《渔业现代化}2014年第41卷第1期 61 鱼糜制品凝胶特性改良研究进展 王 禹,刘 填,王 娜,时博阳,贺 敏,李 辉,何剑为 (辽宁大学生命科学院,辽宁沈阳110036) 摘要:鱼糜制品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。通常,鱼糜制品是指冷 冻鱼糜,即含有鱼肉肌原纤维蛋白的新鲜鱼糜与防止蛋白质冷冻变性的添加物(抗冻剂)混合后冷冻保藏的 食品。鱼糜制品的凝胶特性如硬度、伸缩性以及粘性主要由鱼糜中的肌原纤维蛋白特性及其凝胶状态决定, 因此,鱼糜的凝胶变化过程是制作鱼糜制品的关键流程。本文参考了大量国内外文献,对鱼糜制品凝胶特性 的影响因素进行了简要分析,并在此基础上对工艺改良方法进行了阐述,总结了多糖类和非肌肉蛋白类凝胶 增强剂的研究实例,旨在为鱼糜制品行业提供改良鱼糜凝胶特性的理论依据和技术支撑。 关键词:鱼糜制品;工艺改良;凝胶增强剂;凝胶特性;影响因素 中图分类号:¥986 文献标志码:A 文章编号:1007—9580(2014)01—061—06 鱼糜(surimi),是指将鱼体经过采肉、漂洗、 脱水、精滤而制得的肌肉蛋白浓缩物。鱼糜制 品以鱼糜为主要原料,配以淀粉、大豆蛋白、蛋 在温度上升到50℃前,肌动蛋白和肌球蛋白形成 较松散的网状结构,凝胶开始形成。蛋白质发生 凝胶化之后,在一定的离子强度、pH、蛋白质浓度 清、畜肉、蔬菜、火腿、香精香料等辅料¨J。鱼糜 制品既可以作为食品制造业的原材料,也可以 作为餐饮业直接加工的食品原料。目前,鱼糜 制品市场己经遍及亚、美、欧等各大洲,在日本、 下,肌球蛋白中的 螺旋结构会不断地打开,相 邻蛋白质分子之间会通过一定的化学键相互连接 成网状结构。凝胶劣化发生在温度上升到50~ 65 ciC时,由于蛋白酶的作用,凝胶形成了断裂网 中同和韩同,鱼糜制品的消费种类已呈现多元 化发展态势 ,需求日趋增加 。然而,近年来 近海水域污染程度高,高品质的海水原料鱼逐 年减少,捕捞到的鱼种不断发生变化且种类混 杂,对鱼糜质量影响很大。本文通过收集整理 状结构。鱼糕化过程是指当鱼糜温度升到65~ 70℃时,凝胶变成有序而非透明的状态,凝胶强 度显著加强的过程 。 近年来,由于国际上鱼糜产业的快速发 展,很多传统的具有良好形成凝胶能力的鱼类 (如阿拉斯加狭鳕、太平洋狭鳕、大西洋狭鳕) 捕捞量锐减。目前,填补这些空白的鱼种主要 有沙丁鱼、白姑鱼、带鱼、鱿鱼、鲢鱼及部分小 杂鱼等,然而有些鱼种加工成的鱼糜凝胶远不 如鳕鱼鱼糜质量好,这也促进了国内外在改进 鱼糜凝胶质量方面的研究。这些研究主要集 文献,阐述了鱼糜凝胶形成的影响因素和加工 工艺的改良,分析并总结多糖类和非肌肉蛋白 类凝胶增强剂的研究进展,旨在为鱼糜制品行 业生产和开发优质、健康的鱼糜制品提供可参 考的建议和方法。 1鱼糜制品加工过程中的凝胶变化 凝胶变化过程主要分为凝胶化(setting)、凝 胶劣化(modori structure)和鱼糕化(kamabuko)3 中在两方面:一是通过了解影响鱼糜凝胶特性 的因素,优化鱼糜加工工艺来提高鱼糜凝胶的 强度;二是在鱼糜擂溃阶段加入各种鱼糜凝胶 增强剂来改良鱼糜凝胶特性。 个阶段。凝胶化是形成鱼糜制品弹性结构的过 程,主要依赖于相邻肌球蛋白分子问的相互作用, 收稿日期:2013-11 修回日期:2014 ̄1-07 基金项目:辽宁省科技厅科学技术计划项目“优质安全鱼产品加工技术与示范”(2011205001) 作者简介:王禹(1988一),男,硕士研究生,研究方向:食品加工工艺。E-mail:wyyy77@qq.eom 通信作者:何剑为(1973一),男,副教授,博士,研究方向:食品加T—r艺。