天然抗氧化剂对鱼糜及鱼糜制品抗氧化能力及品质影响的研究进展

励建荣，王忠强，仪淑敏，李学鹏，徐永霞，周小敏，王明丽

（1.渤海大学食品科学与工程学院，国家鱼糜及鱼糜制品加工技术研发分中心，辽宁省食品安全重点实验室，辽宁 锦州 121013；2.海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心，辽宁 大连 116034；3.浙江兴业集团有限公司，浙江 舟山 316120；4.蓬莱京鲁渔业有限公司，山东 烟台 265600）

鱼糜是一种通过去头、去内脏、切片、去骨、洗涤、脱水、精炼、与冷冻保护剂混合和冷冻而生产出的富含精制鱼肌原纤维蛋白的水产调理食品原料[1]。鱼糜制品是以鱼肉或冷冻鱼糜为原料，经过绞碎，加食盐、辅料等进行擂溃成黏稠的鱼肉糊后，再成型、加热，制成具有弹性的凝胶体[2]。鱼糜制品具有悠久的历史，且加工原料丰富，不受鱼种限制，同时在鱼糜生产过程中对不可食用部分集中回收有利于综合利用和环境卫生[1]。除此之外，鱼糜制品是一类营养丰富、口味多样、食用方便的低胆固醇食品[3]。鱼肉香肠、模拟蟹肉、模拟虾肉、模拟贝柱、鱼糕、鱼豆腐、模拟蟹肉等均为常见的鱼糜制品[3]。

根据《稗史》记载，中国鱼丸起源于秦朝（公元前221—207年）[4]。然而，据《圣济总录》记载，最早记录鱼丸的时间是1111—1117年，古人曾以姜鱼丸作为一种药物，主治消渴以及饮水不止[5]。随着经济的发展，我国2017年、2018年和2019年水产品总产量分别达到6 445.33、6 457.66、6 480.36万 t，其中，2019年海水产品产量3 282.50万 t，淡水产品产量3 197.87万 t，2019年鱼类产量3 529.88万 t，比2010年增长397.90万 t[6]。

鱼糜市场发展迅速，鱼糜制品也受到了广大消费者的喜爱，但鱼糜原料经过多次搅碎、漂洗和脱水等工艺，碎鱼肉经常暴露在空气中，这不仅加速其脂肪氧化，而且有利于细菌的感染和生长[2]。随着海洋食品的不断发展，鱼糜的需求量逐渐增加。为了实现鱼糜加工业的持续高效发展，科研工作者需要从各方面解决鱼糜品质劣变的问题。将抗氧化剂添加到鱼糜制品中，可以有效防止脂质氧化，抑制微生物的生长并改善色泽和风味，从而延长保存时间[7]。并且，食品中所添加的抗氧化剂是一类以低量添加至食物中可有效防止食物被氧化且在国家标准添加范围内安全的物质[8]。

1 鱼糜及鱼糜制品的氧化

鱼糜及鱼糜制品的氧化受多种因素的影响，如环境因素（氧气、光照、温度、辐照、高压）、外源添加物（盐、硝酸盐、糖类和抗氧化剂类等）、加工方式（蒸、煮、烤等）和自身因素（不饱和脂肪的程度、脂肪酸含量）等[9]。因此，鱼糜在加工、贮藏和运输过程中品质也会变化，其中包括脂肪氧化、蛋白质氧化、腥味增加及微生物引起的腐败变质等问题[10-15]。

1.1 脂肪氧化

脂肪氧化是长期以来影响食品贮存品质的一个重要因素。脂肪氧化过程会产生多种醛、酮、酸等物质，从而散发令人厌恶的味道，同时会破坏营养物质，甚至产生有毒化合物，给生产者和消费者带来经济损失，其中不饱和脂肪酸是脂肪产品中氧化异味的潜在来源[16]（图1）。鱼糜富含多不饱和脂肪酸，如二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸[2]。多不饱和脂肪酸可以降低血液黏稠度、改善血液微循环，并对心血管疾病具有预防作用[17]。然而，多不饱和脂肪酸容易被氧化，从而产生不良风味，影响鱼糜及鱼糜制品品质[15]。此外，氧气、脂肪氧合酶、肌红蛋白、血红蛋白和金属离子（如Fe2+和Cu2+）的存在可加速脂肪氧化[18-20]。鱼糜在制作过程中，细碎的鱼肉暴露于空气与加工器械中增大了与氧气和金属的接触机会，使鱼糜及鱼糜制品在后续如高温油炸、蒸煮、烘烤等成型工艺中更易发生脂肪氧化，从而影响鱼糜及鱼糜制品品质[15]。鱼糜及鱼糜制品在运输和贮藏过程中，若保存不当，容易受微生物污染，从而促进鱼脂肪氧化，生成醛酮类化合物、羰基化合物和有害致病菌，使鱼糜及鱼糜制品的品质及安全性下降[21]。

