基于多糖調節肌原纖維蛋白凝膠特性的研究進展

呂旭琴，周嬌嬌, ，蔡 杰, ，賈繼來，陳 磊，程水源

（1.武漢輕工大學硒科學與工程現代產業學院/國家富硒農產品加工技術研發專業中心，湖北武漢 430023；2.武漢輕工大學食品科學與工程學院，湖北武漢 430023）

肌原纖維蛋白（myofibrillar protein，MP）又稱鹽溶性蛋白，是肌肉中含量最高、最重要的蛋白質，約占總量的55%～60%。蛋白質的許多功能特性，如保水性、乳化性、凝膠性等，都與其溶解度相關，且都需要溶解后才能呈現出來。MP 的凝膠特性是肉制品加工中最重要的功能特性之一，熱誘導三維網狀結構凝膠的形成能夠減少肉制品中水分及脂肪的流動性，發揮良好的乳化作用和凝膠作用，進而直接影響肉制品的保水、質構、風味等品質特性。隨著公眾健康意識的提高，低脂少鹽的新型健康肉制品應運而生，為肉制品產業帶來新的發展機遇。其中，引人深思的是，降低肉制品的脂肪含量會使其品質發生一系列的變化，不利于產品的開發利用。此外，許多肉制品需要鹽來提取MP 以獲得黏性滲出物，用于肉塊之間的結合。但溶解和提取的蛋白質含量會隨著鹽濃度的降低而減少，這使得肉制品的凝膠性能受到影響。在肉類加工中，通常會添加淀粉、葡聚糖及卡拉膠等多糖來增加產品質量并降低脂肪含量。目前，多糖在肉制品中的應用非常廣泛，主要作為增稠劑、膠凝劑、穩定劑，也可作為脂肪替代物等，旨在改善肉制品的口感和品質。

因此，深入了解多糖的特性及其調節MP 凝膠特性的機理，掌握多糖在肉制品加工中的用量與作用，為健康肉制品的開發注入“新鮮血液”。本文綜述了多糖的定義、分類和功能特性，多糖對MP 凝膠特性的作用機理以及多糖在肉制品中的應用（圖1），以期為低脂肉制品的生產提供理論指導。

圖1 多糖對肌原纖維蛋白凝膠特性的影響及其在肉制品中的應用Fig.1 The effects of polysaccharides on the gel properties of myofibrillar protein and their applications in meat products

1 多糖

1.1 多糖的定義與分類

多糖（Polysaccharides）是指由20 個以上單糖分子通過糖苷鍵連接在一起形成的長鏈聚合物，天然多糖來源廣泛且無毒、具有多種功能活性，可以改善食品品質，在食品加工中被廣泛應用。可根據來源、電荷性質、分子量、功能性側鏈基團、分子鏈形態、組成成分等的不同對多糖進行分類，大致可概括如下表（表1）。

表1 多糖分類Table 1 Classifications of polysaccharides

1.2 多糖的功能特性

多糖存在許多功能性基團，具有持水性及膠凝能力，在肉制品加工中有穩定、分散、乳化、代替脂肪等作用。不同種類的多糖與蛋白質的相互作用不同，對肉制品品質的影響也不同。

1.2.1 增稠、分散和乳化作用 多糖在完全水合或分散在溶液中時能形成流體或粘性溶液，使體系具有黏稠感，此類多糖通常用作食品增稠劑、分散劑和乳化劑。Xu 等將葡聚糖通過糖基化連接到MP 上，發現糖基化能改變MP 的結構特性，提高其乳化活力和乳化穩定性。劉騫等將可得然膠與卡拉膠和黃原膠按比例相應重組后發現，兩種復合食品膠均能夠顯著提高MP 的乳化活性和乳化穩定性。Bakry等研究發現，MP 與卡拉膠質量比為4:1 時，制備的凝聚態微膠囊包裹金槍魚油時具有最佳穩定性。Zhao 等研究發現，添加0.1%～0.5%海藻酸鈉（sodium alginate，SA）可以阻止MP 的聚集，提高了體系穩定性，SA 的加入增加了體系粘度，提高了乳液穩定性。SA 的絡合作用有效地改善了MP 的流變性和乳化性。這些結果能夠為多糖在肉制品中的合理應用提供一定的理論依據。

