蛋白质类添加物在鱼糜制品中的应用现状及发展趋势

李钰金，林洪，赵元晖，吴浩浩，解万翠，杨锡洪，梁兴国，*

（1.中国海洋大学食品科学与工程学院，山东青岛266003；2.青岛科技大学海洋科学与生物工程学院，山东青岛266042）

鱼糜制品是一类以生鲜鱼糜或冷冻鱼糜为原料，经擂溃（空擂、盐擂和调味擂）、成型、凝胶化等过程制成，具有一定弹性的凝胶状食品，例如鱼豆腐、鱼丸、蟹棒以及模拟蟹腿等模拟水产食品。新鲜鱼经过去头、去皮、去内脏等初加工后再经采肉、漂洗、精滤、脱水得到的鱼糜原料即为生鲜鱼糜。生鲜鱼糜在冷冻过程中，肌原纤维蛋白会发生变性，因此要加入适量的抗冻剂如山梨醇、多聚磷酸盐等以提高其抗冻能力，这类添加抗冻剂后进行冷冻贮藏的鱼糜即为冷冻鱼糜[1]。

中国渔业年鉴（2019）指出，2018 年海洋捕捞量高达1044.46 万吨，占海水产品产量的31.64%，比上年减少97.96 万吨，减少6.11%；淡水捕捞产量196.39 万吨，占淡水产品产量的6.20%，比上年增加21.91 万吨，减少10.04%[2]。近年来，随着海洋捕捞强度的不断增大，用于生产高品质鱼糜的海水鱼产量下降，而低值海水鱼和淡水鱼凝胶形成能力较差，往往需要添加外源物质增强其凝胶品质。

鱼糜制品作为即食方便的快捷食品，在世界各地都受到广泛的欢迎。然而目前较多的淡水鱼及低值海水鱼由于凝胶形成能力比较差，致使鱼糜制品品质降低。凝胶特性是评价鱼糜品质的重要指标，它直接关系到鱼糜制品的持水性、弹性、黏结性等组织特性，因此如何改善鱼糜凝胶性能，一直是研究焦点。鱼糜制品的凝胶特性不仅与原料鱼的种类、漂洗、加热条件、擂溃方式、离子强度、pH 值等有关，也与外源添加物密切相关。蛋白质是鱼糜制品生产过程中常用的一种外源物，其添加可以增强鱼糜制品的口感和特性，提高其凝胶强度、弹性等，并且可以降低配方成本。但是不同蛋白质对鱼糜制品的影响和作用机制不尽相同。本文阐述了鱼肉肌原纤维蛋白的功能性质以及不同蛋白类物质对鱼糜制品形状的影响。

1 鱼糜凝胶形成过程

鱼肉蛋白质主要由盐溶性的肌原纤维蛋白、水溶性的肌浆蛋白和不溶性的基质蛋白组成，其中肌原纤维蛋白是形成鱼糜网状结构的主要蛋白，约占鱼肉蛋白的60%以上。凝胶化、凝胶劣化和鱼糕化是鱼肉蛋白质形成凝胶需经历的三个阶段。

凝胶化过程一般在低温条件下进行（30 ℃～40 ℃之间），加盐擂溃时会促进鱼肉中肌原纤维蛋白溶出，相邻肌球蛋白分子间相互作用产生三维网状结构，促进鱼糜凝胶的形成，其中二硫键和疏水相互作用是肌球蛋白产生架桥的主要作用力[3]；当温度升高到50 ℃～70 ℃时，达到组织蛋白酶的最适温度，该酶会降解相应的蛋白，从而使鱼糜网状结构发生破坏，凝胶强度降低，发生凝胶劣化；当温度继续升高，肌球蛋白和肌动蛋白形成的网状结构固定化，凝胶呈有序、非透明状，即完成了鱼糕化。所以为了提高鱼糜的凝胶强度，可采取两段加热的方式，使其在低温凝胶化阶段放置一定时间，然后再迅速通过凝胶劣化温度带以防止或降低凝胶劣化的产生。

