天然抗氧化劑對魚糜及魚糜制品抗氧化能力及品質影響的研究進展

勵建榮，王忠強，儀淑敏，李學鵬，徐永霞，周小敏，王明麗

（1.渤海大學食品科學與工程學院，國家魚糜及魚糜制品加工技術研發分中心，遼寧省食品安全重點實驗室，遼寧 錦州 121013；2.海洋食品精深加工關鍵技術省部共建協同創新中心，遼寧 大連 116034；3.浙江興業集團有限公司，浙江 舟山 316120；4.蓬萊京魯漁業有限公司，山東 煙臺 265600）

魚糜是一種通過去頭、去內臟、切片、去骨、洗滌、脫水、精煉、與冷凍保護劑混合和冷凍而生產出的富含精制魚肌原纖維蛋白的水產調理食品原料[1]。魚糜制品是以魚肉或冷凍魚糜為原料，經過絞碎，加食鹽、輔料等進行擂潰成黏稠的魚肉糊后，再成型、加熱，制成具有彈性的凝膠體[2]。魚糜制品具有悠久的歷史，且加工原料豐富，不受魚種限制，同時在魚糜生產過程中對不可食用部分集中回收有利于綜合利用和環境衛生[1]。除此之外，魚糜制品是一類營養豐富、口味多樣、食用方便的低膽固醇食品[3]。魚肉香腸、模擬蟹肉、模擬蝦肉、模擬貝柱、魚糕、魚豆腐、模擬蟹肉等均為常見的魚糜制品[3]。

根據《稗史》記載，中國魚丸起源于秦朝（公元前221—207年）[4]。然而，據《圣濟總錄》記載，最早記錄魚丸的時間是1111—1117年，古人曾以姜魚丸作為一種藥物，主治消渴以及飲水不止[5]。隨著經濟的發展，我國2017年、2018年和2019年水產品總產量分別達到6 445.33、6 457.66、6 480.36萬 t，其中，2019年海水產品產量3 282.50萬 t，淡水產品產量3 197.87萬 t，2019年魚類產量3 529.88萬 t，比2010年增長397.90萬 t[6]。

魚糜市場發展迅速，魚糜制品也受到了廣大消費者的喜愛，但魚糜原料經過多次攪碎、漂洗和脫水等工藝，碎魚肉經常暴露在空氣中，這不僅加速其脂肪氧化，而且有利于細菌的感染和生長[2]。隨著海洋食品的不斷發展，魚糜的需求量逐漸增加。為了實現魚糜加工業的持續高效發展，科研工作者需要從各方面解決魚糜品質劣變的問題。將抗氧化劑添加到魚糜制品中，可以有效防止脂質氧化，抑制微生物的生長并改善色澤和風味，從而延長保存時間[7]。并且，食品中所添加的抗氧化劑是一類以低量添加至食物中可有效防止食物被氧化且在國家標準添加范圍內安全的物質[8]。

1 魚糜及魚糜制品的氧化

魚糜及魚糜制品的氧化受多種因素的影響，如環境因素（氧氣、光照、溫度、輻照、高壓）、外源添加物（鹽、硝酸鹽、糖類和抗氧化劑類等）、加工方式（蒸、煮、烤等）和自身因素（不飽和脂肪的程度、脂肪酸含量）等[9]。因此，魚糜在加工、貯藏和運輸過程中品質也會變化，其中包括脂肪氧化、蛋白質氧化、腥味增加及微生物引起的腐敗變質等問題[10-15]。

1.1 脂肪氧化

脂肪氧化是長期以來影響食品貯存品質的一個重要因素。脂肪氧化過程會產生多種醛、酮、酸等物質，從而散發令人厭惡的味道，同時會破壞營養物質，甚至產生有毒化合物，給生產者和消費者帶來經濟損失，其中不飽和脂肪酸是脂肪產品中氧化異味的潛在來源[16]（圖1）。魚糜富含多不飽和脂肪酸，如二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸[2]。多不飽和脂肪酸可以降低血液黏稠度、改善血液微循環，并對心血管疾病具有預防作用[17]。然而，多不飽和脂肪酸容易被氧化，從而產生不良風味，影響魚糜及魚糜制品品質[15]。此外，氧氣、脂肪氧合酶、肌紅蛋白、血紅蛋白和金屬離子（如Fe2+和Cu2+）的存在可加速脂肪氧化[18-20]。魚糜在制作過程中，細碎的魚肉暴露于空氣與加工器械中增大了與氧氣和金屬的接觸機會，使魚糜及魚糜制品在后續如高溫油炸、蒸煮、烘烤等成型工藝中更易發生脂肪氧化，從而影響魚糜及魚糜制品品質[15]。魚糜及魚糜制品在運輸和貯藏過程中，若保存不當，容易受微生物污染，從而促進魚脂肪氧化，生成醛酮類化合物、羰基化合物和有害致病菌，使魚糜及魚糜制品的品質及安全性下降[21]。