1.2.2 凝膠作用 蛋白質和多糖都屬于天然大分子物質，MP 和多糖形成的混合凝膠特性受兩者自身的特性以及外界環境因素的影響，例如淀粉通過改善MP 乳液的乳化活性，改變淀粉-蛋白復合物的流變學特性，進而影響復合物的凝膠特性。

據報道[15]多糖和蛋白質相互作用主要產生三種相分離狀態：共溶，即兩者溶解在同一體系中；離析相分離，當體系的pH 大于兩者的等電點時，靜電排斥和空間位阻為主要作用力，此時兩者保持分離狀態；締合相分離，當體系的pH 小于等電點時，兩者間的靜電作用占主導，它們締合形成聚集體。根據兩者間的相互作用，可將熱誘導形成的混合凝膠分為三種體系：填充型，蛋白質作為凝膠基質，淀粉作為填料基質，提高了凝膠的保水性，從而改善了復合凝膠的性能；混合型，兩者各自形成不同的凝膠且沒有相互作用；絡合型，指兩者相互作用絡合形成凝膠。總之，蛋白質與多糖作為食品的主要功能成分，二者共同作用，或互補、或增效，改善肉制品的質地、感官等性質，了解多糖間特性差異與MP 凝膠間作用，對實際的生產有指導意義。

1.2.3 脂肪替代物 隨著生活品質的提高，消費者從健康和營養的角度出發更加關注低脂肪含量的肉制品。在低脂條件下，盡可能使肉制品保持原有肉制品的品質，這不僅是肉制品行業的一大挑戰，也是未來發展的趨勢。因此，脂肪代替物成為健康肉制品開發的寵兒。目前，被廣泛應用于低脂肉制品生產的多糖主要有淀粉、黃原膠、魔芋膠、卡拉膠和海藻酸鈉等，旨在提高肉制品的凝膠質量和持水性。例如，Cao 等研究發現，用SA 溶液代替25%的豬背部脂肪所制成法蘭克福香腸，在脂肪含量顯著降低的情況下，其出品率、乳化穩定性、亮度沒有顯著差異，同時，香腸硬度增加，說明用SA 溶液代替豬背脂肪可以改變法蘭克福的蛋白質結構，降低脂肪含量和熱量。因此，多糖對MP 的功能特性有顯著影響，添加適量的多糖對肉制品改良是有益的，能起到代替部分脂肪和改善肉制品風味的作用。以多糖類物質作為脂肪替代品能夠滿足消費者追求口感的同時減少熱量攝入的愿望，這為開發低脂肪含量的健康肉制品提供了一個新思路。

2 多糖對MP 凝膠特性的影響

2.1 不同種類多糖

多糖是一種天然大分子物質，根據電荷特性不同可分為陽離子多糖、陰離子多糖和中性多糖。在肉制品行業，多糖可以改善低脂肉制品的質地并平衡膳食營養。本節從側鏈基團所帶電荷角度，系統闡述了三種不同類型多糖對MP 凝膠特性的影響。