2 肌原纤维蛋白

2.1 肌原纤维蛋白的分子组成

肌原纤维蛋白主要是由肌球蛋白、肌动蛋白、肌动球蛋白和调节蛋白（原肌球蛋白和肌钙蛋白）等组成的复合体，它对鱼糜制品加热过程中的黏结性和质构有影响，在肉类加工中起到重要作用。韩敏义发现单独肌球蛋白可以形成优良凝胶，肌动蛋白则根据凝胶系统中与肌球蛋白的比例而对凝胶形成能力有增强或拮抗作用，其他成分如原肌球蛋白、伴肌球蛋白、伴肌动蛋白和肌钙蛋白等则通过影响肌球蛋白凝胶矩阵而对凝胶弹性有很大的影响[4]。肌球蛋白是肌肉中含量最高的蛋白质，占肌原纤维蛋白的50%～55%，是粗丝的主要组成成分；肌动蛋白约占肌原纤维蛋白的20%，是细丝的主要组成成分。肌球蛋白分子的尾部在受热后发生不可逆变性，由有序的螺旋结构转变为无序结构，交联其他的肌球蛋白和肌动球蛋白而形成凝胶基质的网状结构，有助于脂肪和水分等营养物质的保留，对鱼糜制品的凝胶特性起到关键作用。

2.2 肌原纤维蛋白的凝胶机制

关于肌原纤维蛋白的凝胶机制，目前主要有两种观点，一种认为凝胶的形成是由于肌球蛋白和肌动蛋白的粗丝和细丝溶出，重合成肌动球蛋白而互相缠绕，加热后形成高度有序并能保持大量水分的三维网状结构，从而形成有弹性的鱼糜制品；另一种观点认为，肌原纤维蛋白溶出后，肌球蛋白和肌动蛋白在水溶液中均呈现出游离状态，在经历低温凝胶化和高温凝胶定型化以后，游离的肌球蛋白分子头部与肌动蛋白的尾部通过二硫键形成架桥，进而形成有序的凝胶网络结构[5]。蛋白质变性和聚集的相对速率决定凝胶的结构和特性，这个过程受到许多因素的影响，如肌球蛋白的凝胶强度要高于肌原纤维蛋白、蛋白质浓度等；外在条件包括加热温度、pH 值、高压、脉冲超声、离子强度等。蛋白质的凝胶特性与其构象有直接联系，在热诱导凝胶过程中，蛋白质从天然状态到变形过程涉及到其高级结构的变化。肌原纤维蛋白是由排列成束状的细丝状蛋白构成，在加热时折叠的蛋白质分子侧链结合键断开而伸展，蛋白质之间通过巯基的产生而聚集，从而形成坚固的蛋白质网络结构。Zhang 等[6]通过高压处理肌原纤维蛋白，发现随着压力的增大（0.1 MPa～500 MPa），α 螺旋和 β 折叠转变为无规卷曲和β 转角，蛋白质展开暴露出内部的疏水性和巯基，表面疏水性和二硫键的形成得到增强，而200 MPa 凝胶的微观结构均匀紧密，凝胶特性最好。通过高压处理会导致蛋白质三、四级结构的改变，使蛋白质变性、聚集和凝胶，通过增强蛋白质-蛋白质、蛋白质-水分之间的相互作用来提高制品的凝胶特性。Chen 等[7]发现高压均质可以减小鸡胸肉中肌原纤维蛋白的分子粒径并增强分子间的静电推力，从而增强肌原纤维蛋白在水中的溶解度；Wang 等[8]通过脉冲超声处理短时间内（0～6 min）使肌原纤维蛋白溶液黏度系数显著降低，而流动指数值增加，一级结构没有被破坏，但肌原纤维蛋白α 螺旋和β 折叠比例下降而无规卷曲和β转角比例增加，三、四级结构发生改变，而在长时间（9 min～15 min）内没有显著影响。总之，当蛋白质高级结构发生变化，变性速率大于聚集速率时，蛋白质分子充分伸展、相互作用形成高度有序的半透明凝胶，这些变化决定了蛋白质凝胶的质构。

3 蛋白质在鱼糜中的应用

蛋白质是经常应用于鱼糜制品加工过程的添加物，它不仅可以增强鱼糜制品的口感和特性，还可以降低生产成本。目前添加到鱼糜中的蛋白质可分为肌肉蛋白和非肌肉蛋白两大类，后者根据来源还可以分为酶类蛋白、植物蛋白和非肌肉类动物蛋白。