图1 脂肪的氧化机理[16]Fig. 1 Mechanism of lipid oxidation[16]

1.2 蛋白氧化

近年来，人们越来越重视蛋白质氧化的相关研究。在氧气存在下，自由基与蛋白质/肽的反应会引起蛋白主链和氨基酸侧链的变化，其中包括肽键的断裂、氨基酸侧链的修饰和共价分子间交联蛋白衍生物的形成[22-23]（图2）。氨基酸修饰是指具有羟基、巯基等基团（R基）的氨基酸被糖基化、磷酸化、乙酰化等修饰的过程，而交联大多数是通过失去半胱氨酸和酪氨酸残基形成二硫键和二酪氨酸的过程[24]。蛋白质氧化可导致蛋白质失去必需氨基酸，从而使其功能损失，消化率降低，还可导致蛋白质疏水性、构象、溶解性及对蛋白质水解酶敏感性的改变[25-26]。在研究鲟鱼鱼糜冻藏过程中发现，鲟鱼鱼糜的盐溶性蛋白含量下降，水溶性蛋白含量上升，羰基含量呈现下降趋势，巯基含量呈现上升趋势，表面疏水性呈现先下降后上升的趋势，这些均可以说明鲟鱼鱼糜在冻藏过程中会发生蛋白氧化，从而发生品质劣变[27]。

图2 蛋白质氧化机理[22-23]Fig. 2 Mechanism of protein oxidation[22-23]

2 抗氧化剂分类

抗氧化剂一词最初是用来特指一种阻止氧气消耗的化学物质[28]，其生物学作用的早期研究主要集中在防止不饱和脂肪酸氧化的应用方面，抗氧化剂作为自由基受体，在自动氧化的初始阶段可终止氧化进程[29]。抗氧化剂按来源可分为天然抗氧化剂和化学合成抗氧化剂两类。

一般常用的合成抗氧化剂有2,6-二叔丁基对甲基苯酚、特丁基对苯二酚、叔丁基对羟基茴香醚和没食子酸丙酯[7]。化学合成抗氧化剂的抗氧化效果比天然抗氧化剂更显著，但其安全性一直受人们所质疑[30]。研究发现，叔丁基对羟基茴香醚质量浓度为5 mg/L时便可引起剑尾鱼100%死亡，表明叔丁基对羟基茴香醚对剑尾鱼会产生急性毒性[31]。除此之外，高浓度的丁基羟基茴香醚可以诱导鱼类红细胞产生毒性[32]。以2,6-二叔丁基对甲基苯酚对鲑鱼进行12 周喂养和2 周净化实验，结果显示，在2 周的净化周期内，仅有8%～13%饲用的2,6-二叔丁基对甲基苯酚被消除，这说明2,6-二叔丁基对甲基苯酚在鱼体内会被高度保留[33]。

从天然来源中获得的具有抗氧化能力的成分被视为天然抗氧化剂。天然抗氧化剂按活性成分可分为黄酮类、多酚类、皂苷类、鞣质类、维生素类、褪黑素类等，食品行业研究较多的天然抗氧化剂有酚类化合物、维生素、含氮化合物和植物萃取物等[34]。其中，高等植物是天然抗氧化剂最丰富的来源，例如水果、蔬菜、香料、草药、谷物、谷物、油籽、豆类种子、茶叶、咖啡和可可等[35]。