E-mail:jwh@hotmail.ecru 62 2影响鱼糜凝胶特性的因素及工艺优化 2.1鱼糜制品的制作工艺流程 鱼糜的制作工艺流程:原料鱼一预处理(剖 杀去内脏、头、尾)一清洗一采肉一漂洗一脱水一 精滤一擂溃或斩拌(加入添加剂)一搅拌一成型 一凝胶一加热一包装一速冻一检验一成品 2.2影响鱼糜制品凝胶特性的因素 2.2.1 漂洗 不同的漂洗方法对鱼糜凝胶强度会产生不同 的影响,如采用低浓度盐水溶液漂洗,除去肌浆蛋 白的同时也将流失部分肌原纤维蛋白,使得率降 低。陈艳等 通过比较不同的漂洗方法,得出了 相对适宜的漂洗方式:清水漂洗1次后盐水漂洗 2次或者清水漂洗2次盐水漂洗1次。 另外,漂洗液的pH对鱼糜凝胶的质量影响 也很大。因为,当pH为酸性时,蛋白质易发生变 性,且等电点处于酸性pH范围的鱼糜蛋白所带 的电荷也较少,所以形成的凝胶特性相对较差;当 漂洗液pH为碱性时,蛋白质溶解性的增加将导 致蛋白质损失率上升,凝胶特性也会相对降低。 因此,漂洗液的pH多控制在于7.0左右的中性, 其变性程度相对较小,最有利于形成高质量的凝 胶体 。 2.2.2擂渍条件 擂溃是鱼糜制品生产中的重要工艺,作用是 破坏肌肉组织,使肌原纤维溶出。各种外源添加 物也是在这个环节中加入鱼糜中并均匀混合。擂 溃分为空擂、盐擂和混合擂溃。在盐擂(添加有 1%~3%食盐)过程中,盐溶性的肌原纤维能更 充分溶出,呈现溶胶状态,为凝胶化提供条件。擂 溃各条件对鱼糜凝胶强度影响的大小依次是:擂 溃pH>擂溃温度>空擂时问>盐擂时间。其中 擂溃pH在6~8时,形成的凝胶弹性状态较好, 如果pH大于该范围,肌动蛋白分子间的静电排 斥力过强会阻碍凝胶的形成,而pH小于该范围 时,鱼糜加热会发生脱水凝固现象。擂溃时的温 度一般保持在2~14 ,因为较高的温度会造成 肌动蛋白变性,从而导致凝胶弹性降低。擂溃总 时间一般控制在25~40 min,其中空擂时间为 5~10 min,盐擂时间为10~25 min,混合擂时间 《渔业现代化}2014年第4l卷第1期 与空擂时间相当时,鱼糜制品弹性最好 。 2.2.3凝胶形成温度 凝胶强度在很大程度上依赖于稳定整体网状 结构的化学键的相互作用。凝胶强度的增加是通 过0~50 oC条件下进行的凝胶化处理获得的 。 在50~65 温度下,组织蛋白酶保留的酶活性能 导致鱼糜凝胶劣化现象的产生。因此,较常用的 加热方式是两段加热法,即先低温凝胶化处理一 段时间(50℃以下),然后直接使用85~95 加 热成型。这种方法很好地减少了鱼糜内源性组织 蛋白酶对鱼糜凝胶的劣化现象。但不同鱼种的最 适凝胶化温度略有不同,所以选用新鱼种作鱼糜 原料时需要特别注意。 2.2.4 鱼糜原料种类和鲜度 通常情况来说,冷水鱼的肌原纤维会比温水 鱼的有更低的变性起始温度,这一差异应在制备 鱼糜时予以充分考虑,如阿拉斯加鳕鱼(Alaska Pollock),凝胶化处理条件是0℃12~24 h,或者 25℃2 h;而来自热带水域的鱼种,如罗非鱼 (Tilapia)则只需要在40℃处理30 min的凝胶化 条件下才能形成较强的凝胶 J。同时,在同一种 水域的鱼种之间也会存在不同的肌原纤维变性起 始温度,如小型鳕鱼(Walleye Pollock)、白黄花鱼 (White Croaker)、鲅鲷(Threadfin Bream)等温水 鱼均具有种属性的起始温度¨…。因此,不同鱼种 应选用最合适的温度作为凝胶化处理条件,这对 于形成高质量的鱼糜凝胶极为重要。 鱼肉的新鲜程度(鲜度)对制备鱼糜也有重 要影响。研究发现,制备蜥蜴鱼(Lizardfish)鱼糜 时,选用冰置超过10 d的鱼肉组织,将极大地降 低其鱼糜的凝胶特性 。因此,对于需要长途运 输的鱼糜原料,高质量的制冷保鲜尤为重要。 3基于凝胶增强剂的鱼糜凝胶特性改良 鱼糜制品的凝胶强度是决定鱼糜制品质量优 劣的关键因素。通常,添加一些对鱼糜制品口味 影响不大且对人体无害的凝胶增强剂来提高鱼糜 制品的弹性。如多糖类、非肌肉蛋白类凝胶增强 剂作为辅料,以提高鱼糜制品凝胶强度,并且有研 究证实,部分凝胶增强剂在一定程度上可抑制内 源性蛋白酶活性¨ 。 