亲水胶体在鱼糜制品中的应用研究进展

米红波,苏 情,王 聪,仪淑敏,徐永霞,励建荣,*,黄建联,丁浩宸,王 琪,谢 晶

(1.渤海大学食品科学与工程学院,辽宁省食品安全重点实验室, 生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心,辽宁锦州 121013; 2.福建安井食品股份有限公司,福建厦门 361022; 3.上海海洋大学食品学院,上海 200090)

鱼糜制品是鱼肉绞碎后经斩拌、擂溃而成为黏稠且富有黏性的鱼肉浆,再加入辅料做成一定形状后进行水煮、油炸、焙烤烘干等加热或干燥处理而制成的食品。近年来,市场上出现了许多新型的鱼糜制品,如鱼肉香肠、模拟蟹肉、模拟虾肉、模拟贝柱、鱼糕、竹轮等[1]。鱼糜制品具有高蛋白、低胆固醇、低脂肪、低盐、低热量等营养特点,且味道鲜美,也能够满足老年、儿童等特殊人群的消费需求[2-4]。鱼糜制品因其特有的品质,在世界各国热度不减[5]。鱼糜凝胶特性是反映鱼糜品质的主要因素之一,其中凝胶强度是决定鱼糜制品质量优劣的关键,直接影响鱼糜制品的质构特性、保水性及产品得率等[6]。

亲水胶体是从植物中提取或化学合成的能溶于水中,并在一定条件下充分化水形成黏稠、滑腻或胶冻溶液的大分子物质,俗称“胶”,其可用作增稠剂,乳化剂,也可作为脂肪代替物存在于食物中[7-9]。亲水胶体能够改善食品品质,在改善口感的同时,又能够提高营养价值[10-11]。

随着生活水平的提高和消费理念的更新,人们对鱼糜制品的品质要求也不断提升,这是我国鱼糜制品产业快速发展的主要原因。天然的鱼糜制品存在凝胶强度低、口感较差等缺点。在生产过程中,可以加入一些外源添加物或优化加工工艺,以提高其凝胶性能[12]。而亲水胶体作为“改良剂”被广泛用于鱼糜制品中,不仅可以改善鱼糜制品的凝胶强度、持水性等品质,还能提高鱼糜制品的营养价值[13-14]。亲水胶体可取代肉糜中的脂肪,在降低反式脂肪酸的危害的同时,还能保证产品的口感和营养[15]。亲水胶体种类不同,其对鱼糜凝胶强度影响不同。因此,明确亲水胶体的功能特性及其改善鱼糜凝胶强度的作用机制,对加入鱼糜制品中亲水胶体种类及用量的选择至关重要。

本文综述了鱼糜凝胶的形成机理,亲水胶体的种类、功能特性及其在鱼糜制品中的应用研究现状,包括单一胶体添加到鱼糜制品中的作用效果和多种亲水胶体复配后作用效果的对比,为以后鱼糜制品的研究与发展提供借鉴和参考。

1 鱼糜制品及其凝胶形成机理

1.1 鱼糜制品概述

鱼糜是指将鱼体经过采肉、漂洗、脱水,再精滤而制得的肌肉蛋白浓缩物。鱼糜制品根据原料鱼的肉质可分为三类:海水白肉鱼糜制品、淡水白肉鱼糜制品和红肉鱼糜制品[16]。

我国鱼糜制品发展虽然落后于日本等渔业发达国家,但近年来,我国学者不断创新并取得了重大的研究与应用成果。在新产品研制方面,苟曌空等[17]在鱼糜制品中添加燕麦、小米等具有高营养价值的谷物粗粮,既提高鱼糜制品的营养价值,又使其具有独特的风味和口感,具有很好的发展前景。在拓展市场方面,2017年初,广东汕头的一批冷冻鱼糜制品成功登陆比利时市场。2017年5月,我国鱼糜制品首次出口韩国。目前我国自贸伙伴遍及亚洲、拉美、大洋洲和欧洲等地区,未来还将不断扩容。虽然国内冷冻制品起步晚,但发展快,从传统的鱼丸、饺子,到现在多样化的速冻糕点、披萨等,行业品类创新一直在持续进行。因此,未来更需要在品类扩展和产品升级上不断创新。