3.1 肌肉蛋白

肌肉组织中的蛋白质主要分为肌原纤维蛋白、肌浆蛋白、基质蛋白。Munialo 等[9]发现蛋白质受热后变性展开，展开的蛋白质因聚合作用而形成较大分子的凝胶体。蛋白质分子的聚集和伸展，使反应基团暴露出来，特别是肌球蛋白的疏水基团，因此有利于蛋白质和蛋白质之间的相互作用。所以分子量大且疏水性氨基酸含量高的蛋白质容易形成稳定的网络结构。鸡胸肉中含有较高的蛋白质，肌原纤维丝释放的肌球蛋白含量较高，且肌动球蛋白的热转化温度较低。Sang 等[10]将鸡胸肉添加到鱼糜中，发现其中的胶原和肌原纤维蛋白含量显著高于空白鱼糜样品，用含有NaCl 的抗冻剂漂洗后的复合鱼糜样品品质最佳。Jin 等[11]通过研究母鸡鸡胸肉的添加对鱼糜品质的影响，发现添加40%鸡胸肉时剪切力显著提高，总氨基酸含量和必需氨基酸含量有所提高，复合鱼糜肠在贮藏期间能够保持稳定。Jin 等[12]分别将7.46%，14.93%和22.39%的鸡胸肉替换到鲷鱼鱼糜中发现在储藏期间对照组的破断力、破短距离、凝胶强度和弹性均高于其他处理组。Hashemi 等[13]研究发现结合35%～50%的康氏似鲹碎鱼肉的牛肉香肠品质特性更优，硬度分别提高了40%和16%，黏附性和咀嚼性明显改善且SEM 扫描结果证明添加50%鱼肉的制品凝胶基质更加致密，在凝胶形成过程中起正相互作用，而不降低其质地和流变性质。王卫芳等[14]通过分析鱼肉猪肉的基本组成和功能性质，发现猪肉中氨基酸含量高于鱼肉，且疏水性氨基酸含量较高，利于凝胶网络结构的形成，在鱼肉猪肉复配肉糜7 ∶3 中，添加6%猪肥膘、30%水，16%蛋清、3%大豆蛋白、0.45%复合磷酸盐、0.5%转谷氨酰胺酶，可获得最佳的复合凝胶制品。总而言之，目前国内外学者关于将肉糜添加到鱼糜中的研究越来越多，但无论是禽肉还是畜肉，其蛋白皆与鱼肉同属于肌肉蛋白，它们形成热凝胶的温度相近，复合鱼糜肌肉蛋白之间会发生相互作用，共同聚合形成单一均匀的凝胶结构；此外，肉糜类物质的添加还可以提高鱼糜凝胶制品的风味和质地。

3.2 非肌肉蛋白

在鱼糜中添加非肌肉蛋白可以增强其口感和凝胶强度，非肌肉蛋白不仅含有疏水基团，还含有亲水基团，未经乳化时，非肌肉蛋白在擂溃中吸收水分，发生溶胀作用增强鱼糜的凝胶强度，而在经过乳化作用以后，油水之间的斥力令蛋白质分子打开从而暴露出更多的基团，一定条件下网状结构更易形成，起到加固的作用。因为肉蛋白和非肉蛋白形成热凝胶的温度不同，导致不同蛋白之间很少发生聚集，而较多以相互渗透方式形成凝胶[15]。非肉蛋白可以直接与肉蛋白相互作用，填满凝胶基质的空隙，或在基质结构上作为不连续的凝胶相，作为另一种凝胶系统来提高鱼糜制品的质地特性。同时非肌肉蛋白的用量不宜过高，否则会导致鱼糜蛋白含量的相对下降，从而干扰凝胶网络的形成。