《渔业现代化12014年第41卷第1期 3.1 多糖类凝胶增强剂 一些多糖类能够与鱼浆中的水和蛋白质相互 作用进而促进凝胶基质的形成,如树胶和淀粉。 具体来说,一些多糖类凝胶增强剂能与蛋白质相 互作用形成更有结构性的系统,而另一些则作为 填充物质,结合水分子从而影响到凝胶系统的粘 性¨ 。一些多糖类能与蛋白质相互作用形成更 有结构性的系统,如淀粉、树胶;另一些则作为填 充物质,结合水分子从而影响到凝胶系统的粘性, 如果胶 。 试用时需要注意,多糖类会改变盐类对肌原 纤维的溶解能力,从而影响凝胶的机械强度和功 能特性;同时,一些多糖类不适合与肌肉蛋白共存 而阻碍凝胶形成。变性淀粉、卡拉胶、魔芋胶等是 几种典型的多糖类凝胶增强剂,均被证明能用来 提高鱼糜制品的凝胶强度 14-151。 3.1.1 淀粉 淀粉作为良好的填充物质(Filler)是鱼糜食 品中最普遍的凝胶增强剂。在鱼糜制品中添加淀 粉不仅能降低产品的成本¨ ,而且还能显著改善 其凝胶特性,增强冻融稳定性¨ 。而变性淀粉较 原淀粉具有更多优良特性,如良好的凝胶特性、蒸 煮特性、透明度等。淀粉的变性方式对鱼糜制品 的凝胶强度、破断强度和咀嚼性的影响均极显著, 而淀粉来源对鱼糜制品的凝胶特性无显著影响, 氧化淀粉也不能改善鱼糜制品的凝胶特性。淀粉 的凝胶形成能力越好、溶解度越小、持水能力越 强、膨胀能力越大,鱼糜制品的凝胶特性就 越好 。 3.1.2树胶 树胶被看作是提高鱼糜凝胶机械性能的另一 种良好的凝胶增强剂。其优点是易于获得,价格 低廉。大部分种类的树胶都能与鱼肉中的肌原纤 维兼容,在对凝胶结构没有负面影响的同时能够 增加凝胶产量。通常来说,树胶不会明显地影响 鱼糜的颜色。其最主要的效果是增强了鱼糜的持 水能力。使用树胶作为添加剂的一大优势是:树 胶虽然是多糖类,但并不增加热量,反而增加食物 中的膳食纤维含量,进而对人体健康有益。倡导 健康食品的消费者尤其会青睐这类添加剂带来的 效果。 现有研究证实,卡拉胶和魔芋胶均能良好地 63 与鱼肉肌原纤维兼容,但其他一些种类的树胶却 有负面效果 。另外,槐豆胶和黄原胶,若以 0.25:0.75的比例加入到鲢鱼中也起到能增强鱼 糜凝胶强度的效果 。 3.1.3果胶 果胶分为高甲氧基化(HM)果胶和低甲氧基 化(LM)果胶。据报道,两种类型的果胶均不具 有增加鱼糜凝胶强度的能力,且两者都能扰乱凝 胶的正常形成 。然而,酰胺化的低甲氧基化 (ALM)果胶却能和鱼糜凝胶相兼容,并且能提升 凝胶的特性。这是因为酰胺化能增强LM果胶的 极性,所以ALM果胶与蛋白质相互作用时,凝胶 系统内更易形成氢键,从而形成更稳定的鱼糜 凝胶 。 多糖类凝胶增强剂能有效促进凝胶基质的形 成,其中淀粉,卡拉胶,魔芋胶是几种典型的糖类 凝胶增强剂,均可用来提高鱼糜制品的凝胶强度。 淀粉具有低成本的优势更值得推广,树胶和果胶 在应用中有各自的特色和针对性。然而应用时也 需要注意多糖类凝胶增强剂的添加量,防止过量 引起对水分子结合鱼肉肌原纤维的竞争,从而使 鱼糜持水能力下降并降低鱼糜凝胶品质。 3.2非肌肉蛋白质类凝胶增强剂 3.2.1牛血清蛋白 牛血清蛋白(BPP)的添加量在10~30 kg 时能提高红罗非鱼(Red Tilapia)在40℃下加热 90 rain形成的鱼糜凝胶的凝胶强度,然而,凝胶的 白色程度却随着牛血清蛋白的浓度增加而降 低 。在远东多线鱼(Pleurogrammus aZOnl ̄S)和 小型鳕鱼(Theragra chalcogramma)这两种鱼糜凝 胶中添加牛血清蛋白也能得到类似的结果。然 而,在同样牛血清蛋白添加量的情况下,经25℃ 15 h后,这两类鱼的鱼糜凝胶特性的增强地更加 显著 。 3.2.2鸡蛋清蛋白 鸡蛋清蛋白(EW)已被证实在添加量为10~ 30 g/kg时,能提高红罗非鱼、远东多线鱼和小型 鳕鱼的鱼糜凝胶强度 盟J。在刚切碎的可溶态 鱼肉中添加鸡蛋清蛋白(EW)和防冻剂比在将要 冷冻保存的鱼糜中添加所产生的增强鱼糜凝胶特 性的效果更好 。