共價鍵沒有影響，因此可以在很大程度上保持食物的風味及營養[29]。但是，超高壓加工設備所需購置和后期維修費用高昂，能耗也高，不能在實際生產生活中得到廣泛的應用。

1.4 超聲波加工

超聲波是利用電致伸縮變壓器原理，基于鐵電材料在高頻電場中的彈性變形，電場中極化分子相互吸引，高頻交流電通過2 個電極傳輸到鐵電材料，轉換成機械振蕩后，聲波將傳輸到放大器、聲輻射聲控器，最后再到介質[30]。超聲波的振動頻率大于20 000 Hz，一般會超出人類聽覺的上限[31]。

超聲波在傳播過程的效應有4 種：機械效應、空化效應、熱效應、化學效應[32-34]。超聲波作為先進的食品加工技術，在食品加工和保鮮方面具有廣闊的前景，是一種溫和但有針對性的加工形式，可以提高加工品的質量和安全性[35]。雖然僅依靠超聲處理不足以滅活食物中各種有害酶，但超聲與溫和的熱處理相比已顯示出高效的滅活酶和病原體的潛力[36]。超聲波能在傳播時，不僅具有定向傳播的能力，而且具有強反射性，可以獲取更多更集中的聲能[37]。

水產品加工方式及優缺點比較見表1。

表1 水產品加工方式及優缺點比較

2 加工方式對蛋白特性的影響

天然蛋白質的空間結構由二級鍵（如氫鍵） 保持，這些二級鍵在某些物理和化學因素的影響下從其原始的有序空間結構變為無序的空間結構[38]。蛋白結構的改變會影響蛋白的性質：①某些理化性質：由原本緊密的結構變得松散，使疏水基團顯現出來，蛋白質不對稱性上升并導致溶解度等理化指標變化。②生物活性：生物學作用及功能改變。③生物化學性質：引起蛋白質變性，無法形成晶體，可被蛋白酶輕易水解[39-42]。

2.1 加工方式對蛋白二級結構的影響

蛋白質分子的二級結構通常是指蛋白質多肽鏈沿主鏈的空間取向、規則的環狀陳列或特定肽鏈的部分空間結構[43]。蛋白質二級結構是否穩定，主要受氫鍵影響，加熱、紫外線、超聲波、機械運動等會破壞氫鍵，從而改變蛋白結構，引起二級結構的破壞[44]。α - 螺旋、β - 折疊、β - 轉角和無規則卷曲的含量變化均可以體現蛋白質二級結構破壞程度，李慧蘭等人[45]在魚肉腌制中證實了上述觀點。Zhang L等人[46]在魚糜熱殺菌中發現加工溫度超過水產品熱變性溫度時其二級結構被破壞，當溫度達到100 ℃時，主要是無規則卷曲變化，隨著溫度的上升，無規則卷曲結構含量下降，蛋白空間結構的形成網絡空隙變大，支撐結構更加脆弱，從而導致水產品的質地遭到破壞。Qiu C 等人[47]運用高壓處理誘導的肌原纖維蛋白的修飾，結果發現α - 螺旋在400 MPa 處理10 min 后被破壞，并且加壓和壓力釋放期間會促進共價和非共價相互作用，從而誘導蛋白質中二級結構變化，在一定程度上破壞細胞結構，導致膜蛋白和脂質構象失活，高壓加工可作為改善魚類產品功能特性手段。Fan D 等人[48]在超聲波加工對魚糜制品影響中發現由于空化作用形成的剪切力、沖擊波，改變蛋白質的結構引起凝膠強度的增加。雖然每種加工方式引起蛋白質變性的原理不同，但對蛋白質二級結構的影響相似，傅立葉變換紅外光譜結果均表現為α - 螺旋和無規則卷曲結構含量降低，并且β - 折疊結構含量增加[49-50]。

2.2 加工方式對巰基和二硫鍵含量的影響

蛋白質巰基基團分為嵌入蛋白質分子內的巰基基團和表面活性巰基基團[51]。二硫鍵是由巰基氧化而形成，其形成動力學影響著蛋白質自組裝的效率。馬海霞等人[52]研究發現總巰基含量會隨著加熱溫度提高而下降，這可能是由于加熱中巰基暴露并被氧化成二硫鍵，從而含量減少，使蛋白質結構更為松散。超聲波加工中蛋白質表面的巰基是會由于空化現象產生剪切力，導致聚集物的展開和折疊而被掩埋，并且空化現象會使過氧化氫分解并產生氫原子和高活性羥基自由基，氧化自由巰基，甚至迫使巰基轉化為二硫化物，導致自由巰基減少[53]。Liang Y 等人[54]探討了魚糜凝膠特性及形成機理中發現壓力高于300 MPa，凝膠強度增加，這是由于巰基氧化或二硫鍵交換形成二硫鍵可降低總巰基含量，增加表面活性巰基含量。腌制加工對巰基和二硫鍵影響與之相似，一般為巰基氧化或二硫鍵的交換，導致總巰基含量的減少和表面反應性巰基含量的增加，這在一定程度上反映了蛋白變性程度[18]。

