脂肪剪切乳化和蛋白基质对肉糜乳化稳定性的重要作用

汪张贵，闫利萍，彭增起 ，周光宏

(1.蚌埠学院食品与生物工程系，安徽蚌埠 233030;

2.南京农业大学食品科技学院，江苏南京 210095)

脂肪剪切乳化和蛋白基质对肉糜乳化稳定性的重要作用

汪张贵1，闫利萍1，彭增起2，*，周光宏2

(1.蚌埠学院食品与生物工程系，安徽蚌埠 233030;

2.南京农业大学食品科技学院，江苏南京 210095)

完全粉碎肉制品由肌肉蛋白质、脂肪颗粒、水、盐和碳水化合物等物质组成。在肉糜生产过程中，脂肪被剪切成形状和大小不同的固态脂肪颗粒或液态脂肪滴，如何防止脂肪和水分从产品中分离成为挑战。在过去几十年里，涌现出两种学说用于解释肉糊乳化稳定性:水包油型乳化学说和蛋白基质物理镶嵌固定学说，前者强调脂肪球周围形成界面蛋白膜作用，后者强调蛋白基质对脂肪的固定作用。本文讨论了支持这两个研究方向的成果，并在此基础上提出几点建议。

肌肉，蛋白质，脂肪，乳化

糜类肉制品口感鲜嫩，清淡爽口，蛋白质含量丰富，深受国内外广大消费者钟爱。它主要是由肌肉组织(瘦肉)、脂肪组织(肥膘)、非肉蛋白、食盐和水等成分依次经过斩拌、灌装、巴氏杀菌和冷却等工艺生产而成的。一般来说，大多数糜类肉制品含有20%～35%脂肪，这些脂肪通常被10%～15%蛋白质固定在肉制品中。前人［1－7］研究表明，脂肪在糜类肉制品中具有乳化稳定肉糜、改善产品硬度、多汁性、风味以及出油(水)等多种功能。因而，糜类肉制品生产的关键技术在于如何结合脂肪和水。然而，工业生产中糜类肉制品常常出现出水、出油和质构差等问题，这些往往与肉糜乳化稳定性密切相关。目前关于糜类肉制品乳化稳定性机制主要存在两种学说:水包油型乳化学说［9－12］和蛋白基质物理镶嵌固定学说［13－19］。前者认为完全粉碎的肉糜中存在水包油型乳化体系，脂肪球周围表面包裹着一层蛋白膜，从而阻止脂肪球发生凝聚，但它忽视(或片面降低)了其它不溶性蛋白在肉糜中所起的作用，且理想化认为乳化肉糜中脂肪球直径大小在0.1～50μm。后者则强调蛋白质基质对肉糜中脂肪球物理镶嵌固定作用，它也忽视(或片面降低)了蛋白膜存在及作用，且要求脂肪细胞完整。究竟哪种机制对维持肉糜乳化稳定性更重要尚未达成共识。此外，粘稠、流动的生肉糜煮制成富有弹性的、不流动的乳化凝胶制品，其变化机理尤为复杂。

1 肉糜制备过程中的物理化学变化

表1 肉糜制备过程中的物理化学变化

在肉糜生产过程中，质地比较软的脂肪组织剪切破碎释放出脂肪滴，而质地比较硬的脂肪组织被剪切成大小和形状不同的脂肪颗粒。此外，还有高速剪切斩拌或摩擦产生了大量热量，刀片产生瞬间的高温使周围的脂肪熔化成液态脂肪滴。这些形状大小不同的脂肪颗粒或脂肪滴周围表面包裹着一层蛋白膜，分布在蛋白基质中。一般说来，脂肪组织剪切地愈细，游离出来的脂肪滴愈多，脂肪颗粒直径越小。剪切时间不充分，脂肪颗粒直径太大(φ＞50μm)，达不到乳化要求;剪切时间过长，脂肪颗粒很小或脂肪细胞被破坏，脂肪颗粒总表面积增大，使得蛋白质不足以包围所有脂肪颗粒，加热时脂肪就会析出。因而，脂肪必须剪切成适当大小的脂肪颗粒或脂肪滴，才能形成乳化性能良好的肉糜。

肉糜在随后煮制过程中也发生很多变化［20］:首先脂肪受热开始熔化(约30℃)，随着温度升高，肌球蛋白开始发生变性(肌球蛋白变性温度45℃)并逐步形成由弱到强的蛋白凝胶，持水力下降;当加热温度上升到55～60℃时，形成更加僵硬的蛋白质基质，通过流变特性扫描观测到系统中G'在52～55℃内明显增加，此时脂肪仍处于熔化状态，并且不断向周围蛋白基质扩散;随着加热温度进一步升高(60℃以后)，胶原蛋白受热熔化形成明胶。但是，过多胶原蛋白扩散到凝胶中会使肉糜稳定性下降，甚至出现分离现象。

2 肉糜乳化稳定性机制

迄今为止，肌肉蛋白与脂肪剪切乳化机理研究一直未能突破，目前关于肉糜乳化稳定机制主要存在水包油型和蛋白基质物理镶嵌固定两种学说。

2.1 水包油型乳化学说(Oil－in－water theory)