2.1.1 陽離子多糖 陽離子多糖能結合MP 分子中的負電荷基團，一定量的陽離子多糖有利于蛋白質分子的交聯作用，使凝膠更緊密，有利于增強凝膠硬度及保水性。目前，陽離子多糖促進MP 凝膠的機理可能與兩者間的疏水相互作用、氫鍵、靜電相互作用等有關，殼聚糖是一種典型的陽離子多糖，在殼聚糖改良秘魯魷魚魚糜凝膠特性的單因素實驗中，添加0.40%殼聚糖可獲得品質最好的凝膠。Li 等研究發現脫乙酰度為77.3%的殼聚糖使鰱魚魚糜凝膠具有良好的破斷強度和儲能模量，此時，靜電相互作用和氫鍵成為殼聚糖與鰱魚魚肉中MP 的主要作用力，且糖分子與其凝膠強度呈正相關。殼聚糖凝膠強度的增強可能是內源性轉谷氨酰胺酶（TGase）引起的；TGase 的存在導致凝膠中形成了蛋白質-蛋白質和蛋白質-殼聚糖偶聯物，提高了殼聚糖凝膠的力學穩定性。Zhou 等探究了三種離子型多糖對雞肌球蛋白凝膠的持水能力（Water holding capacity,WHC）和硬度的影響，他們發現添加水溶性殼聚糖（Water soluble chitosan,WSC）能使肌球蛋白凝膠結構更緊密，但WSC 的添加會導致肌球蛋白凝膠具有更大的凝膠孔徑、更多的凹凸微結構以及更嚴重的相分離，最終導致凝膠強度下降。WSC 和肌球蛋白之間的弱分子相互作用對肌球蛋白-WSC 凝膠的持水能力和硬度的影響不顯著（＞0.05）。因此，尋找其他可替代脂肪的陽離子多糖可以作為未來的研究方向之一，具有一定的學術意義。

2.1.2 陰離子多糖 在一定條件下，陰離子多糖能與MP 發生靜電相互作用。同時，陰離子多糖與MP 都帶凈負電荷，兩者之間也存在靜電排斥和空間位阻作用。SA 作為陰離子多糖，在肉制品加工中可減少產品營養成分的損失，提高產品品質。姚靜研究發現添加SA 后，MP 凝膠的網絡結構更為疏松，能截留更多水分，從而提高產品含水量，進一步研究發現靜電相互作用和氫鍵是維持MP-SA 凝膠體系持水性的主要作用力。姜帥等研究發現低濃度的燕麥-葡聚糖能使松散的蛋白質凝膠網絡變得致密均勻，顯著增加MP 凝膠的保水性、強度和白度值。周光宏課題組研究發現在不同的理化條件下添加適量的亞麻籽膠均可以提高MP 凝膠的保水性，獲得更加緊致的凝膠結構。在許多研究中，相較于單一多糖協同增效MP 的凝膠特性，復配多糖效果更佳。賈娜等研究發現，適量添加復配的亞麻籽膠、黃原膠、魔芋膠和卡拉膠也能改善MP 的凝膠特性。王詩萌等將卡拉膠和黃原膠復配后添加至MP 發現，形成的MP 凝膠強度和保水性與添加量呈正比效果。這些研究結果表明，陰離子多糖可改善蛋白質產品品質，為實際的肉制品加工過程提供了一定理論依據。

2.1.3 中性多糖 多糖與蛋白結合可提高凝膠穩定性，中性及陰性多糖的穩定效果優于陽性多糖。吳鵬報道了添加適量的菊粉可以改善蝦蛄MP 凝膠的保水性和質構，當菊粉和海藻糖以適當的比例復配以后，所形成的凝膠空間網狀結構更加緊密，凝膠的硬度和保水性有更好地改善。計紅芳等也發現添加適量的菊粉，可明顯改善雞肉MP 凝膠品質。瓜爾豆膠是一種中性多糖，含有大量羥基，與蛋白可通過氫鍵作用相互結合。Gao 等研究發現瓜爾豆膠協同高強度超聲處理可以阻止MP 的聚集，從而提高了MP 乳液的穩定性。在另一組研究中，亞麻籽膠（flaxseed gum，FG）與MP 之間形成了凝膠，發現FG 的加入提高了凝膠的WHC 并顯著降低了MP的凝膠強度。FG 可以與MP 之間形成靜電相互作用，進而促使更致密的凝膠網絡形成；此外，FG 的添加會導致MP 中肽鏈結構的轉變（-螺旋轉變為-折疊）；在后續的研究中，他們發現，中性鹽的加入也會影響凝膠強度的變化。NaCl 的添加會影響MPFG 的熱凝膠化機制，隨著凝膠體系中NaCl 濃度的增加，FG-MP 凝膠的三維網絡結構變得更加緊密。Zhou 等探究了車前子殼（psyllium husk，PH）對MP 凝膠的質地、WHC 及蛋白質結構的影響。阿拉伯木聚糖是PH 主要的組成成分，在低PH 添加量（0.1%～1%，w/w）下，MP 凝膠網絡被PH 填充，促進蛋白質與蛋白質之間的相互作用。所形成的致密網絡有效地改善了MP 凝膠的質地和持水能力。當PH 添加量為2%時，MP-PH 凝膠中形成了由MP 和PH 組成的復雜互穿凝膠網絡結構；在此條件下，MPPH 凝膠展現出極佳的凝膠性能，例如，MP 凝膠的持水能力提高了53.8%，粘附性比純MP 凝膠提高了6 倍。然而，將PH 的添加量提升到3%時，MP-PH凝膠性能反而出現下降趨勢。究其原因，在此條件下，多糖網絡占主導地位，MP 凝膠網絡被阻斷，蛋白質結構展開，致使凝膠性能變差。