3 天然抗氧化剂的种类以及其对鱼糜及鱼糜制品抗氧化作用机制

植物酚类和多酚类化合物是一类有一个或多个带有羟基取代基的芳香族化合物，并且是植物体内一种次级代谢产物[36]。近年来，各种酚类化合物被用作鱼肉和鱼糜的凝胶增强剂、抗氧化剂以及防腐剂等[37-38]。多酚类化合物在水产品保鲜中的研究以陆生植物源为主，其中茶多酚应用较为广泛[39]。茶多酚主要来源于茶叶，主要以没食子酸及其儿茶素衍生物的形式存在，是一种优良的天然抗氧化剂，而且茶多酚和其他抗氧化剂存在协同作用，如VC、壳聚糖以及牛至油精油等[37,39]。除此之外，黄酮类化合物是研究最广泛的一类多酚类化合物，并且在体外具有强大的抗氧化活性，能够清除各种活性氧、活性氮和氯离子，如超氧化物、羟自由基、过氧基自由基以及过亚硝酸和次氯酸[40]。金属离子可以通过催化不饱和脂肪酸中的氢游离出来形成自由基，从而提高氧化的速率[41]。因此，通过螯合易氧化的金属离子可有效降低氧化速率，如黄酮类化合物具有较强的金属螯合活性，通过其4-酮基和5-羟基或3-羟基和4-羟基与金属离子配位，使黄酮类化合物与二价阳离子形成络合物，从而有效螯合金属离子[41]。

维生素类抗氧化剂包括VC、VB1、VE和VA及其衍生物等。VC又称L-抗坏血酸，其能够螯合金属离子、清除自由基，并能与其他抗氧化剂复合，从而抑制鱼糜氧化[42]。VE又称α-生育酚，可以将自由基ROO·转化成化学性质不活泼的氢过氧化物（ROOH），中断脂质氧化链式反应，从而达到抗氧化的目的[43]。

具有抗氧化活性的含氮化合物主要包括生物碱、杂环氨基酸、肽或有机胺类，如茶叶中的咖啡碱和咖啡中的咖啡因以及马钱子碱、金雀花碱、精胺等，这些物质多含有杂环结构，杂环中的氮原子裸露，利于接触活性氧并与之反应，最后将活性氧消除，从而达到抗氧化的效果[44]。

其他从植物中提取纯化的物质同样具有较强的抗氧化能力，如白藜芦醇、槲皮素、芦丁、咖啡酸等。叶绿素和类胡萝卜素是自然界中普遍存在的植物色素，因具有单线态氧的淬灭特性而具有抗氧化活性[45]。β-胡萝卜素也是一种通过淬灭单线态氧而起到抗氧化效果的天然化合物，其作用机理是激发态的单线态氧将能量转移到类胡萝卜素上，使类胡萝卜素由基态（1类胡萝卜素）变为激发态（3类胡萝卜素），而后者可直接放出能量回复到基态[28]。

综上，天然抗氧化剂可通过清除自由基、螯合易氧化金属、淬灭单线态氧和促使氢过氧化物分解以及灭活脂氧合酶等多种方式来减缓鱼糜及鱼糜制品的氧化速率[46-47]（图3）。抗氧化剂清除自由基的有效性取决于酚氧和酚氢之间的键离解能，以及抗氧化剂自由基的还原电位和离域[48]。不同的天然抗氧化剂抗氧化效果存在差异，在未来的研究中，不同效果的天然抗氧化剂组合协同增效将是食品保鲜的重点研究方向。

图3 抗氧化剂在防止多不饱和脂肪酸氧化中的作用[48-49]Fig. 3 Role of antioxidants in preventing oxidation of polyunsaturated fatty acids[48-49]

