提高鱼糜凝胶冻融稳定性的研究进展

张 帆，陈 颖，成佳欣

（南京财经大学食品科学与工程学院，江苏南京 210023）

我国拥有十分丰厚的水产资源，水产养殖量在世界上是唯一一个超过捕捞量的国家，世界总养殖量的近70%都来自中国[1]。鱼肉的营养价值很高，蛋白质含量高且必需氨基酸组成与人体接近，因此吸收利用率高。另外，还含有较多不饱和脂肪酸，尤其是EPA，DHA等具有保健功能的不饱和脂肪酸，在促进婴幼儿生长发育、预防心脑血管疾病等方面有着不可或缺的作用[2]。为了便于运输和贮藏，最大限度保持鱼肉的感官性能和营养价值，水产品深加工已成为我国渔业的必然发展趋势，目前冷冻鱼糜制品在深加工制品中占主要地位[3]，如鱼丸、鱼豆腐、鱼肠、蟹棒等。鱼肉经一系列前处理（去鳞、去头去尾、除内脏、剔骨）后经漂洗、斩拌等工序获得鱼糜，再加入其他辅料或调味料混合均匀后加热煮熟，形成具有良好弹性的凝胶状制品[4]。与新鲜鱼肉相比，冷冻鱼糜制品具有贮藏时间长、营养价值高、口感更加弹韧等优点，具有广阔的发展前景，但鱼糜的凝胶性能在反复冻融中易被破坏，会严重影响产品品质。

为了抑制微生物生长，延长货架期，鱼糜制品一般采取速冻工艺。然而，长时间冻藏会降低制品的品质，这是因为在冷链流通时无法保证品温24 h保持在-18℃及以下，温度波动导致了反复冻融现象，使鱼糜内部的冰晶反复形成，从而破坏凝胶网络结构[5-6]。为了减小这种不利变化，研究人员通过加入添加剂来增强凝胶稳定性，有研究报道在鱼糜凝胶制品中加入各种蛋白或淀粉能显著提高凝胶冻融稳定性[7]；还有学者从控制冷冻条件这一角度出发，通过改善冷冻条件来限制冰晶的形成。综述了从鱼糜凝胶形成与破坏的机理出发，总结提高鱼糜凝胶冻融稳定性的研究成果，并提出可能具有此作用的新型添加物，以期为减小鱼糜制品在加工、运输、贮藏时的品质损失提供一定的参考。

1 凝胶的形成及破坏

鱼糜经斩拌、擂溃、加热等加工工序后可形成具有良好质构的凝胶制品，鱼糜凝胶制品以其弹韧的口感和丰富的营养价值深受消费者的青睐。但是，在反复冻融条件下凝胶会被破坏，失去原有的良好口感。

1.1 凝胶形成的机理

肌原纤维蛋白在鱼肉总蛋白中占很大比例，包括肌原蛋白、肌球蛋白、肌动球蛋白等，对鱼糜凝胶形成起主要作用[8]，其中肌球蛋白的作用尤为重要，但关于不同蛋白质如何形成凝胶的机理尚且存在讨论。部分研究者认为肌球蛋白分子头部和尾部的螺旋结构在加热时被打开，即发生解旋，分子之间相互交联而形成大颗粒，其在进一步加热后会发生空间结构的变化成为三维网状结构，可以将水包裹在内部，从而完成凝胶化[9]。还有研究认为，鱼糜凝胶的形成主要靠肌球蛋白尾部构象的改变——在加热时尾部的α-helix超螺旋结构发生连续解旋，解旋后的分子变性延伸，相互交联形成具有网状结构的凝胶[10]，并且随着超螺旋结构的不断减少凝胶强度增强。相比之下，肌原蛋白等其他类肌原纤维蛋白形成凝胶的条件要求较高，高于50℃才开始形成，但此时形成的凝胶稳定性较差，若要形成稳定的凝胶要求温度至少达到70℃[11]。在多种肌原纤维蛋白都存在时，分子间相互连接更加容易，形成的凝胶稳定性与强度要比单独形成的显著提高[12]。

凝胶之所以能具有结构的稳定性，与凝胶化过程中的多种化学作用力密不可分，其中起主要功能的是疏水作用力。由于疏水作用是维持蛋白质二、三、四级结构的主要作用力，因此对于鱼糜凝胶的稳定性有重要作用，同时也是蛋白质分子解旋后彼此作用，凝聚成大颗粒的必需作用力。作用机理为鱼糜中的蛋白质在加热时结构发生改变，使疏水基团被暴露在分子外侧，体系的微观结构由无序变为有序，肌球蛋白便凝聚、交联成凝胶[13]。二硫键是加热时蛋白质分子中的巯基被氧化而形成的，对维持鱼糜凝胶质构与强度有重要作用，由于键能较高，其结构很稳定，一旦形成便不易被破坏，因此有利于维持凝胶稳定性。另外，肌球蛋白分子内部及分子间有大量氢键，氢键极不稳定，温度升高会将氢键破坏。还有研究表明，氢键的破坏使多肽链与溶剂相互作用形成水合分子，减少了凝胶中水的移动，对减小鱼糜凝胶失水率有重要影响[14]。

1.2 冻融对凝胶的破坏

冻藏使得鱼糜制品能够长期保藏，反复冻融会影响鱼糜内部水分分布，尤其是冰晶会破坏凝胶网络结构。有研究表明，肉类在低温条件下保存一方面形成冰晶破坏了细胞结构；另一方面，导致肌原纤维蛋白断裂而无法凝胶化，并且反复冻融会更加减弱凝胶形成的能力[15]，凝胶制品结构变松散，弹性口感消失。另外，反复冻融会加速脂肪的氧化，产生有恶臭味的酸败产物，同时也为微生物污染创造了条件。因此，在日常生产中除了要减少冻融次数外，寻找合适的添加物来减少冻融对凝胶的破坏作用同样符合生产实际。