因此,鸡蛋清蛋白的添加时机 非常重要,添加得越早越能获得凝胶特性好的鱼 糜制品。 3.2.3黄豆蛋白分离物 现有研究表明,黄豆蛋白分离物(SPI)能修 饰鲢鱼和草鱼鱼糜的质构特性。在制备这两种鱼 糜凝胶时若选用30℃或40 6O rain后85℃加 热30 min的凝胶形成条件,SPI对凝胶的凝胶强 度会有负面影响,并且添加量在100~400 g/kg 时,随着SPI浓度的增加,凝胶强度逐渐下降。而 在SPI的添加量为100 g/kg,凝胶形成条件为50 c【= 60 min后,再85 加热30 rain,SPI却能增强鱼 糜凝胶的凝胶特性 。 3.2.4微生物谷氨酰胺转氨酶 在凝胶化处理过程中,肌球蛋白重链(MHC) 通过非二硫键的共价键相互交联发生多聚化,这 一过程是由内源性的谷氨酰胺转氨酶诱发的 。 为了提高鱼糜凝胶化处理的效果和增强凝胶的强 度,已被广泛地应用于诱导蛋白质多聚化的微生 物谷氨酰胺转氨酶(MGTase),在鱼糜工业变得越 来越受欢迎 。已有研究发现,在制备蜥蜴鱼 鱼糜过程中,随着谷氨酰胺转氨酶添加量的增加, 凝胶的破断力随之增强,同时SDS—PAGE蛋白质 电泳也显示出肌球蛋白重链发生了更高程度的多 聚化。并且从微观结构观察到,在冷藏过程中,谷 氨酰胺转氨酶也能增强鱼糜凝胶的纤维致密性和 完整性,进而提高鱼糜冷藏的保鲜能力[29 J。然 而,由于谷氨酰胺转氨酶的增强凝胶强度的效果 与蛋白质完整程度、变性状态以及降解程度的相 关性¨3。J,鱼的种类和鲜度的变化会产生不同的凝 胶增强效果。因而将外源性谷氨酰胺转氨酶应用 于新鱼种的鱼糜制品时,需要综合考虑贮存与运 输方式对鱼肉蛋白质状态的影响。 3.2.5糖基化鸡胱抑素 近年来生物技术不断发展,外源基因表达及 蛋白修饰技术日渐完善且已被大量地应用于医 学、生命科学及食品等领域进行研究。糖基化鸡 胱抑素(Glycocystatin)是通过基因工程改造产生 的含有由50DP甘露糖组成的多糖链的鸡胱抑 素。糖基化和非糖基化胱抑素都能抑制由半胱氨 酸组织蛋白酶引起的凝胶劣化,从而提高鱼糜的 凝胶特性,如鲭鱼鱼糜。由于多糖链的存在,糖基 化鸡胱抑素的半胱氨酸蛋白酶抑制活性只有 90.8%,但却增加了冻融稳定性、热和pH稳定 《渔业现代化 ̄2014年第41卷第1期 性¨ 。正是这更高的稳定性使其在增加凝胶破 断力和增强形变能力方面有着更明显的贡献,也 能产生出更优质鱼糜凝胶。 食盐在制造高强度的鱼糜凝胶时是必不可少 的添加剂,而糖类添加剂会改变盐类对肌原纤维 的溶解能力,从而影响凝胶的机械强度和功能特 性,相比糖类添加剂,非肌肉蛋白类作为良好的凝 胶增强剂能够很好地提高鱼糜凝胶强度,并且能 够在鱼糜的工业生产中大量替代所需的食用盐, 从而为大众带来放心健康的低盐鱼类加工产品。 与此同时,非肌肉蛋白类的凝胶增强剂的研究与 应用也有助于将一些凝胶特性差的低价值鱼类加 工成为具有更高利润的鱼糜制品。 4总结与展望 随着人们对营养、美昧、健康食品需求的持 续增加,鱼糜制品作为沿海地区传统美食,必将 受到内陆地区消费者的广泛欢迎,这不仅是鱼 糜制品行业的良好机遇,也更是全新的挑战。 传统的鱼糜原料鱼能形成凝胶特性良好的鱼糜 制品,但在其捕捞量日益缩减、新开发的原料鱼 鱼糜凝胶形成能力不佳的情况下,在新的社会 条件和激烈的国际竞争环境下,本文在大量中外 文献的基础上综述了提高鱼糜制品凝胶特性的方 法,包括在漂洗条件、擂溃条件、凝胶形成条件等 方面总结的鱼糜制作工艺改良的方法,也涵盖了 通过添加多糖类或非肌肉蛋白类凝胶增强剂改善 凝胶特性的研究概述。这对于开发高品质的新鱼 种的鱼糜制品,提高低价值鱼种的产品附加值具 有重要现实意义。然而,这两方面鱼糜制品的改 良途径仍需要我们在今后的科研中继续深化理论 基础研究,并在实际生产中给予极大的重视和灵 活地应用。 口 参考文献 [1]朱松泉.关于大宗淡水渔产品产业化展望[J].科学养鱼, 2001(7):7—8. 