非肉蛋白對肌原纖維蛋白及肉品品質 影響的研究進展

黃春陽，王靈娟，王 哲，張新笑，馬晶晶，楊 靜，鄒 燁,3,*，王道營,3,*，徐為民,3

（1.江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇 南京 210014；2.西藏農牧學院食品科學學院，西藏 林芝 860000；3.江蘇省食品質量安全重點實驗室培育基地，江蘇 南京 210014）

肌原纖維蛋白（myofibrillar protein，MP）的濃度與肉糜凝膠制品的凝膠強度有重要關系，MP中的肌球蛋白是肉糜制品形成凝膠的關鍵蛋白，當肉糜中的食鹽含量達到6%～8%時，離子強度約為0.6～1.0 mol/L，才能確保MP處于完全溶出狀態，肌球蛋白能夠發揮較好的凝膠性[1]。但在一般的生產工藝過程中，離子強度遠不能達到MP完全溶出的強度，從而使得MP的濃度較低，導致肉糜的凝膠性較差?？梢酝ㄟ^添加非肉蛋白提高肉糜制品的凝膠性，目前在肉糜制品中使用的添加物主要包括以蛋白質為基礎的添加物，如動植物蛋白；以脂肪為基礎的添加物，如大豆卵磷脂等；以碳水化合物（卡拉膠等各種膠體）為基礎的添加物，如淀粉類等。目前大量研究[2]表明，在肉糜制品中添加非肉蛋白達到的效果最好，添加的主要非肉蛋白包括大豆蛋白、蛋清蛋白和乳清蛋白等。非肉蛋白可以有效地與肉糜中的脂肪顆粒結合，提高肉糜保水性與黏結性，使其具備更好的感官品質和更高的產品得率[1]。Jafarpour等[3]通過使用非肉蛋白調控體系的凝膠性，對食品獨特的形態、風味及質地等特征產生影響。劉廣娟等[4]發現，在香腸和肉餅中添加4%大豆蛋白可在不影響產品風味和特征的前提下，明顯提高產品保水性。這些蛋白可以作為填料與肉糜中的蛋白形成共凝膠，提高肉糜制品的凝膠性，改善產品的口感和質地，進而研制出健康且營養的肉制品。近年來，亞洲國家肉類科學家在該領域的研究成果呈現出顯著上升趨勢，反映出對肉類和肉類產品的高需求，以及在強大的基礎設施支持下研究能力的巨大擴展[3]。故而本文重點總結探討添加非肉蛋白對MP及肉品品質的影響，在此基礎上進一步探討非肉蛋白對蛋白結構和功能特性的影響，旨在為非肉蛋白應用于肉制品生產提供理論依據。

1 MP組成及其功能分析

1.1 MP的組成

蛋白質是人體所需的主要營養物質之一，約占肌肉質量的18%～20%[5]。根據蛋白質在肌肉中的位置可分為MP、肌漿蛋白和基質蛋白。其中MP是一種可溶于高離子強度（≥0.3 mol/L）的鹽溶性蛋白[6]。MP中還包含其他幾種蛋白質，包括肌聯蛋白、肌間線蛋白、原肌球蛋白、肌鈣蛋白、α-肌動蛋白、結蛋白、C蛋白、M蛋白以及許多其他次要多肽，這些二級蛋白質中的大多數在肌肉食物中的作用尚不完全清楚。在超微結構上，肌原纖維中的蛋白質位于4 個結構單元內：粗絲（如肌球蛋白、C蛋白和M蛋白）、細絲（如肌動蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白復合物）、細胞骨架絲（即肌聯蛋白和肌間線蛋白）和Z盤（如α-活化蛋白和結蛋白）[7]。MP具有在熟肉制品中形成三維凝膠、結合水和乳化脂肪的能力， 這些能力與MP的組成相關，為成品提供感官上可接受的質地、口感和多汁性[8]。

