酸碱处理技术在肉类蛋白提取中的应用研究进展

李鑫　张爽　许月明　张冬冬

摘 要：酸碱处理技术是近年来兴起的新技术，在肉类蛋白提取中得到了广泛的应用。该文介绍了酸碱处理技术的基本原理、操作方法及其对蛋白质加工特性的影响，综述了该技术在肉制品领域中的应用研究进展，以期为该技术在肉类蛋白加工中的应用提供参考。

关键词：酸碱处理技术;蛋白质;凝胶;乳化

中图分类号 TS205文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）12-0113-04

Abstract： isoelectric solubilization/precipitation method is a new technology in recent years， which is widely used in meat protein extraction. In this paper， the basic principle， operation method of acid-base treatment technology and its influence on protein processing characteristics are introduced. The application research progress of this technology in the field of meat products is summarized in order to provide reference for the application of this technology in muscle protein processing.

Key words： Isoelectric solubilization/precipitation method; Protein; Gel; Emulsification

蛋白质是食品中的重要组成成分，其功能特性与食品的外观、质构、保水性、风味等密切相关，而结构直接影响着功能特性。蛋白质作为人体重要的营养物质之一，是人体生长发育所必不可少的。蛋白质资源的开发及有效利用，是人类食物资源可持续发展的必由之路。

酸碱处理技术，又称ISP技术（isoelectric solubilization/precipitation method），是一种蛋白提取技术。该技术最初兴起于海洋生物蛋白的回收利用，很多鱼类、贝类由于骨架结构复杂或形体小，骨肉不易分离，不适合人类食用或可食用率很低，造成了资源浪费。18世纪中后期至19世纪初，酸碱处理法提取鱼类蛋白质构想被提出，其操作方法紧接着被建立并应用于鱼糜生产中[1-2]。该技术的应用，一方面提高了海产品的利用效率，另一方面人们发现应该该方法提取的蛋白质的贮藏性好。而后，此方法被广泛应用于低值鱼肉、黑鸡肉、机械去骨鸡肉、动物内脏等低值动物蛋白质的提取利用中。

近年来，随着研究由回收率、贮藏性等指标向提取物的加工特性层次深入，并从蛋白质分子角度探索ISP技术对蛋白质分子结构的影响，发现ISP技术对蛋白质的凝胶、乳化等功能特性具有改善作用。随着相关研究的不断深入，酸碱处理技术逐渐走向成熟，已成为提取利用低值动物副产物蛋白质的有效途径。

1 酸碱处理技术的原理与操作流程

酸碱处理是基于不同pH条件下，蛋白质的溶解状态不同的一种方法。当向蛋白质-水体系中加入酸或碱时，由于氨基酸侧链的（去）质子化作用，导致蛋白质表面的（负）正电荷增加，与水分子的亲和力增强，使大部分蛋白质溶于水中。当蛋白质处于等电点pI时，蛋白质所带的净电荷为0，蛋白质-蛋白质分子间疏水相互作用在此时达到最大值，致使蛋白质分子间聚集，溶解度最小，蛋白质沉淀析出[3]。可见酸碱处理提取蛋白质就是一个将蛋白质充分溶解后，再沉淀的过程，其操作过程如图1所示。该方法蛋白质提取率高，从经济的角度看可行性好。在提取蛋白质的过程中，大量脂肪及磷脂被去除，大大降低了脂肪氧化的发生概率，增加了提取蛋白的储藏稳定性[4]。

2 酸碱处理技术对提取蛋白凝胶乳化特性的改善

2.1 改善作用 凝胶特性是肉制品最为重要的加工特性之一，在形成凝胶的过程中，以肌原纤维蛋白为主的蛋白质分子以各种方式（如二硫键、疏水相互作用、氢键等）相互交联，形成一个高度有序的三维网络结构，这种结构是肉制品保水性、硬度、弹性等质地和口感形成的基础。研究表明，酸碱处理能够促进蛋白质分子的交联，从而改善蛋白质的凝胶特性。Zhao等[5]利用碱处理（pH 11.0）提取类PSE鸡胸肉蛋白，显著改善了凝胶的强度和保水性。Vareltzis等[6]对酸碱处理法提取蓝色贻贝蛋白凝胶的研究表明，凝胶强度和弹性均显著提高。Nurkhoeriyati等[7]研究发现，酸碱处理提取的淘汰蛋鸭蛋白的凝胶品质及持水力均得到了显著改善。

酸碱处理技术对蛋白凝胶特性的改善，其原理主要是基于在酸碱处理过程中蛋白变性、复性中的结构变化。当溶液pH向酸性或碱性方向调节时，溶液中增加的氢离子或氢氧根离子改变了蛋白质分子内部的微环境，蛋白质发生溶解过程中，其分子展开，使得埋藏于蛋白质分子内部的疏水性氨基酸及活性巯基暴露在分子外部。随后，溶液pH调节回近中性，蛋白质分子重新折叠，但其并未恢复到天然状态，而呈现出“熔球态”，由此导致疏水基团暴露增多。表面疏水基团的比增加以及酸碱处理过程中蛋白质巯基氧化形成的二硫键及蛋白质聚集，可促进并增强凝胶网络的形成及强度[8]。