圖1 脂肪的氧化機理[16]Fig. 1 Mechanism of lipid oxidation[16]

1.2 蛋白氧化

近年來，人們越來越重視蛋白質氧化的相關研究。在氧氣存在下，自由基與蛋白質/肽的反應會引起蛋白主鏈和氨基酸側鏈的變化，其中包括肽鍵的斷裂、氨基酸側鏈的修飾和共價分子間交聯蛋白衍生物的形成[22-23]（圖2）。氨基酸修飾是指具有羥基、巰基等基團（R基）的氨基酸被糖基化、磷酸化、乙酰化等修飾的過程，而交聯大多數是通過失去半胱氨酸和酪氨酸殘基形成二硫鍵和二酪氨酸的過程[24]。蛋白質氧化可導致蛋白質失去必需氨基酸，從而使其功能損失，消化率降低，還可導致蛋白質疏水性、構象、溶解性及對蛋白質水解酶敏感性的改變[25-26]。在研究鱘魚魚糜凍藏過程中發現，鱘魚魚糜的鹽溶性蛋白含量下降，水溶性蛋白含量上升，羰基含量呈現下降趨勢，巰基含量呈現上升趨勢，表面疏水性呈現先下降后上升的趨勢，這些均可以說明鱘魚魚糜在凍藏過程中會發生蛋白氧化，從而發生品質劣變[27]。

圖2 蛋白質氧化機理[22-23]Fig. 2 Mechanism of protein oxidation[22-23]

2 抗氧化劑分類

抗氧化劑一詞最初是用來特指一種阻止氧氣消耗的化學物質[28]，其生物學作用的早期研究主要集中在防止不飽和脂肪酸氧化的應用方面，抗氧化劑作為自由基受體，在自動氧化的初始階段可終止氧化進程[29]。抗氧化劑按來源可分為天然抗氧化劑和化學合成抗氧化劑兩類。

一般常用的合成抗氧化劑有2,6-二叔丁基對甲基苯酚、特丁基對苯二酚、叔丁基對羥基茴香醚和沒食子酸丙酯[7]。化學合成抗氧化劑的抗氧化效果比天然抗氧化劑更顯著，但其安全性一直受人們所質疑[30]。研究發現，叔丁基對羥基茴香醚質量濃度為5 mg/L時便可引起劍尾魚100%死亡，表明叔丁基對羥基茴香醚對劍尾魚會產生急性毒性[31]。除此之外，高濃度的丁基羥基茴香醚可以誘導魚類紅細胞產生毒性[32]。以2,6-二叔丁基對甲基苯酚對鮭魚進行12 周喂養和2 周凈化實驗，結果顯示，在2 周的凈化周期內，僅有8%～13%飼用的2,6-二叔丁基對甲基苯酚被消除，這說明2,6-二叔丁基對甲基苯酚在魚體內會被高度保留[33]。

從天然來源中獲得的具有抗氧化能力的成分被視為天然抗氧化劑。天然抗氧化劑按活性成分可分為黃酮類、多酚類、皂苷類、鞣質類、維生素類、褪黑素類等，食品行業研究較多的天然抗氧化劑有酚類化合物、維生素、含氮化合物和植物萃取物等[34]。其中，高等植物是天然抗氧化劑最豐富的來源，例如水果、蔬菜、香料、草藥、谷物、谷物、油籽、豆類種子、茶葉、咖啡和可可等[35]。