1.2 鱼糜凝胶形成机理

在结构上看,凝胶是一种介于固体和液体之间的中间形式,它通过线状或链状的交联,产生一个连续网状结构。鱼糜凝胶主要是指蛋白质凝胶,蛋白质形成凝胶的机理是,通过物理或化学手段使肌原纤维蛋白的非共价键解离,引起其构象改变,以形成肌球蛋白和肌丝,使反应基团暴露出来,特别是肌球蛋白中疏水基团的暴露,有利于蛋白质间的相互作用,随后蛋白质基团受热变性展开,并因聚合作用而形成较大分子凝胶体[18-20]。肌原纤维蛋白凝胶的形成,是依靠变性蛋白分子之间相互排斥和吸引等作用力的平衡。鱼糜凝胶根据凝胶方式大致可分为:加热后冷却形成的凝胶、加热条件下其与金属盐络合物形成的凝胶、不加热而经部分水解或pH调整形成的凝胶[21]。Chan[22]等认为,在加热过程中,首先是肌球蛋白分子中的S-2区相互联结,随后是肌球蛋白尾部聚合形成沉淀(图1)。不仅肌球蛋白在鱼糜的凝胶过程中起着关键作用,二硫键、肌球蛋白与白蛋白、肌球蛋白与纤维蛋白原及其它蛋白的连接也影响鱼糜凝胶的形成。

图1 鱼肌球蛋白热凝胶示意图[22]Fig.1 Schematic diagram of thermal gel of fish myosin[22]注:HMM(heavymeromyosin)重酶解肌球蛋白;LMM(light meromyosin)轻酶解肌球蛋白; S-1区为肌球蛋白头部;S-2区为肌球蛋白尾部与头部相连的一部分。

持水性是反映鱼糜凝胶对其中水分的保持能力,持水性越高,鱼糜凝胶内部水分越不易外渗。李睿智[23]等采用两段式加热,对白鲢鱼鱼糜进行凝胶化,在第一段加热中,鱼糜凝胶对水的束缚力逐渐增大,持水力增加,说明鱼糜凝胶三维网络结构逐渐形成;第二段加热后,持水性、凝胶性继续增加,说明凝胶三维网络结构更加完善。刘海梅[24]证明,鲢鱼鱼糜凝胶形成是盐溶性蛋白逐渐转化成不溶性蛋白的过程,这是由于转谷氨酰胺酶催化肌球蛋白重链交联,形成了更高分子质量蛋白质聚合物。当肌动蛋白转化成肌球蛋白时,鱼糜凝胶强度会提高。简而言之,鱼糜凝胶机理实质就是鱼糜蛋白质多肽链展开成为变性蛋白质,又重新聚合成大分子胶体[25]。

2 亲水胶体及其功能特性

2.1 亲水胶体概念和种类

2.1.1 亲水胶体概念 亲水胶体通常是指一类可溶解于水中,并在一定条件下充分水化形成黏稠、滑腻或胶冻液的大分子物质,其化学组成通常为多糖或蛋白质[26]。亲水胶体可以赋予水溶液和其他悬浮液很高的黏性或形成凝胶。

2.1.2 亲水胶体种类 亲水胶体可按照来源、离子性质和化学结构进行分类,具体见表1。

表1 亲水胶体分类Table 1 The classification of hydrocolloids

2.2 亲水胶体的功能特性

亲水胶体是高分子量长链亲水聚合物,可在水中分散和膨胀。亲水胶体在食物中天然存在,但常因其特殊功能需求而添加到加工食品中。亲水胶体在加工食品中的主要功能为:凝胶、增稠、稳定、成膜、促进黏性、代替脂肪、增加食品中的可溶膳食纤维含量等。