1.2 MP的乳化性

乳化是將不易混溶的2 種液體中的一種以小液滴的形式均勻分散于另一種連續相中的過程[9]。2 種互不相溶的液體在乳化作用下均勻混合在一起，整個混合過程中需要一個中間物促使這2 種液體能夠溶在一起，這個過程中能達到有效乳化作用的中間物被稱為乳化劑[10]。MP是公認的肉類乳化劑和穩定劑，組成成分中起重要作用的是肌球蛋白和肌動蛋白[11]。乳化型肉制品加工過程中，隨著肉糜的斬拌，瘦肉組織中的鹽溶性蛋白質被高濃度的鹽溶液提取出來，顯著降低了油水間的界面張力，從而達到乳化目的[12]。因此，鹽溶性蛋白在形成包裹脂肪微粒和油滴的蛋白膜形成過程中具有重要作用，而且相關研究表明，肉蛋白中的MP乳化性最強[13]，其中肌球蛋白、肌動蛋白最為重要[14]。MP的乳化特性直接決定肉制品的質構和持水保油能力，在肉類加工中對脂肪和水分的固定起著至關重要的作用。影響肌原纖維蛋白乳化穩定性的因素見表1。

表1 影響肌原纖維蛋白乳化液穩定性的因素Table 1 Factors affecting the stability of myofibrillar emulsion

1.3 MP的凝膠性

MP具有的熱誘導凝膠性能是食品體系中重要的功能特性，對產品的質構性能、持水能力、流變性能等都起著決定作用。MP熱凝膠化過程中最關鍵的一步是單個蛋白質分子間的相互作用，形成功能性顆?；蚓奂w，進一步交聯成能夠截留脂肪顆粒和水的網絡結構。在肉類加工中，蛋白質聚集可以通過非共價（主要是疏水締合）和共價作用力發生，后者負責涉及分子氧的肌球蛋白聚合。關于凝膠形成機理已有較多報道，有一種凝膠形成機理被研究學者普遍認同，該理論將凝膠過程分為4 個階段：第1階段：在35 ℃時，肌球蛋白頭部展開，通過頭部之間相互作用形成二聚物和低聚物；第2階段：隨著溫度上升到40 ℃，肌球蛋白尾部向外擴張，整體形成蜘蛛網狀的球狀；第3階段：溫度達到48 ℃，低聚物與多個低聚物合并而成的聚合物共存；第4階段：溫度超過55 ℃，這些低聚物通過尾-尾交聯進一步聚集成凝膠基質，凝膠基質夾帶水并固定肌球蛋白包裹的脂肪顆粒。肌球蛋白是一種雙頭酶蛋白，具有2 個梨形頭部（亞片 段1：Sl）和由鉸鏈區連接的特征性螺旋尾，圖1a為肌球蛋白的結構片段。在肌原纖維蛋白中，只有肌球蛋白能夠影響模型系統的熱誘導凝膠化[21]。圖1b描述了蛋白質凝膠形成的動態變化，模型中突出顯示了肌球蛋白。通過對凝膠形成機理的深入研究，可生產出低成本、高營養的肉制品。

圖1 肌球蛋白結構（A）及凝膠形成機理（B）Fig. 1 Structure (A) and gel formation mechanism (B) of myosin

2 非肉蛋白對MP的影響

2.1 非肉蛋白對MP結構的影響

非肉蛋白是包括植物性蛋白（如大豆蛋白等）和動物性蛋白（如血漿蛋白、血球蛋白等）的一類統稱[22]。大豆蛋白因其優良的保水能力和乳化特性廣泛用于乳化型肉制品的生產，以改善肉制品品質。王耀松等[23]研究表明，大豆蛋白與乳蛋白復合能使氫鍵作用力降低、二硫鍵作用力提高，并且降低其透明性。陳洪生等[24]研究蛋清蛋白添加量對豬肉MP功能特性的影響，結果表明，蛋清蛋白單獨與豬肉MP作用并不能改善肉蛋白的凝膠特性和乳化穩定性，只有結合其他因素共同作用才能提高MP的功能特性。非肉蛋白可以降低油滴間的聚集和蛋白質的聚集，莊濤[25]在向MP體系中加入不同乳化液后發現，大豆蛋白、蛋清蛋白乳化液能夠顯著提高凝膠的持水性和流變性能，其中非肉蛋白起著替代MP乳化脂肪的作用。研究[24-25]表明，非肉蛋白可通過發生聚合和交聯反應改變MP結構，從而提高蛋白質的凝膠能力及黏結性能。