Hansen［10］用电镜首次观察到肉糜中脂肪颗粒(或油滴)表面包裹着一层蛋白膜，又称界面蛋白膜(interfacial protein film，IPF)，这一现象后来得到不少学者认可和支持。Borchert等［8］研究发现，煮制后肉糜中也存在IPF，有的IPF表面上存在小洞或孔隙;Schut［21］研究发现，在不含复配胶的肉糜中，盐溶性蛋白优先吸附在脂肪－水界面上，受热时包围脂肪球的蛋白膜容易破裂，出现大量孔和裂口，脂肪容易游离出来，而在低脂肉制品中添加复配胶时，优先吸附在脂肪－水表面的也是盐溶性蛋白的部分链段;Jones和Mandigo［12］进一步研究发现，煮制后肉糜中IPF表面存在小洞，且小洞附近有大脂肪颗粒和一些小脂肪滴，他们认为这些小洞或孔隙可能是脂肪滴从IPF表面裂缝流失而留下的痕迹，当肉糜流失太多脂肪时，IPF表面会出现较大裂缝或洞;当无脂肪流失时，可以看到形状规则的脂肪球。

于是，不少学者［9－12］在此基础上较为系统地提出了维持肉糜乳化稳定性的水包油型乳化学说。该学说认为:肌肉蛋白“乳状液”属于水包油型乳状液，在脂肪球周围表面包裹着一层比较厚的蛋白膜，能够有效地防止脂肪球凝聚。在这系统中，分散相是由大小不一的脂肪滴和形状和大小不同的固态脂肪颗粒构成，连续相是由含有盐和溶解的、胶化的、悬浮的蛋白质水溶液构成。Jones［9］研究指出蛋白膜早期在油－水界面上形成，即相对完整自由蛋白质分子首先在脂肪球或颗粒周围形成表层蛋白，其它蛋白质通过疏水作用力、共价键和氢键等化学作用与表层蛋白结合在界面处形成蛋白膜。

肌球蛋白是构成界面蛋白膜的主要蛋白质，被认为是水包油系统良好的乳化剂。Borejdo［22］研究认为肌球蛋白分子有亲水基和疏水基部分，且重酶解蛋白为疏水性。在肉糜模型系统中，Jones［9］研究发现，在油－水界面形成蛋白膜早期，游离肌球蛋白分子以相对完整的表面单体形式先在油水界面上形成单分子层，重链朝向油相，轻链朝向水相，而其它蛋白质分子主要通过疏水力作用、共价键和氢键等形式实现蛋白质－蛋白质相互作用，随着其它肌原纤维蛋白沉积逐渐变厚，最终形成一个半刚性的膜;后来他进一步对商业肉糜产品中IPF含量和水相中的蛋白质种类做电泳实验，研究发现肌球蛋白是构成肉糜中IPF的主要蛋白质，而且，如果肉糜中没有提取出足够多肌球蛋白就会出现脂肪分离现象;Galluzzo和Regenstein［23］也研究表明，悬浮在盐溶液中的肌球蛋白能够有更强表面活性，比肌动蛋白和肌动球蛋白可以更好地在界面上形成蛋白膜。图1显示了可溶的肌原纤维蛋白(主要是肌球蛋白)分子在乳化过程中会部分展开，同少量肌浆蛋白一起吸附在脂肪球表面，在脂肪球周围形成一个半刚性的膜或被膜，降低水、油间界面张力，即降低自由能［24］。

图1 肌球蛋白与脂肪乳化作用示意图［24］

然而，不少学者［25－27］研究发现，向糜类肉制品中添加人工合成乳化剂后，肉糜乳化体系崩溃，而不是增加肉糜乳化稳定性，这些现象使水包油型乳化学说受到很大挑战，人们开始转向主张强调蛋白质基质保持产品中脂肪物理固定学说。但是，这并不能完全击败水包油型乳化学说。Jost等［28］向含有乳清蛋白的肉糜体系中添加卵磷脂乳化剂，研究发现生肉糜中构成蛋白膜中蛋白质未被更换，且这种蛋白膜未消失，但在煮制过程中(脂肪熔化且基质蛋白质尚未完全变性)，肉糜稳定性出现下降;再者，根据经典乳化液概念，油滴(或分散相颗粒)直径应小于50μm，而实际生产中，糜类肉制品中不少脂肪微粒大小超过50μm，有的甚至达到200μm。因此，不能简单认为商业肉糜及其制品是经典乳状液类型。

2.2 蛋白基质物理镶嵌固定学说(physical entrapment theory)

蛋白基质物理镶嵌固定学说［13－19］认为:肉在斩拌过程中，肌肉组织经剪切萃取出的蛋白质、纤维碎片、肌原纤维及胶原纤丝间发生相互作用，形成一种高度粘稠的体系，而破碎的脂肪颗粒或脂肪滴被这些蛋白基质物理镶嵌包埋固定，得到相对稳定的乳状液。在加热煮制过程中，位于脂肪球界面上的蛋白质及粘性的基质蛋白质会结合成为一种半刚性的凝胶网状结构，大大限制了脂肪球的移动。