3 天然抗氧化劑的種類以及其對魚糜及魚糜制品抗氧化作用機制

植物酚類和多酚類化合物是一類有一個或多個帶有羥基取代基的芳香族化合物，并且是植物體內一種次級代謝產物[36]。近年來，各種酚類化合物被用作魚肉和魚糜的凝膠增強劑、抗氧化劑以及防腐劑等[37-38]。多酚類化合物在水產品保鮮中的研究以陸生植物源為主，其中茶多酚應用較為廣泛[39]。茶多酚主要來源于茶葉，主要以沒食子酸及其兒茶素衍生物的形式存在，是一種優良的天然抗氧化劑，而且茶多酚和其他抗氧化劑存在協同作用，如VC、殼聚糖以及牛至油精油等[37,39]。除此之外，黃酮類化合物是研究最廣泛的一類多酚類化合物，并且在體外具有強大的抗氧化活性，能夠清除各種活性氧、活性氮和氯離子，如超氧化物、羥自由基、過氧基自由基以及過亞硝酸和次氯酸[40]。金屬離子可以通過催化不飽和脂肪酸中的氫游離出來形成自由基，從而提高氧化的速率[41]。因此，通過螯合易氧化的金屬離子可有效降低氧化速率，如黃酮類化合物具有較強的金屬螯合活性，通過其4-酮基和5-羥基或3-羥基和4-羥基與金屬離子配位，使黃酮類化合物與二價陽離子形成絡合物，從而有效螯合金屬離子[41]。

維生素類抗氧化劑包括VC、VB1、VE和VA及其衍生物等。VC又稱L-抗壞血酸，其能夠螯合金屬離子、清除自由基，并能與其他抗氧化劑復合，從而抑制魚糜氧化[42]。VE又稱α-生育酚，可以將自由基ROO·轉化成化學性質不活潑的氫過氧化物（ROOH），中斷脂質氧化鏈式反應，從而達到抗氧化的目的[43]。

具有抗氧化活性的含氮化合物主要包括生物堿、雜環氨基酸、肽或有機胺類，如茶葉中的咖啡堿和咖啡中的咖啡因以及馬錢子堿、金雀花堿、精胺等，這些物質多含有雜環結構，雜環中的氮原子裸露，利于接觸活性氧并與之反應，最后將活性氧消除，從而達到抗氧化的效果[44]。

其他從植物中提取純化的物質同樣具有較強的抗氧化能力，如白藜蘆醇、槲皮素、蘆丁、咖啡酸等。葉綠素和類胡蘿卜素是自然界中普遍存在的植物色素，因具有單線態氧的淬滅特性而具有抗氧化活性[45]。β-胡蘿卜素也是一種通過淬滅單線態氧而起到抗氧化效果的天然化合物，其作用機理是激發態的單線態氧將能量轉移到類胡蘿卜素上，使類胡蘿卜素由基態（1類胡蘿卜素）變為激發態（3類胡蘿卜素），而后者可直接放出能量回復到基態[28]。

綜上，天然抗氧化劑可通過清除自由基、螯合易氧化金屬、淬滅單線態氧和促使氫過氧化物分解以及滅活脂氧合酶等多種方式來減緩魚糜及魚糜制品的氧化速率[46-47]（圖3）。抗氧化劑清除自由基的有效性取決于酚氧和酚氫之間的鍵離解能，以及抗氧化劑自由基的還原電位和離域[48]。不同的天然抗氧化劑抗氧化效果存在差異，在未來的研究中，不同效果的天然抗氧化劑組合協同增效將是食品保鮮的重點研究方向。

圖3 抗氧化劑在防止多不飽和脂肪酸氧化中的作用[48-49]Fig. 3 Role of antioxidants in preventing oxidation of polyunsaturated fatty acids[48-49]

