水产品的冷冻变性及鱼糜抗冻剂研究进展

张娅楠 ，赵 利 ，刘 华 ，袁美兰 ，邓丹雯

（1.南昌大学 中德食品工程中心，江西 南昌 330045；2.江西科技师范学院 生命科学学院，江西 南昌 330013）

水产品的冷冻变性及鱼糜抗冻剂研究进展

张娅楠1,2，赵 利*2，刘 华2，袁美兰2，邓丹雯1

（1.南昌大学 中德食品工程中心，江西 南昌 330045；2.江西科技师范学院 生命科学学院，江西 南昌 330013）

水产品营养丰富，在常温条件下易腐败变质，目前常用的储藏方法是低温冷冻储藏.但在冷冻过程中，水产品中的蛋白质会发生变性而影响产品质量，其中鱼糜制品的凝胶强度与持水力随冷藏时间的延长而降低.阐述了水产品的冷冻变性机理，以及常用食品抗冻剂糖类、复合磷酸盐类和蛋白质水解产物等在冷冻水产品及其制品中的抗冻效果.

水产品；冷冻变性；抗冻剂；鱼糜

0 引言

水产品中蛋白质含量较高，脂肪含量低，且含有大量人体必需脂肪酸，对幼儿的生长发育具有重要作用.随着人们健康意识的不断增强，水产品越来越受到消费者的青睐.水产品外皮较薄易被微生物污染且含有大量活性较强的酶[1]，与其他肉制品相比更容易腐败变质.目前，广泛使用的储藏方法是低温冷冻保藏.冷冻贮藏虽可以有效地控制水产品的腐烂变质，但长期冷藏会造成水产品的肉质与口感的下降.

自1989年以来，中国水产品产量已经连续20年居世界首位；2002年起，中国水产品的出口额亦位列世界第一.目前中国的养殖鱼类产量已占全球产量的20%.我国是世界淡水产品产量最大的国家，但是对淡水产品深加工量较少，大约只有1/3.将一些肉薄、刺多且口味不如其他鱼种的低值鱼加工成鱼糜，将成为低值鱼重要的加工途径之一.鱼糜是指鱼肉经采肉、漂洗、脱水、擂溃等工序所制得的一种生产鱼糜制品的原料[2].鱼糜通常需经冷冻保藏，再被制成鱼糜制品.冷冻鱼糜不仅存储方便，而且用其制得的鱼糜制品营养丰富、口味佳受到消费者的广泛欢迎.但由于冷冻储藏会造成鱼糜制品凝胶强度下降，而且会影响其口感.进一步了解水产品冷冻变性机理，探寻适宜抗冻剂是十分必要的.

1 鱼肉蛋白的冷冻变性

国内外研究发现，水产品的冷冻会引起鱼肉蛋白性质的变化，导致肉的品质与口感下降.例如，经冷冻后鱼糜制品的凝胶性、持水力、肌原纤维蛋白ATP酶活性都会显著降低.Kurokawa[3]研究发现新鲜蛇鲻鱼蛋白的凝胶能力很强，冷冻储藏后其凝胶强度显著减弱.刘慧等[4]的研究显示，随着冻融次数的增加，鲶鱼鱼糜的凝胶质构特性和嫩度均会降低.

鱼肉中，蛋白质占湿重的15%～20%，其中60%～70%是形成肌原纤维的构造蛋白质.肌原纤维由粗丝和细丝组成，粗丝是肌球蛋白分子的集合体，细丝则由肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白等组成[5].鱼肉蛋白质在冻藏过程中会发生两种变性，一是蛋白质分子的聚集，二是蛋白质多肽链的展开.图1和图2是其相应的变化模型[6].

Kauzmann[7]认为极性端向外，非极性端在内是维持蛋白质空间结构和功能特性的重要条件.鱼肉在冷冻储藏过程中，产生大量冰晶，引起蛋白质的空间结构与疏水性的变化[8]，导致蛋白质冷冻变性.