2.2 非肉蛋白對MP乳化性的影響

高脂肪含量增加了肉制品生產工藝中的困難。例如，在制備乳化型肉制品（如香腸）的過程中，釋放了大量脂肪，為了防止這種脂肪在加熱過程中聚結，需要使用乳化劑。一般來說，乳化體系的黏度越大，物理穩定性越好。乳化體系的黏度與乳化穩定性有關，這種乳化穩定作用主要歸因于肉類蛋白質。然而，當瘦肉含量較低時，肉蛋白不足以穩定乳狀液，導致這類肉制品的生產出現困難。有研究[26-27]表明，添加人工合成的乳化劑可以使肉糜類乳化體系崩潰，降低乳化體系的穩定性。因此具有雙親性的天然蛋白質是一種很好的乳化劑，可以在油滴表面通過疏水相互作用形成一層黏彈性的界面膜，以提高乳化體系的物理穩定性。如今，乳化體系中非肉蛋白在替代合成乳化劑方面非常流行[28]，這是由于它們容易形成乳化液，提高穩定性，并在水包油 （O/W）乳化液中產生理想的物理化學和功能特性[29-30]。乳狀液的穩定性高度依賴于界面膜的結構、組成、力學性能及其演化，黏彈性界面層的形成有利于在產品乳化和貯存過程中維持油滴的穩定。非肉蛋白也可以作為螯合劑，保護多不飽和脂類免受鐵催化氧化[31]。非肉蛋白乳化作用的特點是在液相之間有較大的界面面積，允許在界面發生更快的交換過程或化學反應。綜上所述，界面蛋白質薄層的形成能夠使油滴乳化成小液滴（以防聚集），通過各種物理相互作用，蛋白質凝膠網絡基質能截留大量水分和脂肪，因此乳化理論具有重要的意義與應用價值。

2.3 非肉蛋白在MP凝膠中的作用

蛋白凝膠在食品工業具有非常重要的作用，賦予食品營養、感官和質構特性[32]。食品工業中需用不同的手段調節蛋白成膠，以滿足對功能性的多樣性需求[32-33]，常用來改造蛋白基質凝膠的策略是共混，即將不同的蛋白原料復合成膠，以獲得期望的功能性質[33-34]。促進蛋白質-蛋白質結合，可改善MP凝膠的乳化、凝膠和水結合特性[32]。非肉蛋白用作食品配料，在飲料、甜品、肉制品、焙烤等多領域有著廣泛的應用[2]。非肉蛋白添加到凝膠乳化體系中主要通過2 種途徑：一是在斬拌過程中加入，以補充水相中蛋白總量；二是利用非肉蛋白與植物油脂進行預乳化，而后將預乳化液部分替代豬背膘，從而降低產品總體的飽和脂肪含量[35-36]。前者非肉蛋白起到強化乳化肉糜連續相網絡的作用，后者乳化球膜上的非肉蛋白與連續相肉蛋白相互作用對乳化體系的穩定性有很大影響[37]。在受熱過程中，MP能夠與非肉蛋白發生相互作用形成凝膠，凝膠結構包括細線型凝膠和顆粒型凝膠2 種，細線型凝膠的保水性好、透明度高，而顆粒型凝膠保水性較差且凝膠不透明。因此，明確了解結構與功能的關系以及各種肉類加工條件如何影響蛋白質的結構和相互作用，可使產品具有一定的質地（如黏彈性、機械特性），以維持食品的外觀完整性及持水性[38]，并且這對于肌肉蛋白質在食品加工及新的肌肉食品開發中的最大效用至關重要。