2 国内外研究进展

2.1 添加物对冻融稳定性的影响

从添加剂的角度来看，国内外的研究人员通常会添加含蛋白质、其他有机或者无机物等物质来研究对鱼糜凝胶冻融稳定性的影响。有研究表明，在白鲢鱼鱼糜中添加大豆渣后，经过冻融循环鱼糜凝胶质构、凝胶强度、持水力等指标下降的幅度显著低于空白组[16]，即添加大豆渣能在一定程度上增强鱼糜凝胶在冻融时品质的下降。Yongsa watdigul J等人[17]通过在龙头鱼鱼糜中添加鸡蛋清蛋白粉和乳清蛋白，发现添加蛋白质能够促进凝胶的形成，显著增强凝胶强度，因此使得鱼糜凝胶的稳定性在冻融过程中得到提高。周爱梅等人[18]以蛋白质水解物作为添加剂，发现可以减少冷冻保存过程中肌原纤维蛋白的氧化和变性，由于肌原纤维蛋白是鱼糜凝胶的主要组成部分，减少肌原纤维蛋白的氧化变性也就是减少凝胶的破坏。类似的试验表明，使用鸡蛋清蛋白粉和谷朊粉等蛋白类添加剂为鳙鱼鱼糜的添加物，能够显著增强鱼糜凝胶性质[19]。

陈金玉等人[20]以海藻糖和甘露醇为添加物，研究证明这2种物质可以有效抑制虾蛄肌原纤维蛋白在冻融循环中的变性程度，减少凝胶特性的下降；另一方面，添加剂可以对水起到束缚的作用，减少冰晶的形成。谢青青等人[21]的研究表明，将谷氨酸钠和乙醇混合作为添加物，能够使鱼糜凝胶特性在冻融过程中的下降程度得到显著延缓。

2.2 冻融条件对冻融稳定性的影响

祖崟雪[22]在反复冻融探究即食海参水分动力学的变化研究中，运用低核磁共振（LF-NMR）研究即食海参冷冻、解冻过程中水分变化，结果表明核磁共振成像（MRI）的信号与可被测水分的信号密切相关,因此MRI可以对冷冻、解冻过程中海参内部结构的变化进行可视化分析，利用NMR弛豫参数结合主成分分析（PCA），可以将处于不同冷冻和解冻阶段的即食海参样品清晰区分开来。研究最终表明，多次冻融循环对即食海参的感官（颜色、质构）和理化性质（持水力、蛋白含量）均有不利影响。

李苑等人[23]通过研究发现，在冻融过程中冰晶的形成对水产品的质构有负面影响——解冻后产品的硬度、胶黏性、弹性、回复性均降低，质构的改变也会对鱼糜制品的颜色和风味产生不利影响。冰晶会对细胞结构造成机械性损伤，破坏凝胶的三维网络结构，破坏程度与冰晶大小、位置有关。目前，陈怡璇等人[24]依据2种理论研究冰晶对细胞造成的损害，一种说法是细胞外的溶液最先达到冰点形成冰晶，冰晶直接引起机械性损伤；另一种说法是细胞内一些物质促使水的结晶化，增加溶质浓度，造成冰冻浓缩效应和对细胞的化学势能损伤[25]。从分子层面对冻结速率、冻结温度、温度变动等进行调查的研究结果表明，控制水产品中的冰晶形成，对于维持水产品的品质具有重要作用。

3 前景与展望

提高鱼糜凝胶在冻融循环中的稳定性对于延长产品货架期、减少运输和贮藏过程中的浪费及满足消费需求有重要意义。虽然已有大量研究报道具有此功能的各种添加剂，但在鱼糜制品的实际生产中很少见到它们被应用，因此还需要进一步研究。

皮克林乳液是一种稳定的分散体系，是以固体粒子作为乳化剂而与传统乳液区别开。由于热力学和动力学均具有强稳定性，食品级皮克林乳液可有效提高稳定性、安全性、生物相容性与降解性，已成为乳剂和胶体领域研究的热点[26-27]。玉米醇溶蛋白皮克林乳液不仅具有长期不分层的稳定性，还可承载食品中脂溶性物质，替代传统脂肪，减少脂肪酸的氧化酸败[28]。有研究指出，在藜麦蛋白皮克林乳液中添加盐离子使液滴尺寸变小，在冷冻过程中形成细小的冰晶，进而有效提高乳液的冻融稳定性。另外，由于“盐析”作用会限制冰晶长大，并在液滴外层构成三维网络结构[29]。因此，在鱼糜凝胶中添加植物蛋白皮克林乳液来提高体系的冻融稳定性是此领域的一个潜在发展方向。

4 结语

研究发现，冷冻鱼糜制品发展的最主要限制原因在于冷冻运输等过程中冰晶的冻结-融化-冻结的反复致使其品质下降。目前，研究多以添加各种可食用添加物来提升冷冻鱼肉制品的稳定性，如添加米渣蛋白、豆渣蛋白、菜籽蛋白等；另一方面，以调节pH值、改变离子浓度等外部环境的改变来控制冰晶形成速度与大小，从而获得稳定性较高的冷冻鱼糜制品。而由于目前研究水平所限，鱼肉凝胶的形成机理尚没有完全清楚，对于如何有效提高鱼肉凝胶的冻融稳定性还有待进一步的研究。目前，已有研究报道藜麦的添加对鱼糜凝胶稳定性的影响[30]，且具有高稳定性的皮克林乳液是近年研究中动物脂肪的良好替代品，二者结合是提高鱼肉蛋白凝胶冻融稳定性的一个研究方向。