图1 具有α-螺旋结构的蛋白质在冻藏中的变性（聚集）模型[6]

图2 非螺旋结构或球星结构蛋白质在冻藏中的变性（开链）模型[6]

水产品蛋白的冷冻变性可引起蛋白质的许多物理化学性质如盐溶性、ATP酶活性、巯基与二硫键含量、疏水性、黏度、凝胶特性、保水性发生改变，最终造成水产品口感和品质变差[9].其中，水产品组织中的ATP酶活性和持水力也可以很好地反映水产品中蛋白质的变性程度，可作为鉴定蛋白质是否变性的重要指标.Lian等[10]研究发现随冷冻时间延长，肌原纤维蛋白的凝胶能力和凝胶强度都逐渐降低；冰晶的重新生成还会破坏细胞、细胞器以及肌肉的结构，引起肌纤维断裂，破坏结缔组织膜；降低肉制品的嫩度.

与新鲜水产品相比较，经冷冻储藏水产品蛋白质的持水力和盐溶性蛋白含量均较低.潘锦锋等[11]通过研究发现，鲢鱼鱼糜经过24周-10℃冷冻保藏，其中的盐溶性蛋白含量降至新鲜鱼糜的39.2%，持水力仅为新鲜鱼糜的63%.Yamashiitad等[12]的研究结果表明，经-25℃冷冻储藏120 d后，岐须科鱼肌原纤维蛋白中未冻结水含量下降约20%.

Yamanaka等[13]研究显示ATP水解可调节肌球蛋白促使肌肉收缩.肌肉的收缩与舒张主要受到肌动蛋白和肌球蛋白分离与结合的影响.肌动蛋白和肌球蛋白在分离与结合过程中需要的能量主要由ATP水解提供.ATP酶通过控制ATP水解来控制肌肉的收缩与舒张，从而使得蛋白质具有一定弹性.因此，ATP酶的活性也是蛋白质冷冻变性的重要指标之一.刘欣等[14]将鳙鱼鱼糜放置在-18℃下冻藏24周后，发现其ATP酶活性下降了90.4%.Yamashiitad等[12]的研究显示岐须科鱼肌原纤维蛋白的ATP酶活性在冷冻储藏30 d后降低了约40%.

凝胶特性反映了冷藏过程中鱼糜蛋白是否发生变性以及变性的程度，可以直观地体现出鱼糜制品的品质，是鱼糜制品特有的属性[15].鱼糜制品凝胶的形成与肌原纤维蛋白有密切关系，肌原纤维蛋白在冷冻过程中的变性会影响鱼糜制品的凝胶强度.Oskao等[16]的研究表明，竹荚鱼鱼糜在-25℃下冻藏30 d后凝胶强度下降50%.

随着农业生产水平不断的提升，农产品的质量成为人们普遍关注的话题。在农业的实际生产过程当中，由于受到诸多因素所影响，导致农产品质量偏低。因此，如何提高农产品质量，成为当前农业生产领域共同研究的课题。本文主要对目前我区土壤肥料工作中存在的问题作出论述，并分析了提高农产品质量中我区土壤肥料工作的主要发展趋势。

水产品在冷冻过程中所发生的物理化学变化不仅会影响产品品质，其所含营养成分也会受到一定程度的破坏，如鱼肉冻结会加快不饱和脂肪的氧化.而添加抗冻剂，可以有效地延缓和阻止水产品的这种变性现象.

2 鱼糜冻藏过程中所用抗冻剂

日本最早将丙三醇作为用于水产品防止蛋白质变性的物质[17].糖类、氨基酸、复合磷酸盐等也具有很好的抗冻效果.在鱼糜产业中应用较为广泛的是由复合磷酸盐、山梨醇和蔗糖组成的复合抗冻剂.

各种抗冻剂的性质不同，其抗冻效果也不尽相同.Noguchi等[18]认为防止鱼肉蛋白冷冻变性的物质一般具有以下特点：（1）分子中必须含有一个—COOH或—OH必需基团，并且具有一个以上—COOH、—OH、—SH、—NH2、—SO3H、—OPO3H2辅助基团；（2）分子中的功能基团（包含必需及辅助基团）必须合理分布；（3）相对分子质量较小.

根据抗冻剂化学性质的不同，可将其大致分为糖类、复合磷酸盐类和蛋白质水解物型抗冻剂3类.