4 天然抗氧化劑對魚糜及魚糜制品品質的影響

4.1 天然抗氧化劑對魚糜及魚糜制品的抗氧化作用

魚糜及魚糜制品中含多不飽和脂肪酸，在冷藏以及運輸過程中極易發生脂肪氧化，從而促使蛋白質氧化，導致魚糜的風味和品質大大降低[49]。因此，一類從植物、動物組織和微生物中提取的天然抗氧化劑已被逐漸應用于魚糜及魚糜制品中，如6-姜酚、茶多酚、蘋果多酚、VC和鷓鴣茶提取物等。6-姜酚可有效緩解草魚魚糜冷藏過程中的脂肪和蛋白質氧化，此外，由于6-姜酚與紫蘇油的協同作用改善了魚糜的凝膠強度、保水性和質構品質，從而能進一步延長魚糜的貨架期[50]。茶多酚、蘋果多酚和葡萄多酚均是植物類多酚物質，將3 種多酚加入到魚糜中發現，在防止氧化腐敗以及蛋白變性方面以茶多酚效果最好，其次是葡萄多酚，最后是蘋果多酚[51]。劉焱等發現向魚糜中加入茶多酚和VC，可抑制冷藏魚糜水分含量的減少，并有效改善魚糜的凝膠強度，降低魚糜的酸價、過氧化值和總揮發性鹽基氮物質含量，且復合使用略有增效作用[37]。向鰱魚魚糜制品添加鷓鴣茶提取物能有效地抑制蛋白質、脂肪等氧化變質，并保持其色澤穩定[49]。表沒食子兒茶素沒食子酸酯是綠茶中最有效的抗氧化多酚類物質，將其添加至羅非魚魚糜中發現，兒茶素沒食子酸酯能延緩肌原纖維蛋白變性和降解程度，延緩魚糜氧化變質程度[52]。VB1又稱硫胺素，向鰱魚魚糜漂洗水中加入不同質量分數的VB1發現，VB1可通過其抗氧化作用保護魚糜蛋白免于氧化，延緩魚糜冷藏過程中的品質下降，且綜合考慮pH值、白度、感官品質以及硫代巴比妥酸值等指標可知，以含0.10% VB1的漂洗水處理鰱魚魚糜為佳[53]。

4.2 天然抗氧化劑對魚糜及魚糜制品的凝膠作用

魚糜制品凝膠是指蛋白質相互交聯形成的一種能夠包埋水分和其他小分子物質的連續性基質，其主要的分子間作用力為疏水作用力、離子鍵、共價鍵（二硫鍵和共價交聯）和氫鍵[3]。由于魚糜制品的加工過程就是魚糜凝膠化的過程，所以魚糜制品的凝膠強度為魚糜制品最重要的品質特性，也是影響魚糜制品品質等級分布和價格的重要因素[3]。較高的凝膠強度能夠改善魚糜制品咀嚼性和口感，而魚糜的凝膠性質在冷凍貯藏過程中會受到影響，其中魚種和冷凍保護劑是影響魚糜凝膠力學性能的重要因素[54]。針對凝膠強度較差的魚糜制品，國內外學者進行了大量的研究[55-56]。為提高鰱魚凝膠特性，通過添加茶多酚、蘋果多酚和葡萄多酚發現，多酚能顯著延緩鰱魚持水性與凝膠強度的下降，從而有效改善魚糜制品的貯藏品質[51]。不同貯藏條件對魚糜品質有影響，冷藏條件下，草魚魚糜的蛋白質溶解性和凝膠特性有所降低，向草魚魚糜中添加青蘋果多酚可顯著提高冷藏期間蛋白質功能特性（乳化活性、乳化穩定性和表面疏水性）、凝膠強度和質地特性（硬度、彈性、內聚性、黏性和咀嚼性）[56]。適宜濃度的椰殼乙醇提取物在高壓和加熱條件下可有效增強魚糜凝膠強度[57]。向鰱魚魚糜中添加適量的藕節水提液（魚糜質量的10%）可促進二硫鍵等共價鍵的形成，抑制組織蛋白酶活性，促進蛋白質交聯以及致密均勻蛋白質三維網絡結構的形成，從而改善魚糜凝膠特性[58]。除此之外，以馬鮫魚魚糜為原料，加入不同質量分數（0.15%、0.30%、0.45%）的綠原酸、氧化綠原酸、咖啡酸和氧化咖啡酸，觀察魚糜凝膠性能、保水力、水分分布、顏色和微觀結構發現，使用適宜質量分數的綠原酸和咖啡酸或氧化綠原酸和咖啡酸可增強馬鮫魚魚糜凝膠性質并保持其良好色澤[59]。