3 非肉蛋白在肉品中的應用與發展現狀

3.1 非肉蛋白對肉品品質的影響

目前，在肉品加工過程中，大豆蛋白、蛋清蛋白、血漿蛋白、血清蛋白等蛋白常被作為添加劑投入肉品生產中。研究[39-40]表明，大豆蛋白中含有豐富氨基酸，并且含有眾多極性基團，向肉制品中添加大豆蛋白可以增強肉制品中脂肪和水相結合的能力，使得其中的鹽溶性蛋白更加穩定，提高乳化能力，改善肉制品的組織結構。徐吉祥等[41]測定在香腸生產中添加不同比例的大豆蛋白對其品質的影響，結果表明，大豆蛋白能夠有效改善香腸的口感，包括色、香、味等，同時具有保水、保油、提高出品率、改善風味和結構等功能。大量研究表明，大豆蛋白具有良好的持油持水性、乳化性、凝膠性等功能性質，因此被廣泛應用于乳化香腸、火腿腸、法蘭克福腸等肉制品中[42]。

蛋清蛋白作為一種非常重要的食品加工原料，具有非常多的功能，一方面，由于蛋清蛋白中游離巰基的存在，可以和金屬離子相互作用，調節氧化還原狀態，研究表明，在肉品冷藏過程中，蛋清蛋白可以抑制蛋白氧化，減少肉品結構的變化[43-44]，另一方面，蛋清蛋白能夠有效提高肉品的起泡性、持水性、乳化性和凝膠性等功能，其中肉品的形態和質地與凝膠的形成密切相關。與此同時，凝膠的形成可以顯著提高肉品的持水力、增加其黏稠度等。研究[45]表明，蛋清蛋白在加熱時可形成熔融的球狀蛋白，通過填充作用提高肉制品的保水性。

血漿蛋白是動物血液中眾多蛋白質的總稱，其中白蛋白、免疫球蛋白的含量最多。我國屠宰業發達，畜禽血液資源豐富，血液中血漿蛋白含量高且脂肪含量低，并且包括多種人體必需氨基酸，在加熱條件下其結構發生改變，可形成三維網狀結構，在肉品加工中添加血漿蛋白對肉品的嫩度、結合特性、多汁性、外觀和風味等產生重要影響[46]。蔡克周等[47]通過向乳化腸中添加不同比例的血漿蛋白，考察對乳化腸表面結構、質構和剪切力的影響，結果表明，添加適當比例的血漿蛋白可以提高豬肉凝膠的硬度、咀嚼度和剪切力，同時引起乳化腸色澤、質構的明顯變化，降低乳化腸的蒸煮損失率，改善其表面光滑性，與范素琴等[48]結果相一致，血漿蛋白可以提高灌腸的口味和質構等特性。

3.2 非肉蛋白與轉谷氨酰胺酶（transglutaminase，TG）的協同作用對肉制品品質的影響

天然肉蛋白普遍具有起泡性弱、凝膠性較差、溶解度差等方面的缺點，因此在肉品生產中常添加外源蛋白等改善這些缺點。一方面，非肉蛋白作為肉蛋白的有效替代物，已經被廣泛應用于肉品生產中，它對肌原纖維蛋白的影響如前文所述；另一方面，采用酶法改性，促進肉品生產中蛋白的水解或交聯，也是一個重要的研究方向，主要可以分為以下4 種酶：TG、過氧化物酶、酚氧化酶和賴氨酰氧化酶。其中，對于TG的研究最為深入[49]，其對于提高肉品乳化能力、凝膠特性等方面的研究正在從單一方向轉向多方面結合的方式，利用非肉蛋白和TG的協同作用提高肉品品質已成為一個熱門研究方向。

TG可以催化谷氨酰胺和賴氨酸之間ε-(γ-谷氨酰基)賴氨酰基交聯的形成，谷氨酰胺和賴氨酸在自然界和動物生物體中廣泛傳播[50]。TG已被用于肉品生產中催化MP的分子內和分子間橫向交聯，它通過影響蛋白分子內和分子間異肽交聯，有效促進蛋白、多肽間發生聚合反應，形成共價聚合物，改變MP凝膠性和乳化性等[51]。

