多糖替代动物脂肪与肌原纤维蛋白相互作用的研究现状

周凤超，陈伟娇，辜银环，廖薇，刘雅玲

(莆田学院 环境与生物工程学院，福建 莆田，351100)

肌原纤维蛋白(myofibrillar protein，MP)是肌肉中肌原纤维的主要蛋白质(占肌肉总蛋白50%～55%)，其功能特性对肉制品品质有重要的影响[1]。在肉类加工尤其是肉糜类制品(如香肠、乳化肠、火腿肠等)的加工中，脂肪类物质的存在能够减少烹饪损失并提供适当的风味物质，从而赋予产品良好的品质及感官特性，在提高产品风味、多汁性及嫩度等方面发挥着重要的作用[2-3]。肉糜类制品中的脂肪可以与肌原纤维蛋白相互作用形成乳化液滴，以共聚物或填充物的形式被束缚在蛋白质三维网状凝胶结构中，减小乳化肉糜类凝胶的空隙率[4]。传统肉糜类制品通常含有15%～30%的富含胆固醇和饱和脂肪酸的动物脂肪。然而，动物脂肪摄入过多会导致高血压、肥胖症以及心血管疾病的发病率上升[2，5]。许多消费者对摄入过多动物脂肪的担心影响了传统肉制品的消费量，使其市场份额下降，尤其是脂肪含量接近30%的乳化肠[6-7]。因此，为了减少此类肉制品中动物脂肪含量，同时保持产品的总体可接受性，使用脂肪替代品是相对经济和有效的方法。

多糖类物质具有营养功能、价格低廉且有良好的加工特性，被认为是脂肪替代品的首选添加剂，能够提高低脂肉类产品的质量和总体可接受性，改善产品的结构特性和平衡膳食营养[8-10]。目前，多糖作为脂肪替代物已被广泛应用于低脂肉制品配方中，使产品蒸煮损失率减少、保水性增强、质构性能改善、冷冻稳定性提高以及成本降低[11-13]。根据多糖的水化特性，低脂肉制品中添加的多糖类物质主要分为三大类：淀粉、食用胶及不溶性膳食纤维[14]。各种多糖来自于不同的植物物种和植物部位，具有多种物理和化学特性。在肉糜类制品中，淀粉和食用胶的填充或填料效应以及不溶性膳食纤维的水分稳定作用都可以改善产品的凝胶特性并赋予产品良好的品质[12，14-16]。本文综述了三类多糖作为脂肪替代物与MP相互作用的机理以及多糖类添加物在肉制品中的应用，为MP的研究和开发以及多糖类添加物能够更好应用于肉制品加工提供依据和参考。

1 肌原纤维蛋白及其功能特性

MP是肌肉中重要的功能性结构蛋白群，主要由肌动蛋白、肌球蛋白、肌动球蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白组成。这些蛋白质在一定离子浓度的盐溶液中具有很高的溶解性，因此又称为盐溶性蛋白，影响着肉的嫩度和保水性，同时也影响着肉制品的黏弹性、持水性和质构特性[17-18]。在MP的多种功能特性中，乳化和凝胶特性对肉制品品质具有很大的影响。

肉糜类制品加工对原料肉进行绞碎和斩拌时，MP从肌肉中溶出，在保持一定黏度的同时将脂肪球包裹于蛋白网络结构中，形成稳定的乳化物。在这一混合体系中，细小的脂肪球为分散相，蛋白质盐溶液为连续相，形成了水包油型(O/W)的乳化体系。由于MP分子中氨基酸残基的极性和非极性基团共同存在，它们通过亲水和疏水的特性将水和油连接，降低了两相的表面张力，具有一定的乳化作用，因此在该系统中MP充当乳化剂，它与脂肪的乳化结合是保证肉糜稳定的重要因素[19]。

MP在加热条件下具有很强的凝胶能力，蛋白浓度为0.5%时就可形成网状的凝胶结构。肉糜类制品中，MP形成的凝胶网络结构对产品的质构、持水性和持油性具有重要的影响[20]。在形成凝胶过程中，蛋白质分子的展开和聚集的相对速度影响着凝胶的空间结构及理化特性，展开速度快于聚集速度，则蛋白分子充分伸展，基团之间相互作用形成致密有序的半透明凝胶，当展开速度低于聚集速度，形成粗糙、无序、不透明的凝胶[21-22]。

2 多糖及其特性

多糖是一类天然高分子聚合物，包括淀粉、纤维素、果胶、植物胶以及微生物多糖等，普遍存在于众多食品原料中。由于构成各种多糖高聚物的单糖种类、单糖间的化学键、分子排列方式、聚合度、以及取代基团等的不同，导致不同的多糖在性质上既有共性又有各自的特性，包括溶解性、黏度、凝胶性、耐热性以及对电解质和其他物质的兼容性等，因此，也能够对食品的特性产生多种影响[23]。