4 天然抗氧化剂对鱼糜及鱼糜制品品质的影响

4.1 天然抗氧化剂对鱼糜及鱼糜制品的抗氧化作用

鱼糜及鱼糜制品中含多不饱和脂肪酸，在冷藏以及运输过程中极易发生脂肪氧化，从而促使蛋白质氧化，导致鱼糜的风味和品质大大降低[49]。因此，一类从植物、动物组织和微生物中提取的天然抗氧化剂已被逐渐应用于鱼糜及鱼糜制品中，如6-姜酚、茶多酚、苹果多酚、VC和鹧鸪茶提取物等。6-姜酚可有效缓解草鱼鱼糜冷藏过程中的脂肪和蛋白质氧化，此外，由于6-姜酚与紫苏油的协同作用改善了鱼糜的凝胶强度、保水性和质构品质，从而能进一步延长鱼糜的货架期[50]。茶多酚、苹果多酚和葡萄多酚均是植物类多酚物质，将3 种多酚加入到鱼糜中发现，在防止氧化腐败以及蛋白变性方面以茶多酚效果最好，其次是葡萄多酚，最后是苹果多酚[51]。刘焱等发现向鱼糜中加入茶多酚和VC，可抑制冷藏鱼糜水分含量的减少，并有效改善鱼糜的凝胶强度，降低鱼糜的酸价、过氧化值和总挥发性盐基氮物质含量，且复合使用略有增效作用[37]。向鲢鱼鱼糜制品添加鹧鸪茶提取物能有效地抑制蛋白质、脂肪等氧化变质，并保持其色泽稳定[49]。表没食子儿茶素没食子酸酯是绿茶中最有效的抗氧化多酚类物质，将其添加至罗非鱼鱼糜中发现，儿茶素没食子酸酯能延缓肌原纤维蛋白变性和降解程度，延缓鱼糜氧化变质程度[52]。VB1又称硫胺素，向鲢鱼鱼糜漂洗水中加入不同质量分数的VB1发现，VB1可通过其抗氧化作用保护鱼糜蛋白免于氧化，延缓鱼糜冷藏过程中的品质下降，且综合考虑pH值、白度、感官品质以及硫代巴比妥酸值等指标可知，以含0.10% VB1的漂洗水处理鲢鱼鱼糜为佳[53]。

4.2 天然抗氧化剂对鱼糜及鱼糜制品的凝胶作用

鱼糜制品凝胶是指蛋白质相互交联形成的一种能够包埋水分和其他小分子物质的连续性基质，其主要的分子间作用力为疏水作用力、离子键、共价键（二硫键和共价交联）和氢键[3]。由于鱼糜制品的加工过程就是鱼糜凝胶化的过程，所以鱼糜制品的凝胶强度为鱼糜制品最重要的品质特性，也是影响鱼糜制品品质等级分布和价格的重要因素[3]。较高的凝胶强度能够改善鱼糜制品咀嚼性和口感，而鱼糜的凝胶性质在冷冻贮藏过程中会受到影响，其中鱼种和冷冻保护剂是影响鱼糜凝胶力学性能的重要因素[54]。针对凝胶强度较差的鱼糜制品，国内外学者进行了大量的研究[55-56]。为提高鲢鱼凝胶特性，通过添加茶多酚、苹果多酚和葡萄多酚发现，多酚能显著延缓鲢鱼持水性与凝胶强度的下降，从而有效改善鱼糜制品的贮藏品质[51]。不同贮藏条件对鱼糜品质有影响，冷藏条件下，草鱼鱼糜的蛋白质溶解性和凝胶特性有所降低，向草鱼鱼糜中添加青苹果多酚可显著提高冷藏期间蛋白质功能特性（乳化活性、乳化稳定性和表面疏水性）、凝胶强度和质地特性（硬度、弹性、内聚性、黏性和咀嚼性）[56]。适宜浓度的椰壳乙醇提取物在高压和加热条件下可有效增强鱼糜凝胶强度[57]。向鲢鱼鱼糜中添加适量的藕节水提液（鱼糜质量的10%）可促进二硫键等共价键的形成，抑制组织蛋白酶活性，促进蛋白质交联以及致密均匀蛋白质三维网络结构的形成，从而改善鱼糜凝胶特性[58]。除此之外，以马鲛鱼鱼糜为原料，加入不同质量分数（0.15%、0.30%、0.45%）的绿原酸、氧化绿原酸、咖啡酸和氧化咖啡酸，观察鱼糜凝胶性能、保水力、水分分布、颜色和微观结构发现，使用适宜质量分数的绿原酸和咖啡酸或氧化绿原酸和咖啡酸可增强马鲛鱼鱼糜凝胶性质并保持其良好色泽[59]。