2.3 加工方式對蛋白溶解度的影響

由于蛋白質是一種在水溶液中呈離散形式的有機大分子化合物，因此對蛋白質溶解度并無明確定義，通常蛋白質溶解度是指蛋白質與水通過肽鍵或氨基酸側鏈相互作用，其離散程度的大小[55-56]。蛋白質溶解度表征數據可用于分離和提純蛋白質，故其廣泛地應用于實際中[57]。蛋白質溶解度受到酸堿及溫度等外界條件的影響，其大小可以判斷蛋白質的變性水平[58]。當蛋白質處于高度可溶狀態時，肉制品能表現出優良的膠凝、乳化、保水等功能性質[59]。超高壓處理作用于蛋白質的非共價鍵，導致蛋白質的延伸和集聚發生變化，降低蛋白質與水的結合能力，從而引起其溶解度下降[60]。Yong J 等人[61]研究肌動球蛋白隨著加熱溫度的增加的變化發現，溫度超過40 ℃時絲線魚肌動球蛋白形成不溶性聚集體，溶解度下降。蔡路昀等人[62]通過超聲輔助解凍發現蛋白質因疏水相互作用產生聚集體，導致蛋白溶解度下降。腌制加工結果與其他加工方式相反，由于肌原纖維蛋白為鹽溶性蛋白，當食鹽溶液增加一定濃度時，其溶解度增加[63]。

2.4 加工方式對Ca2+-ATPase 活性的影響

肌原纖維蛋白具有ATPase（三磷酸腺苷酶） 活性，ATPase 活性可分為 Ca2+-ATPase 活性、Mg2+-ATPase 活性、Ca2+-Mg2+-ATPase 活性和 Mg2+-EGTA-ATPase 活性[64]。蛋白質的變性程度可以用Ca2+-ATPase 活性進行評價，這是由于Ca2+與肌球蛋白息息相關，不僅可以激活其活性，還可以判斷其完整性[65]。劉慶[66]在鰱魚糜超聲處理時發現，肌球蛋白頭部結構會被破壞，使肌動球蛋白構象改變，Ca2+-ATPase 活性隨之減弱。Mao W 等人[67]研究整個蝦肉在加熱過程中Ca2+-ATPase 活性變化，結果發現在51 ℃或85 ℃下Ca2+-ATPase 活性隨加熱時間的增加而降低。吳林潔等人[18]在大黃魚腌制加工中發現Ca2+-ATPase 活性顯著下降，由 （1.20±0.07） μmol/min/mg pro 下降至 （0.50±0.04） μmol/min/mg pro。周果等人[68]對三疣梭子蟹超高壓加工中發現，隨著壓力的增加，Ca2+-ATPase 活性隨之下降，但Ca2+-ATPase 在過高的壓力下會失活, 壓力在300～350 MPa時，Ca2+-ATPase 活性降為 0.004～0.005 μmol/(mg·min）。

2.5 加工方式對蛋白表面疏水性的影響

蛋白質溶于水，其表面極性基團與水聯合的數量為蛋白表面疏水性。在天然肌原纖維蛋白質中，疏水性殘基尤其是非極性芳香族氨基酸埋藏在天然折疊結構中，而蛋白質表面具有高密度的帶電基團，疏水性基團稀少[69]。表面疏水性是評估蛋白質在加工過程中細微的結構改變的工具。郭子璇等人[70]研究了熱加工對牡蠣蛋白的影響，發現隨著溫度增加牡蠣蛋白的疏水系數增加，由17.5 變為21.16。Arzeni C等人[71]的研究表明超聲波加工會使蛋白分子展開，分子內疏水基團和區域暴露在表面，表面疏水性增加。閆春子等人[72]研究中發現，草魚在200～600 MPa 的超高壓加工下其疏水性由11%增加至82%，這是由于疏水基團會隨著壓力的增加而變多，增加疏水相互作用，并且疏水性殘基排布發生變化，表面疏水性隨之增加。水產品腌制加工后會出現不同結果，這是由于肌原纖維蛋白溶于鹽溶液中，溶解性增加，導致其表面疏水性下降[63]。

2.6 加工方式對蛋白聚集的影響

蛋白質的結構通過化學力來維持，在加工過程中，原有的化學作用力被破壞，蛋白質之間形成新的作用力，從而引起蛋白質結構的改變，造成聚集[73]。分子間相互作用使蛋白質經熱加工后產生蛋白聚集和變性，水浴加熱引起的肌動球蛋白的變性和聚集程度更高，微波加熱可能是由于微波輻射產生的非熱效應在抑制水產品肌動球蛋白構象變化方面非常有效[74-75]。腌制加工中食鹽的添加會使蛋白發生聚合，在魚糜凝膠化過程中加入食鹽，肌球蛋白重鏈會發生聚合，凝膠化后形成穩定的蛋白網絡[76]。Ko W C 等人[77]對羅非魚的超高壓處理中發現當壓力由50 MPa 增至200 MPa 時，隨壓力的增加會引起肌球蛋白濁度及蛋白質的溶解度的降低，并引起蛋白質聚集。反之，超聲波加工中通過增加超聲處理的時間和功率能影響蛋白質的理化特性，可以促進蛋白質的斷裂、展開和解聚[71]。

3 結語

隨著我國經濟水平不斷攀升，自身科技發展潛力無限，并且積極學習和引進國外高新技術設備，使得我國水產品加工行業發展日新月異。現如今的水產品加工方式易引起蛋白質功能特性的改變，為減少蛋白變性程度甚至改善蛋白的功能特性，可以研發新型加工方式，從而達到對水產品優化處理的效果。

現階段，許多文獻研究以肌原纖維蛋白功能和理化性質為主，但關于肌漿蛋白與基質蛋白特性影響相對較少，蛋白變性機理錯綜復雜，與品質影響關系還尚待深遠探究。因此，明確蛋白變性的機理才能選擇合理的加工方法，保證產品的營養成分與品質，生產出優質的水產加工制品。