多糖作为食品添加剂，具有增稠、填充、保水和黏合等作用，可与蛋白质形成组织结构良好的复合物，因此是肉制品中的主要添加组分之一，能够使肉制品保持良好的乳化、持水、凝胶和质构特性。多糖作为稳定剂能够促使包裹油滴的蛋白质层厚度增加，因此在乳化液中蛋白质与多糖的相互作用能够抑制油滴的聚集，提高乳化液的乳化能力[24]。多糖还可以使蛋白质在形成凝胶过程中的聚集方式发生改变，并能调节蛋白凝胶的网络结构，从而改变凝胶的质构特性[25]。

3 多糖与肌原纤维蛋白的相互作用

通常认为，多糖与蛋白质之间的相互作用是基于两种生物大分子上不同的片段、侧链和基团之间形成的静电相互作用、疏水相互作用、共价键和氢键等各种化学作用力及分子间相互缠绕的结果。

3.1 淀粉与肌原纤维蛋白的相互作用

淀粉是肉制品中使用最广泛的添加剂之一，主要是由于淀粉具有很高的膨胀和持水能力，可增强肉制品的凝胶强度、减少肉的用量，同时还能提高肉制品的稳定性[26]。对一定浓度的淀粉水溶液进行加热时，会破坏淀粉颗粒的晶体结构，使直链淀粉和支链淀粉分子中的羟基暴露出来，与水分子通过氢键相互作用，从而提高了淀粉的膨润能力和溶解度[27]。淀粉可以通过改善MP乳化液的乳化活性而改变淀粉-蛋白复合物的流变学特性，进而改善复合物的凝胶特性[15，28]。目前普遍认为，淀粉与MP相互作用是基于热诱导过程中淀粉颗粒通过吸水膨胀填充于MP三维网络凝胶结构形成复合凝胶，从而使复合凝胶的凝胶特性得到加强和改善[29]，进一步深入研究淀粉的功能特性对复合凝胶特性的影响以及复合凝胶内部的化学作用力及水分分布状态，从而得到淀粉与肌原纤维蛋白的相互作用机理。

周凤超等[15，28]研究了原料马铃薯淀粉、不同浓度次氯酸钠(活性氯浓度分别为0.2%和2.0%每100 g淀粉)氧化处理以及湿热和压热处理的改性马铃薯淀粉对MP乳化及凝胶特性的影响，在相同处理条件下(乳化液均质：10 000 r/min，1 min；热诱导凝胶：水浴70、75、80 ℃，20 min)0.2%氧化剂处理的马铃薯淀粉(0.2%OTPS)相比于原料和其他改性马铃薯淀粉能够显著提高和增强MP的乳化活性和凝胶特性，0.2%OTPS-MP复合凝胶内部的主要分子作用力为氢键和疏水相互作用，低场核磁结果显示0.2%OTPS与MP具有更快的相互结合速度和更稳固的相互作用，能够有效提高复合凝胶的持水性，并使复合凝胶内部的水分分布更加稳定；由于氧化处理在淀粉分子中形成了带负电荷的羧基，促使吸附在油滴表面及油滴间的氧化淀粉颗粒形成了更大的静电排斥和空间位阻作用，从而使乳化液平均粒径降低，进一步稳定了乳化体系，同时羧基基团也可以与水分子结合形成氢键，从而稳固复合凝胶。WU等[30]在MP浓度2%的蛋白溶胶中加入质量分数2%的不同植物(马铃薯、木薯、大米和玉米)淀粉制备复合凝胶，提出淀粉对MP凝胶的增强作用与淀粉的糊化温度和糊化后的弹性具有直接相关性，淀粉在加热过程中的吸水膨胀作用对蛋白凝胶网络造成压力，使蛋白质凝胶网络变得更加紧凑和牢固，其中马铃薯淀粉和木薯淀粉在相同热处理条件下(热诱导凝胶：水浴60、70、80 ℃，20 min)对提高MP凝胶的持水性及凝胶强度均优于大米淀粉和玉米淀粉，这可能是由于大米和玉米淀粉在80 ℃时仍没有完全糊化，因此无法在复合凝胶中吸收足够的水。此外，马铃薯淀粉中的磷酸盐基团与支链淀粉通过共价连接，可以提高亲水性，这有助于形成一种更牢固的热诱导蛋白凝胶结构[31]。ZHUANG等[14]研究了不同浓度的交联乙酰化木薯淀粉(质量分数0.5%、1.0%、1.5%和2.0%)对MP(浓度为2%的蛋白溶胶)凝胶特性的影响，淀粉浓度大于1.0%后MP凝胶强度和凝胶持水性显著增加，并分析指出交联乙酰化木薯淀粉颗粒在糊化温度下吸收游离水分，并滞留在MP三维网络凝胶中，从而使复合凝胶中游离水的比例显著下降，同时糊化温度下溶胀的淀粉颗粒也可以对MP凝胶网络施加压力，使凝胶结构更加致密。