2.2.1 凝胶性 亲水胶体可有效提高食品的凝胶性。例如,黄原胶带负电荷,分子之间会产生相互排斥,使分子链舒展,易与淀粉糊中的直链淀粉相互作用形成氢键[26]。因此,亲水胶体对淀粉凝胶性、流变性、老化性等均有影响[27]。亲水胶体复配作用时可弥补单一胶体的不足。卡拉胶是从红藻中提取的阴性线性多糖,其形成的凝胶强而脆,具有收缩脱水性,但可与刺槐豆胶、魔芋胶复配互补,以卡拉胶为基础胶体,魔芋胶和刺槐豆胶可协同增效,以提高其持水性,其中刺槐豆胶在提高其凝聚性方面起到主要作用[28]。

2.2.2 增稠性 大多数亲水胶体为线性结构,分子间摩擦碰撞率高,以消耗能量,其在低浓度下也具有较高黏度。目前,已报道的亲水胶体中瓜尔胶和魔芋胶黏度最大,常用作增稠剂[29]。俞兰秀[30]得出,将结冷胶、低酰基结冷胶、卡拉胶、果胶、琼脂和明胶加入牛奶布丁中,其对应的最佳添加量分别为0.2%、0.1%、0.2%、0.7%、0.3%、1.1%,可使牛奶布丁弹性、硬度、胶着性和咀嚼性最好。亲水胶体的增稠性也是亲水胶体之所以能应用到废水处理的主要原因[31]。

2.2.3 稳定性 亲水胶体适当地添加到食品中,可以实现较好的流变学特性和结构属性。近年来亲水胶体对饮料稳定性研究十分热门,赵光远等[32]报道,含有0.07%海藻酸钠、0.10%黄原胶、0.05%羧甲基纤维素钠的浑浊石榴汁可保持良好的稳定状态,程媛[33]等报道,在含有20%的中性甜玉米饮料中加入0.03%黄原胶、0.01%海藻酸钠、0.06%魔芋胶,可使饮料稳定性显著提高。

2.2.4 其他功能特性 亲水胶体的其他功能在食品中的应用也十分广泛。亲水胶体能够提高淀粉糊化特性参数,延迟淀粉糊化过程[34],具体机制为有不同电荷、链长及分子量的胶体分子与不同的淀粉分子之间能够以不同的方式键合(如氢键等)。在肉制品中,可用于取代肉糜中的脂肪[35]。例如,以2.0%大豆分离蛋白、2.0%魔芋精粉、0.4%黄原胶、0.3%卡拉胶的比例添加到肉糜中,既可使肉糜拥有滑润丰厚的口感,又改善了肉糜的质构性[9]。亲水胶体还可用于改善肉糜的流变性,持水性,凝胶特性等,汪学荣[36]等人研究表明,当复合亲水胶体的配方为大豆分离蛋白2.5%、魔芋精粉1.0%、黄原胶0.2%、卡拉胶0.5%时,肉糜综合性质较佳。

3 亲水胶体在鱼糜制品中的应用

3.1 亲水胶体对鱼糜制品凝胶特性的作用机理

鱼糜凝胶化是鱼肉蛋白质分子间进行交联反应,形成网状结构,提高其弹性和保水性的过程。亲水胶体是鱼糜制品生产中最为常用的辅料之一。在鱼糜制品中加入亲水胶体,既可以降低成本,又能改变鱼糜的凝胶特性[37]。在斩拌过程中,亲水胶体微粒能够与鱼糜中的盐溶性蛋白以及不溶性蛋白质微粒充分混合;在加热过程中,蛋白质分子和胶体分子在水的作用下充分展开,蛋白质与蛋白质、蛋白质与多糖、多糖与多糖之间发生相互作用,形成致密而稳定的三维网状结构,提高鱼糜的凝胶强度和持水性能[38]。

图2 亲水胶体对鱼糜凝胶网络的影响机制[38]Fig.2 The influence mechanism of hydrocolloids on surimi gel network[38]

胶体微粒能够减少鱼糜凝胶中的水通道,从而提高其凝胶强度,因此,食品级亲水胶体颗粒在改善粉碎肉制品的纹理性质方面具有重要意义[39]。例如,可得然胶可增强鱼糜中肌球蛋白内部氢键作用,使蛋白凝胶形成密实的三维网状结构,降低肌球蛋白凝胶中不同组分水的流动性,降低不易流动水向自由水的转化量,从而使蛋白凝胶冻融稳定性和持水率得到提高,提高其凝胶强度[13]。