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Key words:surimi products;optimized technics;gel enhancing agents;gel properties;impact factors (上接第60页) Effect of freeze・thaw pretreatment on tilapia fillets heat pump drying characteristics and the optimization by response surface method wu Baochuan ,LI Min ,GUAN Zhiqiang ,KANG Yan ,LI Pengpeng (1 College of Food Science and Technology,Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524088,China; 2 College of Engineer,Guangdong Ocean University,Zhanifang 524088,China) Abstract:Four freeze-thaw pretreatment conditions including freezing temperaturethawing temperature, ,freezing and thawing time on the effect of tilapia fillet heat pump drying process and product quality were studied using single—factor experiment and response surface analysis with tilapia as materia1The results .showed that:all of those four pretreatment processes of freeze-thaw conditions had effects on Tilapia fillets heat pump drying performance in varying degrees.The best freeze—thaw pretreatment process was:freezing temperature一32℃,thawing temperature of 20℃,freezing time of 1.0 h.and the thawing time of 87 min.. On this condition,lOb were spent on drying the moisture content of drying base to 030(±0.02)g/g.The Ca“・ATPase activity of myofibrillar protein of dried products was 2.33 p ̄mol Pi/(mg prot・h),the rehydration ratio was 36.22%,and the hardness was 9.8 N.The drying time of tilapia fillets was shortened and the quality of the dried products was improved by using this way compared with the conventional heat pump drying methods. Key words:tilapia;freeze-thaw pretreatment;heat pump drying;response surfaee method