在淀粉-MP复合物的热诱导过程中，原料淀粉或改性淀粉对肌原纤维蛋白三维网络凝胶填充作用的充分与否取决于各类淀粉自身以及改性处理后的理化特性，主要是淀粉与水结合以及稳固水分的能力，如淀粉在热诱导过程中是否充分糊化吸水、改性淀粉分子中引入新的基团、是否通过化学键与水分子稳固结合等。

3.2 食用胶与肌原纤维蛋白的相互作用

食用胶也是肉制品中广泛使用的添加剂，常用的包括黄原胶、卡拉胶、亚麻籽胶和魔芋胶等[32-33]，其主要成分为亲水性多糖，具有良好的保水、乳化、增稠和凝胶等功能特性[34]。食用胶对MP的乳化及凝胶特性具有良好的改善作用，能使脂肪充分乳化，并使MP在热诱导过程中更好的形成三维网状凝胶结构，有效改善原料的加工特性以及产品的保水保油性，从而提高产品的出品率和质量[33]。

食用胶可以在室温下通过氢键自行聚集并水化粘结，在高温下随氢键的断裂而流动[14]。研究表明，蛋白质和多糖在形成凝胶过程中的主要化学作用力为氢键和静电相互作用[35-36]。食用胶的多糖分子结构中含有强阴离子性硫酸酯基团，可以和水分子形成额外的氢键，因此可以将蛋白-多糖复合物中的游离水分以成键的形式束缚在热诱导过程中蛋白质形成的三维网络凝胶结构中[37]。姜帅等[38]在法兰克福香肠中添加了总肉质量0.3%的可得然胶及20%、23%、26%和29%的水与对照组进行比较，在相同加水量条件下，添加可得然胶能够极显著降低产品的蒸煮损失率、水分损失率和脂肪损失率(P<0.01)，说明可得然胶能与MP相互交织形成了致密的三维网状结构，从而能够束缚更多的水分子；此外低场核磁和流变学特性的测定显示，加胶组与未加胶组相比，凝胶产品中不同类型的水分弛豫时间均向弛豫时间短的方向移动、也明显提高了代表黏性的损耗模量G″，分析指出可得然胶作为亲水性胶体易通过氢键与水分子结合，在蒸煮过程中与大量的自由水结合，并转变为不易流动水。MANGOLIM等[39]提出，可得然胶分子内具有一定旋光性的螺旋晶体结构中存在大量的氢键能够结合更多的水分，从而提高肉制品的亮度。费立天[40]在MP浓度为1%和2%的蛋白溶胶中分别添加0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的瓜尔胶和黄原胶制备复合乳化液和凝胶，添加食用胶的乳化液能显著提高MP凝胶的持水性，使复合凝胶体系中自由水含量显著减少，更多的水分被保留在了凝胶网络中；其中，当食用胶浓度高于0.3%时，添加黄原胶乳化液的凝胶持水性要略高于添加瓜尔胶乳化液，可能是黄原胶分子是带电聚合物，能与蛋白分子间产生静电相互作用，使保持在蛋白质网络中的水分子增加；此分析结果在乳化液ζ-电势测定结果中得到了验证，黄原胶处理组ζ-电位绝对值都要显著高于空白样，而瓜尔胶处理组ζ-电位绝对值与空白样无显著差别，由于黄原胶属于阴离子多糖，与MP都带有负电荷，因此黄原胶分子上的负电基团与MP分子发生静电相互作用使体系电势降低。乳化液中油滴粒径的大小与乳化液的电势关系密切，ζ-电势绝对值的增大，能够使乳化液油滴间的静电斥力增强，相互间不容易靠近形成大的油滴；同时，ζ-电势绝对值的增大也使油滴周围空间形成更强的空间位阻作用，从而稳定了油滴粒径的大小[41]。因此，乳化液ζ-电势绝对值越大、乳化液中脂肪球油滴粒度越小，则乳化液的性质越稳定，稳定的乳化液有助于形成稳定的凝胶，从而有效的稳定凝胶中的水分。

食用胶对MP乳化及凝胶特性的影响主要是通过其自身良好的水合能力使乳化液达到充分乳化的效果，以氢键的形式结合大量水分并在形成凝胶的过程中将水分保持在凝胶网状结构中；此外，一些带有电负性的食用胶(如黄原胶)在MP乳化体系中形成更强的静电相互作用，有助于稳定乳化体系。