3.2.1 酶类蛋白

一些蛋白酶对鱼糜凝胶强度有明显的提高作用，其中谷氨酰胺转氨酶（transglutaminase，简称TGase）类尤为突出。鱼肌肉中虽然也含有内源性TGase，并在鱼糜凝胶化过程中起着一定的作用，但含量较少，往往需要外源添加从而改善鱼糜凝胶强度。TGase 酶能够催化蛋白质中赖氨酸上的ε-氨基和谷氨酸残基上的γ-酰胺基发生交联反应，促进蛋白质分子内部以ε-（γ-Glu）Lys 键发生共价交联，使肌原纤维蛋白在一定温度下发生聚集，从而促进鱼糜凝胶网络结构的形成。近年来，来源于微生物的转谷氨酰胺酶（TGase）也被用于改善蛋白质凝胶的机械性能[16]。Sun 等[17]发现通过加入MTGase，肌原纤维蛋白/豌豆蛋白分离物混合物（3 ∶1，质量比）的凝胶强度大大增加，其中在肌原纤维和豌豆蛋白之间形成ε（γ-谷氨酸）赖氨酸（G-L）交联。添加TGase 以后鱼糜凝胶的破断力和硬度在冻藏3 d～5 d 后达到最大值，储藏3 d 后TGase 活力达到最大值，短期冷冻储存使肌球蛋白结构展开，减少了α-螺旋含量，并暴露疏水基团，促进交联反应和分子间疏水相互作用[18]。Kudre 等[19]研究了不同浓度（0、0.3、0.6 U/g 鱼糜）的微生物转谷氨酰胺酶（microbial transglutaminase，MTGase）与不同浓度（0 %～6 %，质量分数）的班巴拉花生分离蛋白（bambara groundnut protein isolate，简称BGPI）对沙丁鱼鱼糜凝胶性质的影响，当MTGase（0.3、0.6 U/g 鱼糜）添加时，鱼糜凝胶破断力与破短距离提高，与BGPI 添加量无关，凝胶强度的增强只与MTGase 的添加量有关，基于电泳研究，肌球蛋白重链随着MTGase 的加入而减少，表明交联键的形成。另外，TGase 对鱼糜凝胶强度的的影响与其剂量也有很大的关系。MTGase 添加到金线鱼鱼糜中会使其破断力与破短距离有所增强，当添加10%的鱼明胶和MTGase 1.2 U/g 时获得 AA 级鱼糜，但是当 MTGase 添加量过高反而会使鱼糜凝胶强度下降[20]。

另一类影响鱼糜凝胶强度的蛋白是水溶性的肌浆蛋白和盐溶性的组织蛋白酶B、蛋白酶L 等，它们会破坏凝胶制品网状结构，降低其凝胶强度。在一般的加工工艺中，肌浆蛋白可以通过漂洗除去，而对于组织蛋白酶，则是通过添加相应的酶制剂或是选择合适的温度，避免经过此类酶的凝胶劣化温度带。

3.2.2 植物蛋白

目前在鱼糜中添加的植物性蛋白包括谷朊粉如面筋蛋白、大米蛋白、小麦蛋白等、豆类蛋白如大豆分离蛋白、黑豆蛋白、绿豆蛋白、花生蛋白等，不同蛋白质的作用机制不同对凝胶性质的影响也不同。一般豆类种子中的分离蛋白都含有蛋白酶抑制剂，可以抑制由内源性蛋白酶引起的凝胶自溶和凝胶劣化现象，另一方面也可以充当黏合剂或填充剂，改善鱼糜凝胶特性。Kudre 等[21]研究了不同水平BGPI 对沙丁鱼鱼糜自溶和凝胶特性的影响，发现从含有蛋白酶抑制剂的班巴拉花生（BGPI）中分离的蛋白质可用于降低由内源性蛋白酶引起的沙丁鱼鱼糜的自溶，它能够有效阻止肌球蛋白重链的降解，增强鱼糜凝胶强度和持水性。以分离物或浓缩物形式的大豆蛋白已经在加工肉类中用作黏合剂或胶凝剂，以改善加热时的物理和质地特性，它们也被称为肉代用品以降低配方成本。大豆蛋白具有吸水性、保油性、凝胶性等特点，它对组织蛋白酶L 有抑制作用，并可以与鱼糜中盐溶性肌原纤维蛋白相互结合，从而增强鱼糜凝胶特性。Luo 等[22]评估了不同设置条件下大豆分离蛋白（soy protein isolate，简称SPI）对不同等级阿拉斯加鳕鱼和鲤鱼鱼糜凝胶特性的影响，在直接蒸煮（85 ℃，30 min）和在 30 ℃放置60 min 条件下烹饪后，凝胶的断裂力和破断距离随着SPI 浓度的增加而降低，SPI 对鲤鱼鱼糜凝胶强度的影响小于阿拉斯加鳕鱼鱼糜，加入10%SPI 至阿拉斯加鳕鱼鱼糜获得的断裂力比在50 ℃下放置60 min 后煮熟的单独鱼糜高。疏水相互作用和氢键在肌原纤维蛋白-大豆蛋白凝胶中发挥重要作用，但二硫键不是稳定混合凝胶体系的重要作用力[23]。黑豆和绿豆分离蛋白对沙丁鱼鱼糜蛋白水解和凝胶裂化都有抑制作用，肌球蛋白重链被保留在两种凝胶中，凝胶强度增强，持水性得到改善[24]。