4.3 天然抗氧化劑對魚糜及魚糜制品的風味影響

未經加工處理的魚糜制品腥味較重，所以魚糜制品風味的相關研究逐漸增多[60-63]。向魚丸中添加0.03%的紫蘇葉提取物可顯著減輕脂肪氧化和蛋白氧化，在一定程度上可以改善魚丸的風味[60]；向帶魚魚丸中添加鼠尾草葉、牛至葉和葡萄籽提取物可減少約50%的揮發性異味化合物，包括醛、酮、醇和烴等，從而抑制魚腥味的形成并在貯存過程中改善帶尾魚丸的風味[61]；將單寧酸（400 mg/kg，以體系總質量計）加入到海鱸魚魚糜中能有效抑制揮發性脂質氧化產物的形成，從而延緩鱸魚魚糜中魚腥味的產生，改善其貯存過程中的風味[62]。向冷藏復合鱘魚魚糜中添加0.1%（以體系總質量計）α-生育酚后發現，凍藏前期，各組新鮮魚糜以青草味為主，凍藏后期出現土腥味和哈喇味，但α-生育酚處理的復合魚糜風味變化較小[63]。因此，經過α-生育酚處理的復合鱘魚糜可以有效地抑制氣味劣變[63]。

4.4 天然抗氧化劑對魚糜及魚糜制品的抑菌作用

在貯存期內，微生物的生長是導致魚糜制品腐敗變質重要因素之一，影響其貨架期[64]。通過在魚糜制品中添加萜類、酚類以及黃酮類等抗氧化劑能有效抑制微生物的生長繁殖，其主要表現為以下幾個方面[65]：1）破壞細胞壁及細胞膜的完整性，導致微生物細胞釋放胞內成分，引起膜的電子傳遞、營養吸收、核苷酸合成及ATP活性等功能障礙；2）影響菌類的呼吸作用以及細胞膜的功能；3）破壞微生物蛋白質和酶；4）絡合金屬離子影響微生物代謝。通過添加紫蘇葉精油（0.01%和0.03%，以魚糜質量計，下同）到魚糜制品中發現，紫蘇葉精油的添加對魚糜的抑菌效果較好，其中0.03%的添加量對菌落總數和大腸桿菌的抑菌效果最好，因此，添加0.03%的紫蘇葉精油能有效抑制魚糜中微生物的生長和繁殖[66]。向冷藏金鯧魚魚糜中加入一定濃度的番石榴多酚溶液后發現，番石榴多酚溶液能夠有效降低魚糜中細菌生長繁殖的速率，從而減緩魚糜感官品質的下降速度以及延長貨架期[67]。除此之外，向新鮮魚糜中加入6%～9%胡蘿卜素、1.0%～1.5%核黃素、1.0%～1.3%乳酸鋅，攪拌混合均勻，再交替進行高低溫循環處理后，結果發現其能夠抑制魚糜冷藏期微生物繁殖，顯著延長冷藏魚糜的貯藏期[68]。勵建榮等[69]將茶多酚用于魚丸的冷藏保鮮中，發現冷藏過程中添加茶多酚的魚丸細菌總數低于對照組，說明茶多酚具有較顯著的抗菌作用。

5 結 語

脂肪氧化和蛋白氧化均是影響魚糜及魚糜制品品質重要因素之一，天然抗氧化劑能有效提高魚糜及魚糜制品的凝膠強度并抑制脂肪和蛋白的氧化、腥味增加及微生物引起的腐敗變質等問題。天然抗氧化劑主要是從水果、蔬菜、香料、草藥、谷物、谷物、油籽、豆類種子、茶葉、咖啡和可可等天然植物中提取和分離出來的各類活性化合物，具有較高的抑菌、抗氧化效果以及較高的安全性。隨著消費者安全意識的提高，天然安全的抗氧化劑越來越受到人們的青睞。綜上，在魚糜及魚糜制品中添加天然抗氧化劑是一種更為安全可接受的抗氧化手段，開發一種安全、經濟、有效以及多方面提高水產品品質的天然復合抗氧化劑將會推動水產界邁向新的階梯。

食品中天然抗氧化劑的用量需要根據實驗獲得的分析結果進行調整，無法簡單定量，并且一些天然抗氧化劑提取成本高或具有刺激性氣味，會影響產品的風味。除此之外，天然抗氧化劑活性還會受到巴氏殺菌、滅菌和蒸煮等加工條件的影響，從而降低其抗氧化、抑菌和保鮮的能力。因此，獲得價格低廉、高效的天然抗氧化劑仍是水產業面臨的一個巨大挑戰。研究不同的天然抗氧化劑組合，或將天然抗氧化劑與包裝方式結合，利用其協同作用，發揮更好的抗氧化和抗菌作用，為保證我國魚糜及魚糜制品的質量與安全、帶動水產品加工業的發展、提高我國水產品加工業在國際市場上的競爭力和經濟效益等方面具有重大的現實意義。