3.2 亲水胶体在鱼糜制品中的应用

3.2.1 单一亲水胶体在鱼糜制品中的应用 聚阴离子亲水胶体通过静电相互作用与阳离子反离子结合。根据多糖阴离子的类型和阳离子的特性,反离子或沿着水化层结合,或分布在水化层的外部,因此,不同鱼糜中的阳离子与不同阴离子胶体物质的亲和力不同[40]。胶体间的协同作用是指聚合物-聚合物的相互作用使其溶液的黏度增加,甚至可形成凝胶,其协同作用程度取决于亲水胶体的化学组成和结构[41]。亲水胶体可改善鱼糜制品凝胶性、流变性、持水性等品质,其作用方式与胶体种类密切相关。例如,添加可得然胶、罗望子胶、魔芋胶、卡拉胶、琼胶和CMC的竹夹鱼鱼糜都能形成均匀、致密的三维网状结构,使鱼糜具有较好的凝胶强度、持水力,并可提高其白度;但海藻酸钠和瓜尔胶对鱼糜凝胶特性和持水性均无影响[42]。卡拉胶和琼胶能够提高大头狗母鱼鱼糜凝胶的破断强度,而黄原胶显著降低鱼糜凝胶的破断强度,海藻酸钠和魔芋胶对其破断强度有轻微的降低效应;这些胶体均降低大头狗母鱼鱼糜凝胶的凹陷度[43]。

3.2.2 复配亲水胶体在鱼糜制品中的应用 亲水胶体种类繁多,单独胶体时对鱼糜制品品质的作用效应单一,因此近年来食品科学工作者着重研发了亲水胶体复配使用方式[44-45],以求满足人们对鱼糜制品的各种需求。黄原胶和刺槐豆胶、瓜尔豆胶、卡拉胶及魔芋胶等均可互溶,混溶使用比单一使用时胶黏度显著提高。王艳霞等[41]研究发现,添加淀粉、瓜尔豆胶、蛋清蛋白、大豆蛋白复合物可在一定程度上抑制带鱼鱼糜制品中肌球蛋白重链降解,但其在金线鱼鱼糜凝胶结构中易形成胶体块状,导致其凝胶强度下降。Binsi[46]等报道,阿拉伯胶、黄蓍胶和瓜尔胶有协同作用,可提高鱼糜的热稳定性;黄原胶、黄蓍胶和阿拉伯胶协同,可提高鱼糜的硬度和凝胶强度。

亲水胶体也可与其它类型辅料进行复配。资料显示[47],马铃薯淀粉、卵清蛋白、黄原胶(质量比为1∶2.31∶0.51)添加到鱼糜制品中,可协同增效提高鱼糜制品品质,其制得的鱼丸色白且光滑,保水性和凝胶强度较佳,蛋白质含量也得到补充。蛋白质和亲水胶体相互作用对食品的结构起重要作用。将黄原胶、刺槐豆胶和钙离子同时加入鱼糜制品中,既可抑制刺槐豆胶对鱼糜制品剪切力的负面效应,又阻碍了黄原胶对鱼糜凝胶能力的破坏作用,使鱼糜机械性能增加[48]。

4 展望

随着渔业的不断发展,鱼糜制品产业必将风靡全球。这不仅要求研究者不断创新,还应该在已知领域上更加深入研究。目前,国内外针对鱼糜制品中添加单一或复配亲水胶体的研究较多且深入,而亲水胶体与淀粉或脂肪酸等其他物质复合对鱼糜凝胶特性的影响却鲜有报道;同时,亲水胶体在鱼糜制品中的应用研究主要在改善鱼糜的凝胶性、持水性等品质方面,而对如何防止鱼糜制品营养流失或补充营养物质方面的研究报道较少。因此,将不同种类的亲水胶体与淀粉或脂肪酸等其他外源添加物复合,不仅改善了鱼糜制品的凝胶品质,还强化了鱼糜制品中的营养元素,这将是今后的重点研究方向。