亲水胶体对肌原纤维蛋白凝胶特性的研究进展

包海蓉，汤嘉慧，郭全友，邹咪，谢晨，熊泽语

1(上海海洋大学 食品学院，上海，201306)2(中国水产科学研究院东海水产研究所，上海，200090) 3(上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心，上海，201306) 4(农业部水产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室(上海)，上海，201306)

肌原纤维蛋白是肌肉蛋白中含量最高的蛋白质。肌原纤维蛋白是盐溶性蛋白质，可以溶解于浓度较高的盐溶液中，所以肌肉中蛋白质的许多功能特性与蛋白质的溶解性密切相关[1]，因此肌原纤维蛋白在肉制品加工中发挥着重要的作用。

亲水胶体的化学组成大多是天然多糖、蛋白质及衍生物，广泛分布于自然界[2]。目前，亲水胶体的应用非常广泛，主要作为增稠剂和凝胶剂，也有添加在食品中代替脂肪[3-4]，改善食品的口感和品质。

许多人担心加工食品中钠的消耗量增加，这为食品工业提供了低盐产品的机会。但是，许多重组肉制品需要盐来溶解和提取肌原纤维蛋白以获得黏性渗出物，用于肉块之间的结合。但是，溶解和提取的蛋白质的量会随着盐水平的降低而减少，这使得结合能力受到影响[5]。少量添加亲水胶体就能够有效地改善肌原纤维蛋白凝胶的质构，并且降低成本。因此，了解亲水胶体的功能特性以及其改善肌原纤维蛋白凝胶特性的作用机理，可以便于选择加入肉制品中的亲水胶体种类以及用量。本文综述了肌原纤维蛋白凝胶的形成机理，亲水胶体对肌原纤维蛋白凝胶特性的作用机理以及亲水胶体在肌原纤维蛋白中的应用。为今后肌原纤维蛋白的研究和发展以及亲水胶体的应用提供参考。

1 肌原纤维蛋白及其凝胶形成机理

1.1 肌原纤维蛋白简介

肌原纤维蛋白影响肉制品的流变特性。FERRY早在20世纪就进行了相关研究，从此开辟了一个全新的领域[6]。肉制品的功能特性会受到盐溶性蛋白质热诱导凝胶的影响。因此，研究影响凝胶特性的各种因素，以及肌原纤维蛋白凝胶的形成机制，可以为更好地生产满足不同需求的肉制品提供指导意义。

1.2 肌原纤维蛋白凝胶机制

蛋白质凝胶是一种特殊的体系，引力、多聚体之间和多聚体-溶剂斥力之间达到平衡状态以后，形成有序的网络结构[7]，结构空隙中会充满液体或气体。蛋白质发生凝聚的主要原因是：反应基团会因为蛋白质分子发生解聚和伸展，从而暴露出来，促进蛋白质之间的相互作用。当处于较低的温度时，蛋白质之间的氢键容易形成。当温度不断升高时，由于产生许多巯基和二硫键，分子之间的网络结构得到增强，从而使得蛋白质分子之间的相互作用得到增强，热不可逆凝胶便由此形成[8]。凝胶根据其方式大致可分为：加热后冷却形成的凝胶；调整pH或部分水解形成的凝胶；加热并与金属盐络合形成的凝胶[9]。

1.3 肌原纤维蛋白凝胶形成影响因素

肌原纤维蛋白凝胶形成是变性的蛋白质分子间排斥力和吸引力相互平衡的结果。任何影响这些力间平衡的因素，都会对凝胶的形成产生影响。在高压的作用下，肌动蛋白和肌动球蛋白解聚，使得肌原纤维蛋白的溶解性提高，从而影响肌原纤维蛋白的凝胶特性[10]；酶能够使蛋白质形成稳定的共价连接，转谷氨酰胺酶催化蛋白质分子内和分子间发生交联，使得蛋白质和氨基酸之间连接，从而影响凝胶的形成；冷藏会引起蛋白质变性，可溶性蛋白质含量减少，使得蛋白质的凝胶能力下降。除此以外，pH值、离子强度、各种盐类以及温度等因素，都会对肌原纤维蛋白凝胶形成产生影响。