多糖調節MP 的凝膠特性中存在許多影響因素，由于每種多糖本身的特性不一樣，與蛋白質形成凝膠的體系條件存在差異，那么它們對MP 凝膠特性的影響也不一樣，且蛋白質的性質及其與多糖的相互作用的影響甚大。因此，不同的多糖可能需要單獨研究。

2.2 改性多糖

改性多糖指通過羧甲基化、硫酸酯化、磷酸化等方法修飾糖殘基上的羥基、羧基等基團以獲得水溶性較好的多糖，對多糖分子結構修飾以期獲得所需的改性多糖，方法大體分為物理、化學以及生物法。普通多糖雖然具有活性功能，但是活性功能較弱，為增強其生物活性及促進生物活性的呈現效果，常常將多糖進行改性。胡方洋等利用濕熱超聲法、濕熱酶法、微波超聲法以及二次循環濕熱超聲法制備抗性淀粉，添加不同量抗性淀粉至MP 中，探究其對MP 凝膠特性的影響，發現超聲處理玉米淀粉可形成粒度大、結構緊密且持水力好的抗性淀粉。與未添加淀粉的MP 凝膠相比，添加抗性玉米淀粉后MP凝膠的硬度、彈性、凝聚性以及回復性均降低，而凝膠強度和持水性呈增大趨勢，因此抗性淀粉可顯著提高MP 凝膠特性，改善凝膠品質。Fan 等研究了交聯/乙酰化木薯淀粉的糊化和回生對草魚MP 凝膠特性的影響，發現高水平的交聯會延遲淀粉顆粒的吸水、膨脹和破裂，抑制其在MP 網絡中的濃縮和填充作用，而高乙酰化糊化在MP 完全凝膠化之前發生，包括淀粉顆粒膨脹、包膜破裂以及直鏈淀粉和低分子量直鏈淀粉的浸出，從而干擾MP 凝膠網絡的形成，低交聯/乙酰化可顯著提高MP 的儲能模量G'與質構性能。莊昕波等通過堿性過氧化氫法將甘蔗膳食纖維改性后，添加到MP 凝膠體系中發現，改性甘蔗膳食纖維提高了復合凝膠斷裂形變時的應力和降低了復合凝膠斷裂形變時的應變，穩定水相并減少熱誘導凝膠過程中蛋白網絡結構內部水溝壑的形成，間接地促進MP 之間的交聯，形成致密均一的網絡結構，顯著提高復合凝膠的斷裂應力和動態流變特性。多糖具有許多活性官能團，可以通過多種手段對其改性，改性后的多糖可以使MP 凝膠特性進一步提升，以滿足實際需要。因此，選擇合適的多糖改性條件，將對MP 凝膠特性有顯著地改善。