除此之外，研究发现，酸处理和碱处理对凝胶性质影响有显著差异，其主要原因在于不同条件下提取蛋白的成分及结构的差异。Xiong等[9]对酸碱處理提取的鸡肝蛋白电泳图谱的研究发现，酸处理蛋白中相对分子质量较大（250kDa和100～120kDa）的蛋白质发生降解为较小的分子片段，而碱处理则对蛋白成分影响不大。相对分子质量较大的蛋白组分对蛋白质功能特性发挥着重要作用，由此导致酸处理与碱处理后蛋白质功能特性的差异。付庆等[10]研究发现，碱处理回收的鲢鱼蛋白中盐溶性蛋白含量显著高于相应的酸处理组，而盐溶性蛋白在凝胶形成过程中起到了重要贡献。Le-Chang Sun等[11]研究发现，酸碱处理提取的泥鳅蛋白，酸和碱处理过程，碱处理组（pH7.0-pH11.0-pH7.0）中的肌原纤维蛋白分子，其头部呈现“熔球”状态，而尾部的ɑ-螺旋部分解折叠，使得在凝胶形成过程中蛋白质分子能够更加有序、紧密地进行折叠，从而相比于对照组（pH7.0）凝胶特性得到了显著改善;而酸处理组（pH 7.0-pH2.0-pH7.0）肌原纤维蛋白分子的头部和尾部结构均发生了较为严重的水解，从而其凝胶能力显著下降。Panpipat等[12]通过对比酸碱提取的鲷鱼蛋白在凝胶前后分子间交联情况，也发现酸提取蛋白凝胶中有很多肌球蛋白重链分子未参与交联，从而导致凝胶品质不如碱提取蛋白凝胶。Zhao等[13]在关于酸碱处理提取类PSE蛋白的对比研究发现，相比于酸处理，碱处理后的肌浆蛋白疏水基团的适度暴露，呈现更有序的聚集状态，填充在由肌原纤维蛋白交联形成的三维网格中，形成更为紧实、有弹性的凝胶。

2.2 乳化特性 蛋白质的乳化性是其重要的功能特性之一。蛋白质分子自发迁移到油-水界面，形成蛋白质膜，从而使乳浊液的稳定性提高，其对于乳化肠、乳饮料、冰激凌、沙拉酱等食品的品质形成产品稳定性具有重要作用。研究表明，酸碱处理诱导蛋白质分子结构发生改变，从而导致其加工特性与天然蛋白分子有所不同，导致蛋白质的乳化特性的改变[14-15]。Zhao等[16]通过研究碱处理提取的类PSE肉蛋白-大豆油乳化体系，发现碱处理蛋白在乳化体系形成过程中，由于其有效聚集，在油-水界面形成更加牢固致密的界面膜，从而提高了类PSE肉的乳化性能，但同时也发现这种变性作用并非一直有利。体系中，ISP处理后的蛋白质过高（150mg/mL），由于空隙不足而发生聚集而不是交联在的蛋白质乳液体系中。这种过度聚集导致2种影响：（1）蛋白质占据了包括水和油在内的液体空间;（2）由于蛋白质相互作用的疏水位点，乳化能力减弱。如前所述，廣泛的蛋白质-蛋白质相互作用导致蛋白质-水结合减弱，从而为脂肪和其他液体的流失提供了途径。此外，酸碱处理对蛋白质乳化能力的改善在鱼肉、鸡肉中都有证实。Siwen Xue等[17]研究通过乳化层蛋白质的二级结构，解释酸碱处理组间蛋白质乳化性的改性。相比于对照组，酸碱处理组乳化层蛋白的α-螺旋含量显著降低（P<0.05），β-折叠含量显著升高（P<0.05），蛋白质分子中较高的β-折叠含量。说明在乳化层中，蛋白质分子有序排列，分子间交联形成了稳定的油水界面膜，因而乳化液具有较好的乳化稳定性[18]。

3 酸碱处理法的优势及应用

目前，酸碱处理技术已广泛应用于各种海洋生物、低值禽肉及动物副产品等蛋白质的提取利用中如低品质禽肉类（机械去骨鸡肉、黑鸡肉、类PSE肉等），通过酸碱处理技术，对其蛋白质功能性质加以改善。某些动物副产品（心、肝、肾、肺、血液等），本身口感风味不佳，少为人食用，可利用ISP技术将其提取，用于人类食品开发，提高其经济附加价值。

有研究将酸碱处理蛋白作为油炸食品的裹料，可以在保住汁水的同时减少炸物对油脂的吸收;将酸碱处理蛋白用于开发肉类的腌泡汁，向肉制品中添加低于10%的酸碱处理蛋白，可有效提高肉制品的保水性[19-20]。将酸碱处理提取的鳕鱼蛋白用作乳化剂，可以增加食品乳化体系的稳定性[21]。酸碱分离蛋白作为一种具有优质加工特性的原料，与其他成分复配开发健康食品是目前研究的热点。有研究等通过向分离蛋白提取物中添加马铃薯淀粉、二氧化钛、卡拉胶等强化蛋白产品的质构及色泽，使蛋白质品的口感、质地接近于优质肉[22]。向酸碱法提取的鱼肉、鸡肉蛋白中添加ω-多不饱和脂肪酸、膳食纤维等，增加产品的营养价值 [23]。此外，酸碱处理技术为低钠盐肉制品开发提供了新方法，研究发现，酸碱处理蛋白凝胶产品在低钠的盐含量下具有很好的保水性[24]。

4 展望

总体来说，酸碱处理法提取动物蛋白质具有如下优点：蛋白质提取率高;操作简单、成本低、安全环保;可改善提取蛋白的凝胶、乳化等加工特性。它是肉制品加工副产物蛋白回收的一个新途径，具有广泛的应用前景。近年来，酸碱处理技术在肉制品蛋白分离中的应用研究已取得了一定的进展，但其基础理论还有待完善，其产品走向市场仍有一段距离，如风味评定、人体消化利用率、安全评估等还有待进一步研究。

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（責编：张宏民）