2 亲水胶体

2.1 亲水胶体简介

亲水胶体通常为具有较好的凝胶性、增稠性和稳定性的多糖或蛋白质[11]，可以控制水分，改善食品品质，所以在食品加工中被广泛应用[12-13]。

2.2 亲水胶体种类

按照来源、离子性质和化学结构，亲水胶体可进行分类，具体见表1[14]。

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

2.3 亲水胶体的功能特性

亲水胶体在水中可以分散和膨胀。它的性质与很多因系有关，一是本身的结构因素，二是溶液体系的性质[15]。一般具有较多亲水基团的多糖容易形成凝胶，支链较多的多糖因受酸、碱、盐影响小，不易形成凝胶，但是可以和其他胶复配形成凝胶。在食品工业中，亲水胶体的主要功能有：增稠、凝胶、稳定、代替脂肪等[14]。

2.3.1 增稠、分散和稳定作用

亲水胶体溶于水后使体系具有黏稠感。体系中的分散相由于体系黏度增加而不容易聚集和凝聚，从而使分散体系更加稳定。王嫣等研究发现，变性淀粉与胶体复配使用,可以大大提高体系的增稠稳定性,从而起到协同增效的作用[16]。赵光远等研究发现，鲜枣浊汁饮料中添加0.04%黄原胶和0.04%酸性羧甲基纤维素后进行均质，可以提高鲜枣浊汁饮料的稳定性[17]。赵光远等研究发现，添加复配的0.05%羧甲基纤维素、0.07%海藻酸钠和0.10%黄原胶于石榴汁中，可以使浑浊石榴汁保持良好的稳定性[18]。林美娟等研究发现，刺槐豆胶、黄原胶质量比为4∶1时,糯玉米汁体系具有最佳稳定性[19]。

2.3.2 凝胶作用

蛋白质、多糖以及蛋白质和多糖之间可以形成共混凝胶,它的形成比单独形成凝胶具有更低的凝胶临界温度和浓度，甚至可以使原本不能单独形成凝胶的两种高分子共混后形成凝胶，这对于生产新型食品起到很大的作用[15]。潘丽华等研究发现，随着温度的上升，亚麻籽胶对提高肌原纤维蛋白的凝胶强度具有促进作用[20]。

2.3.3 作为脂肪取代物

脂肪取代物的种类很多，主要是亲水胶体或亲水胶体的衍生物，在生产低脂食品时添加。LIN等研究发现，将大豆分离蛋白、魔芋精粉、黄原胶、卡拉胶分别以质量分数为2.0%、2.0%、0.4%、0.3%加入到肉糜中，可以使肉糜更加润滑并且改善质构[21]。翟小波研究发现，低脂兔肉灌肠的弹性模量G′、凝胶强度、硬度、持水性、胶着性、咀嚼性等，随着变性淀粉添加量的增加均呈增加趋势[22]。

3 亲水胶体在肌原纤维蛋白中的应用

3.1 亲水胶体对肌原纤维蛋白凝胶特性的作用机理

静电交互作用是蛋白质与阴离子多糖之间的主要相互作用[23]。肌原纤维蛋白与水胶体之间，既存在静电排斥又可以有静电吸引作用。在一定条件下，亲水胶体与肌原纤维蛋白发生美拉德反应，通过共价键连接，形成共价络合物。许多研究认为，在加热过程中形成凝胶网络结构的主体成分—肌原纤维蛋白，首先形成凝胶；但是亲水胶体在凝胶体系中只发生物理重排，然后填充在凝胶空隙中，随后冷却时形成结合水分的凝胶片段[24-26]。