Hermanssen 等［19］研究发现，煮制前肉糜能够形成一个有序结构;Barbut等［20］观察发现生肉糜中存在海绵体状基质和蛋白质丝状相连构成有序三维空间结构，而且部分可以流动;肉糜在煮制过程中，肌原纤维蛋白聚集形成凝胶，能够物理镶嵌固定脂肪［14，17］;Gordon 和 Barbut［16，18］研究发现，煮制后的肉糜中脂肪球通过与蛋白质相连被物理固定;Theno和Schm idt［13］也研究指出，法兰克福香肠中也存在脂肪球与蛋白质基质物理性结合固定现象。

物理镶嵌固定学说虽然能够很好地解释肉的乳化机理，但它没有考虑脂肪球表面性质，即认为包围在脂肪球周围的IPF作用很小。Hermansson等［19］认为IPF可能是整个蛋白网络结构的一部分，物理性连接可能是IPF与基质蛋白之间的相互作用;Gordon和Barbut［27］也研究认为脂肪稳定性是由脂肪周围表面IPF和粘性蛋白基质的物理约束和结合共同作用的结果。但是，近些年来，也有少数学者［9，20，27］认为肉糜稳定性是由蛋白膜和基质物理镶嵌固定共同作用的结果。当然，脂肪的物理特性、粉碎方式、粉碎程度、最终斩拌温度和加热时间等因素也会影响肌肉蛋白物理镶嵌固定作用。

3 展望

我国肉类加工技术和水平还比较低，相关基础研究相对不足，如肌肉蛋白乳化机理和肉糜乳化稳定性，特别是肌肉蛋白和脂肪剪切乳化机理研究尚属空白;糜类肉制品出水、出油现象比较严重，经济损失巨大。为减少生产成本，满足消费者对低脂、低盐肉制品的需求，建议今后研究从以下方面着手:

3.1 探明肌肉蛋白与脂肪剪切乳化机理

目前研究发现，肉糜中脂肪微粒表面包裹着一层蛋白膜，蛋白基质对脂肪微粒稳定也具有一定的物理固定作用。但究竟是蛋白膜包裹还是蛋白基质物理固定在维持糜类肉制品稳定性方面起最重要作用还需要继续深入探讨。此外，脂肪被剪切成形态和大小不同的固态脂肪颗粒和液态脂肪滴，这些存在形式、形态和大小不同的脂肪微粒对糜类肉制品稳定性和品质特性贡献大小可能不同，还需要进一步深入探讨。

3.2 建立肉糜乳化稳定性的新的评价方法

目前评价蛋白质乳化性常用浊度法、离心法和电导率法，应用这些方法通常要求乳状液均匀透明。因而，采用浊度法、离心法或电导率法来评价粘稠、不透明的肉糜乳化性质可能存在不足或局限性。再者，这些评价方法不能在线即时预测肉糜乳化稳定性，即不能用来指导实际生产，表现出很大的生产滞后性。因此，需要探讨和建立一种新的评价肉糜乳化稳定性的方法，用于指导生产。

3.3 建立生产工艺调控技术，适应我国肉类工业发展需要

我国肉类加工技术和水平比较低，相关基础研究相对不足，尤其是低温凝胶类肉制品加工技术主要来源于西方国家，产品出水、出油等质量问题比较严重。应该结合我国肉制品中尚未解决的问题，如斩拌速度、温度和时间等斩拌工艺条件和参数对凝胶类肉制品品质的影响进行有针对性的研究，建立相应的控制技术，运用于肉品加工业生产。

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Importance of shearing fat emulsification and protein matrix in meat batter stability

WANG Zhang－gui1，YAN Li－ping1，PENG Zeng－qi2，*，ZHOU Guang－hong2

(1.Department of Food and Bioengineering，Bengbu College，Bengbu 233030，China;
2.College of Food Science and Technology，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China)

Finely comminuted meat products were a mixture of proteins，fat particles，water，salt and carbohyd rates，and so on.During the process of preparing meat batter，fat was chopped into solid particles and/or liquid fat droplets of different shapes and sizes.Nowadays，the challenge is how to minimize and/or prevent fat and moisture separation from the product.There were two alternative theories for meat batter stabilization:the oil－in－water emulsion theory，which was based on the formation of aninterfacial protein film(IPF)around fat globules，and the physical entrapment theory，which centered on the entrapment of the fat within the protein matrix.The exact mechanism by which finely comminuted meat batters stabilized was stilluncertain.Arguments presented to support both research thrusts were discussed.Based on this，several pieces of suggestions were also put forward.

muscle;protein;fat;emulsify

TS251.1

A

1002－0306(2011)08－0466－04

2010－07－29 *通讯联系人

汪张贵(1978－)，男，讲师，博士，研究方向:畜产品加工与质量控制。