3 多糖協同MP 在肉制品中的應用

3.1 作為抗凍劑

低溫凍藏作為原料肉保鮮最常見的方法，冷凍儲藏過程中發生的反應往往是負面的，不同類型的食品在質地、品質和可接受性等方面會發生不同程度的變化。通常，冷凍會使食物基質中的水結晶，破壞組織中的細胞或細胞成分，導致肌肉蛋白變性，解凍過程中，冰晶融化，導致水分流失與質地軟化。將多糖引入食品基質中，通過減少游離水含量和控制水分遷移，從而保持冷凍食品的均一性，并阻止了冰晶的生長，顯著提高了食品持水能力并減少冷凍過程對食品的不良影響。魚肉相對容易腐爛，而冷凍是魚類長期保存的一種廣泛使用的方法。但是蛋白質在冷凍儲藏期間易發生變性，使魚制品質量降低，有學者報道了多糖可以對肉制品起到保護作用，為肉制品的低溫凍藏保鮮技術提供了新思路。Pan 等研究了殼聚糖對鱸魚MP 冷凍變性的保護作用，將殼聚糖添加到MP 中并進行冷凍（-18 ℃）貯藏，觀察凍藏期間MP 的Ca-ATP 酶活性、未冷凍水含量、溶解度和疏基含量的變化，研究結果表明，相較于對照組的MP，添加殼聚糖導致處理組MP 的Ca-ATP 酶活性在冷凍90 d 后仍保持初始值的92%，未冷凍水含量與溶解度緩慢下降且始終高于對照組，這表明殼寡糖能提高MP 的持水性，從而增加冷凍水含量與MP 的溶解度，疏基含量隨著殼寡糖添加量的增加而增加，殼寡糖抑制了疏基氧化，從而抑制冷凍貯藏過程中疏基含量的降低。Sun 等研究了超聲與殼聚糖納米復合物對冷凍鰲蝦低溫保護的協同作用，結果發現超聲波聯合殼聚糖、殼聚糖納米復合物能夠提高凍藏期間鰲蝦MP 熱誘導凝膠的持水性、延緩MP 含量的變化，維持了鰲蝦組織結構的完整性。Zhang 等研究發現海藻糖和海藻酸鈉低聚糖通過與氨基酸極性殘基形成氫鍵取代蝦中肌球蛋白周圍的水分子，從而提高了蛋白質在凍藏期間的穩定性、顯著降低了凍蝦的解凍和蒸煮損失，有助于蝦在冷凍儲存期間保持更好的品質。這些結果表明多糖可作為抗凍劑，改善肉制品品質。

3.2 作為抗氧化劑

由于蛋白質氧化對蛋白質的溶解性和功能性有不利影響，在冷凍和冷藏過程中的蛋白質氧化已引起了廣泛的關注。Du 等以草魚MP、殼聚糖溶液與迷迭香提取物為原料制備生物膜，用于草魚片新鮮度監測，冷藏7 d 的揮發性堿性氮和硫代巴比妥酸的變化表明，魚肌肉的脂質氧化程度降低，延緩魚片新鮮度的劣變，故制備的復合膜很大程度能提高肉的品質與貨架期。Zhang 等研究了卡拉膠對冷凍貯藏期間凡納濱對蝦MP 氧化的影響，結果顯示，在冷凍貯藏前處理蝦的過程中，加入卡拉膠可顯著減少蛋白質羰基和二酪氨酸的形成，降低肌原纖維表面疏水性的變化，與水處理樣品（對照組）相比，卡拉膠處理組保持了較高的總巰基含量。進一步研究發現卡拉膠能有效抑制冷凍貯藏期間肌肉蛋白質的降解/氧化，因此，卡拉膠能延緩凡納濱對蝦長期冷凍貯藏過程中MP 的氧化。Nishimura 等通過美拉德反應制備了葡萄糖結合雞MP 的最佳條件，研究發現該MP具有較強的羥基自由基清除活性并保持原有的凝膠特性，說明美拉德反應產生了可溶于低離子強度的產物并形成具有抗氧化活性的熱誘導凝膠，有助于肉糊產品的開發，且這些產品在生產中不需要大量的鹽或在儲存過程中不需要過量的食品添加劑用于抗氧化，這無疑減少了產品對人體的負擔，加強消費者對于新型食品的接納性。