2.1 糖类抗冻剂

1959年北海道中央水产实验室的西谷氏等将蔗糖添加到狭鳕鱼糜中解决了鱼糜蛋白质冷冻变性现象.糖类作为抗冻剂应用在鱼糜生产中有着悠久的历史，直到现在糖类依然作为主要的抗冻剂，广泛地应用于鱼糜生产中.

鱼糜及其制品冷冻变性与冰晶的形成有很大关系.Wakamatsm等[19-20]研究证明蔗糖可以稳定临界水从而减少冰晶的形成.Matsumoto等[21]认为蔗糖通过稳定蛋白质周围的水分来维持蛋白质空间结构.

蔗糖价格低廉且抗冻效果较好，是鱼糜抗冻剂的主要成分.但由于蔗糖甜味较强，会给鱼糜带来甜味，在实际应用上会有一定的限制.山梨醇甜度较蔗糖低，且价格较低，应用的也十分广泛.现在蔗糖多与山梨醇、复合磷酸盐等复配使用.

海藻糖是由两个葡萄糖分子以α，α，1，1-糖苷键构成的非还原性糖类，其性质非常稳定，且对多种生物活性物质具有保护作用.大量研究[22-23]发现，高山植物复活草能够耐过冰雪严寒；一些昆虫在高寒、高温和干燥失水等条件下不冻结、不干死；沙漠植物卷叶柏在干旱时几近枯死，遇水后却又可以奇迹般复活，与它们体内的海藻糖有重要关系.因此在科学界，海藻糖有“生命之糖”的美誉.近年来我国多位学者将海藻糖应用于水产品的抗冻保鲜领域.曲楠等[24]研究发现添加10%海藻糖可以有效地抑制罗非鱼鱼糜盐溶性蛋白、ATP酶活性、巯基含量、保水性和凝胶强度的下降.刘欣等[14]研究证明添加8%海藻糖的鳙鱼鱼糜经24周冷冻储藏后凝胶强度仍可保持在700 g/cm2，盐溶性蛋白仅降低了19.2%，与传统抗冻剂效果相近.韦航等[25]将海藻糖、碳酸钠和乳化剂进行复配，结果表明海藻糖复配抗冻剂可抑制鱼片和鱼丸的冷冻变性.

2.2 复合磷酸盐抗冻剂

我国已批准使用的磷酸盐有三聚磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、酸式焦磷酸钠和焦磷酸二氢钠等8种.复合磷酸盐是由偏磷酸盐、焦磷酸盐、聚合磷酸盐等按一定比例混合而成[28].

复合磷酸盐的作用主要体现在：（1）螯合金属离子；（2）提高肉制品的 pH；（3）增加肉制品的离子强度；（4）提高肉制品的保水性等.复合磷酸盐在肉制品中的使用较为广泛.添加复合磷酸盐可以提高肉制品的保水性，维持肉制品的嫩度.汪学荣等[29]将0.5%的复合磷酸盐（三聚磷酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠配比为2∶2∶1）加入鲢鱼糜中成品率可达到124.78%，说明鱼糜保水性得到了较大的提高.谢超等[30]将4%低聚糖、2%山梨醇、1%蔗糖和0.3%混合磷酸盐加入鱼糜中，冷冻鱼糜的凝胶强度最高可达14 148.1 g/cm2.

在实际生产中，复合磷酸盐多与其他抗冻剂一起复配使用.向文蛤和波纹巴非蛤中添加由4%蔗糖、4%山梨醇、0.1%焦磷酸盐、0.2%三聚磷酸盐组成的复合抗冻剂，经冷藏4个月后，盐溶性蛋白含量可提高至60%以上，贝糜的影响效果更为显著可达到70%以上；另外抗冻剂还可以有效地抑制肌原纤维ATP活性的下降[31].

但是摄入过多的磷酸盐会影响人体对钙质的吸收.随着人们健康理念的增强，这将成为复合磷酸盐在冷冻保鲜领域的重要障碍.实际应用过程中应控制磷酸盐的添加量.

2.3 蛋白质水解产物型抗冻剂

蛋白质的水解产物也是一种有效的抗冻剂，在一定程度上能抑制鱼肉的冷冻变性，减少鱼糜凝胶强度的下降，同时可以增加食品的营养价值.