4.3 天然抗氧化剂对鱼糜及鱼糜制品的风味影响

未经加工处理的鱼糜制品腥味较重，所以鱼糜制品风味的相关研究逐渐增多[60-63]。向鱼丸中添加0.03%的紫苏叶提取物可显著减轻脂肪氧化和蛋白氧化，在一定程度上可以改善鱼丸的风味[60]；向带鱼鱼丸中添加鼠尾草叶、牛至叶和葡萄籽提取物可减少约50%的挥发性异味化合物，包括醛、酮、醇和烃等，从而抑制鱼腥味的形成并在贮存过程中改善带尾鱼丸的风味[61]；将单宁酸（400 mg/kg，以体系总质量计）加入到海鲈鱼鱼糜中能有效抑制挥发性脂质氧化产物的形成，从而延缓鲈鱼鱼糜中鱼腥味的产生，改善其贮存过程中的风味[62]。向冷藏复合鲟鱼鱼糜中添加0.1%（以体系总质量计）α-生育酚后发现，冻藏前期，各组新鲜鱼糜以青草味为主，冻藏后期出现土腥味和哈喇味，但α-生育酚处理的复合鱼糜风味变化较小[63]。因此，经过α-生育酚处理的复合鲟鱼糜可以有效地抑制气味劣变[63]。

4.4 天然抗氧化剂对鱼糜及鱼糜制品的抑菌作用

在贮存期内，微生物的生长是导致鱼糜制品腐败变质重要因素之一，影响其货架期[64]。通过在鱼糜制品中添加萜类、酚类以及黄酮类等抗氧化剂能有效抑制微生物的生长繁殖，其主要表现为以下几个方面[65]：1）破坏细胞壁及细胞膜的完整性，导致微生物细胞释放胞内成分，引起膜的电子传递、营养吸收、核苷酸合成及ATP活性等功能障碍；2）影响菌类的呼吸作用以及细胞膜的功能；3）破坏微生物蛋白质和酶；4）络合金属离子影响微生物代谢。通过添加紫苏叶精油（0.01%和0.03%，以鱼糜质量计，下同）到鱼糜制品中发现，紫苏叶精油的添加对鱼糜的抑菌效果较好，其中0.03%的添加量对菌落总数和大肠杆菌的抑菌效果最好，因此，添加0.03%的紫苏叶精油能有效抑制鱼糜中微生物的生长和繁殖[66]。向冷藏金鲳鱼鱼糜中加入一定浓度的番石榴多酚溶液后发现，番石榴多酚溶液能够有效降低鱼糜中细菌生长繁殖的速率，从而减缓鱼糜感官品质的下降速度以及延长货架期[67]。除此之外，向新鲜鱼糜中加入6%～9%胡萝卜素、1.0%～1.5%核黄素、1.0%～1.3%乳酸锌，搅拌混合均匀，再交替进行高低温循环处理后，结果发现其能够抑制鱼糜冷藏期微生物繁殖，显著延长冷藏鱼糜的贮藏期[68]。励建荣等[69]将茶多酚用于鱼丸的冷藏保鲜中，发现冷藏过程中添加茶多酚的鱼丸细菌总数低于对照组，说明茶多酚具有较显著的抗菌作用。

5 结 语

脂肪氧化和蛋白氧化均是影响鱼糜及鱼糜制品品质重要因素之一，天然抗氧化剂能有效提高鱼糜及鱼糜制品的凝胶强度并抑制脂肪和蛋白的氧化、腥味增加及微生物引起的腐败变质等问题。天然抗氧化剂主要是从水果、蔬菜、香料、草药、谷物、谷物、油籽、豆类种子、茶叶、咖啡和可可等天然植物中提取和分离出来的各类活性化合物，具有较高的抑菌、抗氧化效果以及较高的安全性。随着消费者安全意识的提高，天然安全的抗氧化剂越来越受到人们的青睐。综上，在鱼糜及鱼糜制品中添加天然抗氧化剂是一种更为安全可接受的抗氧化手段，开发一种安全、经济、有效以及多方面提高水产品品质的天然复合抗氧化剂将会推动水产界迈向新的阶梯。

食品中天然抗氧化剂的用量需要根据实验获得的分析结果进行调整，无法简单定量，并且一些天然抗氧化剂提取成本高或具有刺激性气味，会影响产品的风味。除此之外，天然抗氧化剂活性还会受到巴氏杀菌、灭菌和蒸煮等加工条件的影响，从而降低其抗氧化、抑菌和保鲜的能力。因此，获得价格低廉、高效的天然抗氧化剂仍是水产业面临的一个巨大挑战。研究不同的天然抗氧化剂组合，或将天然抗氧化剂与包装方式结合，利用其协同作用，发挥更好的抗氧化和抗菌作用，为保证我国鱼糜及鱼糜制品的质量与安全、带动水产品加工业的发展、提高我国水产品加工业在国际市场上的竞争力和经济效益等方面具有重大的现实意义。