3.3 不溶性膳食纤维与肌原纤维蛋白的相互作用

膳食纤维具有多种功能特性，是各种肉类产品中的有效添加成分，可作为粘合剂和脂肪替代物[42]。根据水溶性的不同，膳食纤维可分为水不溶性和水溶性两类，其中水不溶性膳食纤维主要为细胞壁主要成分，如纤维素、半纤维素、木质素和壳聚糖等；水溶性膳食纤维主要为细胞壁内的储存物质或分泌物，如果胶、树胶和羧甲基纤维素等[43]。近年来，不溶性膳食纤维被广泛应用于低脂肉制品中，以提高产品品质或替代脂肪。许多研究报道，在低脂肉制品中添加不溶性膳食纤维具有与传统肉制品相似的整体可接受性，如：低脂香肠、低脂腊肠、低脂牛肉饼等[6，11，42]。

在肉制品中添加适量膳食纤维可以促使纤维结构中的亲水基团与水结合，促使肌肉蛋白质之间发生交联反应，形成稳定的三维网状结构，从而使肌肉蛋白质凝胶的保水性、质构、流变特性和凝胶强度得到显著改善[44]。与淀粉在糊化温度下膨胀改善自身特性和食用胶通过氢键聚集成为良好的填料物质改善凝胶特性不同，不溶性膳食纤维在不同温度下具有其固有的物理结构[14]。ZHUANG等[45]在MP浓度为4%的蛋白溶胶中分别添加质量分数为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的甘蔗不溶性膳食纤维(SIDF：经碱性过氧化氢处理)，相比于MP凝胶，SIDF-MP复合凝胶的持水性和凝胶强度随SIDF添加量的增加呈线性显著增加趋势；扫描电镜和石蜡切片结果显示，MP单独形成的凝胶网络结构内部含有孔隙较大且分布不均匀的交叉互通水分通道，MP凝胶中的水分会通过这一水分通道流失，对凝胶产生破坏作用，而SIDF的加入使复合凝胶孔隙有效减小，水分通道变窄甚至消失，尤其是SIDF添加量2%时的复合凝胶质构致密且均匀，SIDF在复合凝胶中没有与MP直接交联，而是被束缚在凝胶网络中，即交叉互通的水分通道中，SIDF作为活性水合聚合物其表面结合着大量的水分，而这些水分在加热前从MP中迁移出来，促进蛋白质的展开并显著影响疏水氨基酸残基局部环境的变化，促使疏水基团的相互作用，形成紧凑和均匀的结构；拉曼光谱研究表明，SIDF的加入导致凝胶化的酰胺1带和酰胺3带特征峰分别左移和右移，脂肪族残基带的特征峰强度也有显著下降，这一变化变化反映了SIDF的加入对形成牢固致密的MP凝胶有积极的作用；LF-NMR对T2弛豫的分析表明，加入SIDF后复合凝胶的T21弛豫时间明显缩短，间接表明SIDF凝胶具有较好的三维网络结构，能更牢固地结合水。DEBUSCA等[11]研究了小麦膳食纤维对鱼糜凝胶理化性质的影响，发现小麦膳食纤维添加量在2%～8%范围内显著提高了复合凝胶的硬度，8%添加量时复合凝胶保水性的最大值为90.62%。

不溶性膳食纤维在与MP形成复合凝胶的过程中主要是发挥了其自身良好的固水能力，被束缚在凝胶网络的同时能够稳固从MP中迁移出来的水分，并使蛋白质分子展开、疏水基团相互作用，最终形成结构稳定、质地均匀的复合凝胶。

3 结语与展望

低脂肉类产品是未来健康肉制品的发展趋势，而多糖作为脂肪替代物将会更加广泛的应用于肉制品中。不同类型的多糖在肉制品中能够表现出良好的品质改良特性，主要是基于多糖与MP这2种有机高分子化合物自身以及相互间的良好水合作用，促使MP和多糖分子内或分子间形成有效的化学作用力并产生良好的增效作用以及复合凝胶网络内部空间形成良好的固水能力，从而使多糖-MP复合物表现出良好的乳化或凝胶特性，最终使此类产品的品质得到有效的改善。

在肉制品实际生产过程中除添加多糖外，根据产品特点还需添加非肉蛋白、食盐、磷酸盐等其他配料，许多模拟乳化凝胶肉制品中只研究了特定条件下多糖与肌原纤维蛋白的相互作用机理，因此在今后的研究中，应进一步考察非肉蛋白、离子强度等其他因素对多糖与肌原纤维蛋白相互作用的影响。此外，多糖与肌原纤维蛋白的相互作用虽然在复合物的乳化、凝胶以及保水性等方面能达到比较理想的效果，但对最终产品风味的影响也有待进一步的研究。