刘艺杰等[32]利用木瓜蛋白酶、低温碱性酶、风味蛋白酶酶解红鱼鱼排，所得酶解产物的主要成分为多肽和氨基酸，酶解产物的氨基酸含量在70%以上.将5%酶解产物加入鳙鱼鱼糜中，-20℃冷冻储藏.酶解产物能够在一定程度上抑制鳙鱼鱼糜的冷冻变性，延缓鱼糜凝胶强度的降低，其中木瓜蛋白酶酶解物的效果最佳.样品冻藏6周后，添加了蛋白酶水解产物样品的肌原纤维蛋白溶解度仅比传统抗冻剂组低4.0%；冻藏8 d后凝胶强度可保持在66.8%以上；冻藏12周后，活性可保持新鲜鱼糜的65.1%，仅比传统抗冻剂组低6%.

Zhang等[33]用内源蛋白酶和胞外蛋白酶水解处理南极虾和另外两种小虾，向岐须科鱼肌原纤维蛋白中添加2.5%～12.5%的蛋白水解产物，在-25℃条件下低温密封储藏120 d，肌原纤维蛋白ATP酶活性和持水性的降低均受到一定程度的抑制，最多可抑制80%ATP酶活性的降低.

Hossain等[34]将2.5%～10%鱿鱼的蛋白水解产物加入狗母鱼肌原纤维蛋白，-25℃条件下保存90 d.结果显示，添加超过5.0%的鱿鱼水解物，可以有效抑制肌原纤维蛋白样品的ATP酶活性和持水性的降低，并可防止岐须科鱼肌原纤维蛋白冷冻变性.添加10%的蛋白水解物样品ATP酶活性可保持在79.5%.

综上所述，比较3种常见抗冻剂优缺点及应用领域，详见表1.

表1 常见抗冻剂的优缺点及应用领域比较

3 展望

与其他红肉相比，鱼肉成分与蛋白质结构更为复杂，研究其冷冻变性机理较为困难.但随着研究的深入和现代技术的应用，有可能进一步准确了解水产品冷冻变性机理.探明蛋白质冷冻变性和分子之间的作用机理，寻找防止鱼肉蛋白质冷冻变性的方法，建立鱼肉蛋白质冷冻变性的防御体系，是解决蛋白质冷冻变性的有效途径[35].

现在，人们更加关注食品安全，对食品健康的要求也逐渐提高.传统抗冻剂已经不能满足人们的要求.随着对水解产物型抗冻剂研究的进一步深入，将会发现更多抗冻效果好的水解产物.在未来，水解产物型抗冻剂将会逐渐替代传统抗冻剂.

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PROGRESSON FREEZE DENATURATION OF AQUATIC PRODUCT AND SURIMIANTI-FREEZING AGENT

ZHANG Ya-nan1，2,ZHAO Li2,LIU Hua2,YUAN Mei-lan2,DENG Dan-wen1
（1.Sino-german Food Engineering Center,Nanchang University,Nanchang 330045,China;2.School of Life Science,Jiangxi Science and Technology Normal University,Nanchang 330013,China）

Aquatic products contains rich nutrition,and are easy to deteriorate at room temperature.At present,the aquatic products are usually stored by low-temperature freezing storage.In the freezing process,the proteins in the aquatic productsmay denature to influence the product quality.For example,the gel strength and the water retention ability of surim i products decreases as the freezing time prolongs.The particle described the freeze denaturation mechanism of aquatic products,and the anti-freezing effects of common food anti-freezing agents,such as carbohydrates,compound phosphates and protein hydrolysate,in the frozen aquatic products.

aquatic products； freeze denaturation； anti-freezing agent； surimi

TS254.4

A

CNKI:41-1378/N.20111220.1501.018

1673-2383（2011）06-0088-05

http://www.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20111220.1501.018.html

网络出版时间：2011-12-20 03:01:44PM

2011-04-25

国家农业部948项目（2010-Z57）；江西省教育厅青年科学基金项目（GJJ11226）；江西科技师范学院校级课题（KY2010ZY07）

张娅楠（1987-），女，山东烟台人，硕士研究生，研究方向为食品科学.

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