肉品生產中添加TG和非肉蛋白，不僅可以降低產品的生產成本，而且還能有效提高肉品品質，一方面，TG使得MP結構發生變化，促進油滴表面分子的聚集，產生靜電排斥，提高乳化液的穩定性，另一方面，利用TG的交聯作用，促進非肉蛋白與肉蛋白結合，形成MP-非肉蛋白-乳化液體系，改變MP表面基團比例構成，有助于提高肉制品品質。Wu Miaohong等[52]研究蕓豆蛋白和TG的相互協同作用對MP功能特性的影響，發現通過加熱處理，蕓豆蛋白和TG能夠有效提高MP的凝膠特性、乳化性能等，為投入到肉品生產中提供了依據[53]。程巧芬等[54]研究表明，TG與不同含量非肉蛋白（大豆分離蛋白、酪蛋白、乳清濃縮蛋白、卵清蛋白）混合添加至肉制品中，均可以提高產品的硬度、彈性和凝聚性，此外，均可以有效降低肉制品生產中的蒸煮損失。許春明等[55]研究非肉蛋白和TG添加量對鴨肉制品的影響，其中非肉復合蛋白的添加量為2.25%，TG的添加量為1.25%，相比于單一添加，TG與非肉蛋白協同作用能夠有效提高產品的彈性、黏聚性和咀嚼性等，大大提高了肉品品質。

目前，肉品行業發展迅速，非肉蛋白、TG等作為功能性蛋白，因其具有改善肉品的功能特性、提高肉品的乳化性、凝膠性等功能，因此常被用于生產中，但對于二者之間?；D移、對肉品營養價值及風味產生的影響研究較少。

3.3 非肉蛋白對肉制品營養的影響

從營養角度來看，非肉蛋白所含有的一些獨特營養元素是肉類所沒有的，在肉品加工過程中，除了會改變肉品質構、感官等，對于肉品的營養價值也會有 影響[56]。如豆類蛋白、谷類蛋白等，相比于肉類，它們含有較高含量的纖維素，將其添加到肉品中會提高肉品中纖維素的含量，使肉品的營養更加全面，但也有一些非肉蛋白的添加降低了肉品的營養成分，如植物性產品，因其含有天然的抗營養物質，如植酸鹽、單寧、草酸等，將其添加到肉品加工中會降低營養素利用率，還可能產生其他不利影響，因此植物源蛋白的功能特性及在肉品中的影響極其復雜，目前相關研究比較缺乏[57]。

目前，研究表明，真菌蛋白、乳清蛋白等因具有能夠高效結合水與脂肪的能力，大大提高了肉品的乳化性能及凝膠性能，因此能夠減少肉品加工過程中的蛋白、維生素等營養損失，提高肉品品質，現在已經常用于肉品生產加工中。目前藻類和昆蟲成為高質量蛋白的最新來源，它們包含大量維生素、氨基酸、礦物質和脂肪酸等，Parniakov等[58]已經將螺旋藻和小球藻源蛋白應用于雞肉加工生產中，極大提高了雞肉制品中氨基酸的含量，提高了產品的營養價值。

4 結 語

低溫乳化型肉制品具有鮮嫩、風味佳等特點，且加工技術先進，在品質上明顯優于高溫肉制品。隨著人們生活水平的提高及健康飲食觀念的強化，這類產品將在市場上占據主導地位。但是在實際生產過程中，乳化型肉制品出油、出水、結構松散等質量缺陷普遍存在。目前一些非肉蛋白被添加到乳液中，可以改善乳液乳化穩定性[59-60]。一些非肉蛋白，如血漿蛋白實現廢物再利用的綠色環保生產方式既能節約成本，又能保護環境。所以向肉制品中添加非肉蛋白等添加物是重要趨勢。