3.2 亲水胶体的应用

3.2.1 单一亲水胶体在肌原纤维蛋白中的应用

肉制品中通常添加淀粉作为增稠剂和赋形剂。吴香等研究发现，随着温度升高，淀粉颗粒逐渐溶胀吸水，从而使得肌原纤维蛋白-淀粉混合物结构更紧凑，从而导致G′增加[27]。吴满刚等研究发现，淀粉颗粒越大，淀粉-肌原纤维蛋白形成凝胶时的温度越接近淀粉的糊化温度，淀粉对凝胶的支撑效应越好，从而形成的淀粉-肌原纤维蛋白复合凝胶的强度越大[28]。从而可知，淀粉对肌原纤维蛋白凝胶产生影响是由于淀粉在糊化过程中膨胀支撑了凝胶网络体系。卡拉胶是从红藻类海草中提取出的多糖的总称，卡拉胶的反应主要来自于其分子上的半硫酸基团(ROSO3-)。近年来在食品工业中被广泛应用。SINTHUSAMRAN等研究发现，混合凝胶的硬度因添加了κ-卡拉胶而降低。随着κ-卡拉胶水平的增加，来自海鲈鱼皮肤或海鲈鱼膀胱的凝胶的弹性和黏结性降低[29]。董秋颖研究发现，由于卡拉胶的阴离子基团与肌原纤维蛋白氨基酸侧链的阳离子基团发生静电相互作用，添加了卡拉胶的鸡胸肉肌原纤维蛋白的弹性得到提升[30]。壳聚糖是一种来源于甲壳类动物和肢节昆虫的动物性纤维素，与肌原纤维蛋白中带负电荷的基团结合之后，能够增强凝胶硬度和保水性[31]。田其英研究发现，添加壳聚糖后，鱼肉肌原纤维蛋白中的谷氨酰胺残基会与氨基葡萄糖的游离氨基形成蛋白质-多聚糖混合物，从而产生的共价键和非共价键能够改善肌原纤维蛋白凝胶的强度[32]。张茜等研究发现，壳聚糖和鲢鱼肌原纤维蛋白之间形成了氢键，氢键的形成有助于改善肌原纤维蛋白的凝胶特性[33]。由此可知，壳聚糖对鱼肉肌原纤维蛋白凝胶特性具有一定的促进作用。亚麻籽胶是以亚麻的种子或籽皮为原料制成的制品。高鹏程研究发现，添加配比为0.05%～0.1%的亚麻籽胶于肌原纤维蛋白中，可以在不影响肉制品品质的情况下，对肌原纤维蛋白功能及凝胶品质进行改善[34]。陈海华等研究发现，在猪肌原纤维蛋白中添加适量亚麻籽胶，肌原纤维蛋白凝胶的凝胶强度和储能模量得到增加。这主要是由于亚麻籽胶和肌原纤维蛋白之间的静电相互作用。其次，二硫键和氢键也有一定的促进作用[35]。结冷胶是一种阴离子微生物多糖，由于其胶凝能力，它已被用于蛋白质凝胶，如明胶和肌原纤维蛋白。范选娇等研究发现，在肌原纤维蛋白中添加结冷胶，SDS-PAGE结果显示，加热后凝胶的肌原纤维蛋白重链条带的强度明显减弱，这说明结冷胶可以促进凝胶中肌原纤维蛋白重链之间的交联，从而改善凝胶裂化现象，对肌原纤维蛋白凝胶特性有促进作用[36]。