面筋蛋白作为小麦淀粉工业的副产物，由于其良好的持水性和黏弹性，经常被添加于肉制品中用于提高产品的结构性质。小麦面筋蛋白的添加可以显著改善鱼糜凝胶的质地特性，并使经过高温处理后凝胶的热稳定性大大提高，面筋蛋白均匀分散在肌原纤维蛋白的网状结构中并与之相互作用，阻止了肌原纤维蛋白分子在高温条件下聚集，抑制了网状结构的破坏，从而提高了鱼糜制品的品质[25]。

3.2.3 非肌肉类动物蛋白

由于热活化蛋白酶的存在，鱼糜凝胶在50 ℃～60 ℃容易发生凝胶劣化。为了减少鱼糜凝胶的劣化，食品级抑制剂已被用于保护肌原纤维蛋白免受由内源性蛋白酶引起的蛋白水解。添加于其中的非肌肉动物蛋白包括血浆蛋白、蛋清和乳清蛋白浓缩物等。Yetim 等[26]通过在鱼肉中添加非肌肉蛋白，研究重组鱼产品品质的变化，发现添加蛋清蛋白后鲶鱼肌肉处理组水分和脂肪含量发现显着差异，总蛋白含量发生变化，总水分与肌原纤维蛋白组分之间呈现正相关，所以蛋清蛋白可以提高重组鱼糜产品的品质。Rawdkuen 等[27]研究发现乳清浓缩蛋白（whey protein concentrate，WPC；0%～3%）对大眼鲷、金线鱼和蜥蜴鱼鱼糜的凝胶自溶有抑制作用，随着WPC 浓度的增加，鱼糜凝胶持水力得到提高，肌球蛋白重链在其存在下更多的保留。然而Chang-Lee 等[28]研究发现生产适当强度的凝胶产品取决于鱼糜中添加的蛋清蛋白含量，乳清浓缩蛋白和大豆分离蛋白不能充分提高白鲢鱼鱼糜凝胶的总体质地特征，蛋清蛋白中包含有通过巯基-二硫化合物交换提高凝胶强度的氨基酸或是抑制白鲢鱼鱼糜中的内源性蛋白酶。血浆中含有多种生物活性化合物，包括蛋白酶抑制剂和血浆转谷氨酰胺酶，鱼糜内源性TGase 和猪血浆转谷氨酰胺酶共同诱导非二硫共价键的形成，而疏水相互作用、氢键和二硫键是形成凝胶的主要作用力，在鱼糜中添加猪血浆蛋白可以促进蛋白质的水合作用，降低蛋白质的聚集，而且血浆蛋白在加热时会表现出自身的胶凝能力，从而改善鱼糜凝胶形成能力，降低鱼糜凝胶的自溶。鲑鱼血浆蛋白低含量时能有效抑制太平洋鳕鱼鱼糜内源性蛋白酶，高含量时有助于转谷氨酰胺酶介导的凝胶形成，从而增强凝胶强度，但也会引起弹性模量和白度的降低[29]。

4 总结与展望

鱼糜凝胶性能的改善一直以来是国内外研究的热点，尤其关于鱼糜制品中添加各种非肌肉蛋白研究较多，而有关肌肉蛋白如各种肉糜等的添加却鲜有报道。因此，今后可以将肌肉蛋白或肌肉蛋白与各种非肌肉蛋白的复配物添加到鱼糜中，提高鱼糜凝胶性能及风味；另一方面，在鱼糜产业化生产过程中常用的蛋白质主要集中在蛋清蛋白、乳清蛋白等几类，我们可以借鉴应用于其他肉类制品的添加物如猪血浆蛋白等，开发新型的、性价比较高的凝胶增强剂，使其应用于工业生产。