3.3 作為包裝膜

MP 和多糖均具有良好的成膜能力，由蛋白質和多糖制成的包裝膜，不僅能抑菌、防腐，而且能食用，在食品包裝中具有廣闊的發展前景。Batista 等從真鯛魚片殘渣中提取出MP，通過響應面法確定了以MP、殼聚糖和甘油為原料制備的可降解MP 膜的最佳配方，并發現添加殼聚糖增加了溶液的粘度和伸長率，與對照膜相較，薄膜具有更好的機械性能、溶解性、溶脹性、熱穩定性和紫外線阻隔性能，故殼聚糖可以改善鯛魚MP 膜的性質。Du 等將MP、殼聚糖迷迭香提取物制成復合食用膜，并將該食用膜用于魚片的新鮮度檢測，硫代巴比妥酸活性物質、pH、游離氨基酸和總揮發性堿性氮的測定結果表明，復合膜對魚片有良好的保護作用，并能抑制脂質氧化，在食品包裝和食品冷鏈運輸中具有潛在的應用前景。因此，作為天然綠色的包裝膜，MP 與多糖的復合膜可降解、對環境友好，并具有一定的保鮮功能。但是，關于此類復合膜相對于傳統的塑料包裝膜具有較差的機械強度、易溶于水和貯藏周期短等問題仍制約其在食品加工中的應用。要充分發揮該復合膜的優勢，改善復合膜的制備工藝、引入其他功能物質、開發多功能性的包裝膜是未來的研究方向之一。

3.4 構建低脂乳化體系

低脂乳化型肉制品具有營養豐富、高蛋白、低脂肪等優點，深受消費者喜愛，肉與原料中的MP 是參與乳化的重要蛋白質，MP 含量是影響低脂乳化型肉制品穩定性的重要因素，進而影響乳化型肉制品的品質。Zhao 等通過酸溶和水再生的方法提取出再生纖維素，再生纖維素具有高度的水粘合能力，可以增加乳液的粘度，降低肉蛋白作為界面蛋白的含量，從而使乳液具有類似于動物脂肪的柔軟感和質地。再生纖維素乳液代替50%豬肉背部脂肪可以有效地改善乳化香腸的營養和品質，同時不會降低其感官品質。張風雪探究了亞麻籽膠對兒茶素-MP 乳化體系的乳化特性及其形成的熱誘導凝膠特性的影響，發現亞麻籽膠的添加使乳液粒徑變小、剪切應力和粘度增大、乳化活性提高、凝膠強度和保水性增加，因此，亞麻籽膠削弱了兒茶素對MP 凝膠特性產生的不利影響，改善乳液的熱誘導凝膠的凝膠特性。王家豪研究了改性淀粉制備的皮克林乳液對MP 凝膠特性的影響，發現改性淀粉能提高復合凝膠的彈性模量，降低凝膠的氧化程度。這些研究結果為改善低脂乳化型肉制品的質量問題提供了一定的理論基礎，從而推動多糖在低脂肉制品的應用。

4 展望

低脂肉制品是健康肉制品的發展趨勢，目前多糖作為脂肪替代物已廣泛應用于肉制品中。不同的多糖，在結構、電荷、分子量等方面不同，對MP 凝膠特性的影響也不一樣，因此，每種多糖可能都需要分別研究，整體上多糖對MP 的凝膠作用效果一般呈正相關，在多種凝膠體系中均有體現，如黃原膠、卡拉膠、亞麻籽膠等。在肉制品實際生產中除添加多糖外，還需要添加非肉蛋白、食鹽、磷酸鹽等其他配料，目前的研究主要停留在單一條件下多糖對MP凝膠特性的影響，但是肉制品是多種組分共同組成的復雜體系，因此以后的研究還需要考慮實際樣品的pH、離子強度、非肉蛋白等多種因素共同對肉制品品質的影響。