3.2.2 复配亲水胶体在肌原纤维蛋白中的应用

单一的亲水胶体对肌原纤维蛋白的作用效果单一，所以，许多人对复配亲水胶体进行研究，来满足不同的需要。陈海华等研究发现，由于可得然胶、罗望子胶和魔芋胶属于中性多糖，添加到竹荚鱼肌原纤维蛋白中，在加热过程中，95℃时肌原纤维蛋白的储能模量提升；羧甲基纤维素(carboxymthylcellulose sodium,CMC)、卡拉胶和琼脂属于阴离子多糖，具有遇冷形成凝胶的特点，可以提高肌原纤维蛋白凝胶网络结构，所以将这3种亲水胶体加入竹荚鱼肌原纤维蛋白中，可以提高20℃时肌原纤维蛋白的储能模量；瓜尔胶无法形成凝胶，海藻酸钠是阴离子的钙凝型多糖，对于肌原纤维蛋白凝胶特性没有影响；黄原胶和果胶在普通条件下无法成胶，与肌原纤维蛋白无相互作用[37]。苏博等研究发现，卡拉胶、刺槐豆胶、瓜尔胶组成的复配亲水胶体对牛肉中肌原纤维蛋白凝胶强度增强有显著效果[38]。王诗萌等研究发现，添加复配的卡拉胶和黄原胶以后，形成的蛋白凝胶强度和保水性随着添加量的增加而提高[39]。贾娜等研究发现，添加复配的亚麻籽胶、黄原胶、魔芋胶和卡拉胶，可以显著提高肌原纤维蛋白的凝胶硬度、弹性和保水性，并且提高的幅度伴随着复配胶添加量的增加而提高[40]。王芝妍等研究发现，由于壳聚糖是天然的阳离子多糖，能结合肌原纤维蛋白分子中的带负电荷基团，有利于蛋白质分子交联；转谷氨酰胺酶能促进肌球蛋白重链形成交联结构；卡拉胶和海藻酸钠都是带负电荷的亲水胶体，可将水分子笼络在网络结构中。因此添加0.9%卡拉胶、0.4%壳聚糖、0.25%海藻酸钠和0.5%转谷氨酰胺酶，能够使得秘鲁鱿鱼的肌原纤维蛋白凝胶特性得到明显改善[41]。夏秀芳等研究发现，肌原纤维蛋白溶液的凝胶强度和弹性，随着马铃薯淀粉和MTG(转谷氨酰胺酶)添加量的增加而增加，凝胶的保水性和白度也得到不同程度的增加[42]。于建行研究发现，添加黄原胶∶魔芋胶∶卡拉胶(质量比)=3∶1∶3时，形成的肌原纤维蛋白凝胶强度得到显著提高[43]。杨明研究发现，不同温度下肌原纤维蛋白的弹性、凝胶硬度，随着MTG和马铃薯淀粉添加量的增加有逐渐增大的趋势[44]。陈哲敏等研究发现，黄原胶、κ-卡拉胶与魔芋胶的最佳质量配比为0.3∶1∶1.3，此时，总胶浓度的增加使得凝胶强度也得到提高[45]。RAMREZ等研究发现，将黄原胶、刺槐豆胶和钙离子同时加入肌原纤维蛋白中，使肌原纤维蛋白凝胶的机械性能增加[46]。

4 展望

动物肌肉中含量丰富的肌原纤维蛋白，在肉制品加工过程中影响着发挥着重要的作用。亲水胶体能够改善肉制品的口感、风味等，提高产品的品质，满足人们对肉制品的不同需求，同时能够降低成本增加经济效益[47]。目前，许多人通过对凝胶的持水性、凝胶强度以及混合体系的流变特性进行研究，探究亲水胶体对肌原纤维蛋白的影响以及亲水胶体与肌原纤维蛋白的作用机理。随着人们对亲水胶体-肌原纤维蛋白混合体系以及凝胶的不断深入研究，在未来，可以结合电镜扫描、傅立叶红外、粒子追踪等方法，对凝胶的微观特性进行研究，通过宏观与微观相结合的方法，总结出亲水胶体结构和特性与肌原纤维蛋白凝胶特性间的关系，更好地研究亲水胶体-肌原纤维蛋白混合体系凝胶的过程机制。可以为肉制品的生产提供新思路新方法，生产出更多满足不同人群需求的产品。