酸堿處理技術(shù)在肉類蛋白提取中的應(yīng)用研究進(jìn)展

李鑫　張爽　許月明　張冬冬

摘 要：酸堿處理技術(shù)是近年來興起的新技術(shù)，在肉類蛋白提取中得到了廣泛的應(yīng)用。該文介紹了酸堿處理技術(shù)的基本原理、操作方法及其對(duì)蛋白質(zhì)加工特性的影響，綜述了該技術(shù)在肉制品領(lǐng)域中的應(yīng)用研究進(jìn)展，以期為該技術(shù)在肉類蛋白加工中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：酸堿處理技術(shù);蛋白質(zhì);凝膠;乳化

中圖分類號(hào) TS205文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2020）12-0113-04

Abstract： isoelectric solubilization/precipitation method is a new technology in recent years， which is widely used in meat protein extraction. In this paper， the basic principle， operation method of acid-base treatment technology and its influence on protein processing characteristics are introduced. The application research progress of this technology in the field of meat products is summarized in order to provide reference for the application of this technology in muscle protein processing.

Key words： Isoelectric solubilization/precipitation method; Protein; Gel; Emulsification

蛋白質(zhì)是食品中的重要組成成分，其功能特性與食品的外觀、質(zhì)構(gòu)、保水性、風(fēng)味等密切相關(guān)，而結(jié)構(gòu)直接影響著功能特性。蛋白質(zhì)作為人體重要的營養(yǎng)物質(zhì)之一，是人體生長發(fā)育所必不可少的。蛋白質(zhì)資源的開發(fā)及有效利用，是人類食物資源可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

酸堿處理技術(shù)，又稱ISP技術(shù)（isoelectric solubilization/precipitation method），是一種蛋白提取技術(shù)。該技術(shù)最初興起于海洋生物蛋白的回收利用，很多魚類、貝類由于骨架結(jié)構(gòu)復(fù)雜或形體小，骨肉不易分離，不適合人類食用或可食用率很低，造成了資源浪費(fèi)。18世紀(jì)中后期至19世紀(jì)初，酸堿處理法提取魚類蛋白質(zhì)構(gòu)想被提出，其操作方法緊接著被建立并應(yīng)用于魚糜生產(chǎn)中[1-2]。該技術(shù)的應(yīng)用，一方面提高了海產(chǎn)品的利用效率，另一方面人們發(fā)現(xiàn)應(yīng)該該方法提取的蛋白質(zhì)的貯藏性好。而后，此方法被廣泛應(yīng)用于低值魚肉、黑雞肉、機(jī)械去骨雞肉、動(dòng)物內(nèi)臟等低值動(dòng)物蛋白質(zhì)的提取利用中。

近年來，隨著研究由回收率、貯藏性等指標(biāo)向提取物的加工特性層次深入，并從蛋白質(zhì)分子角度探索ISP技術(shù)對(duì)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)ISP技術(shù)對(duì)蛋白質(zhì)的凝膠、乳化等功能特性具有改善作用。隨著相關(guān)研究的不斷深入，酸堿處理技術(shù)逐漸走向成熟，已成為提取利用低值動(dòng)物副產(chǎn)物蛋白質(zhì)的有效途徑。

1 酸堿處理技術(shù)的原理與操作流程

酸堿處理是基于不同pH條件下，蛋白質(zhì)的溶解狀態(tài)不同的一種方法。當(dāng)向蛋白質(zhì)-水體系中加入酸或堿時(shí)，由于氨基酸側(cè)鏈的（去）質(zhì)子化作用，導(dǎo)致蛋白質(zhì)表面的（負(fù)）正電荷增加，與水分子的親和力增強(qiáng)，使大部分蛋白質(zhì)溶于水中。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)處于等電點(diǎn)pI時(shí)，蛋白質(zhì)所帶的凈電荷為0，蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)分子間疏水相互作用在此時(shí)達(dá)到最大值，致使蛋白質(zhì)分子間聚集，溶解度最小，蛋白質(zhì)沉淀析出[3]。可見酸堿處理提取蛋白質(zhì)就是一個(gè)將蛋白質(zhì)充分溶解后，再沉淀的過程，其操作過程如圖1所示。該方法蛋白質(zhì)提取率高，從經(jīng)濟(jì)的角度看可行性好。在提取蛋白質(zhì)的過程中，大量脂肪及磷脂被去除，大大降低了脂肪氧化的發(fā)生概率，增加了提取蛋白的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性[4]。

2 酸堿處理技術(shù)對(duì)提取蛋白凝膠乳化特性的改善

2.1 改善作用 凝膠特性是肉制品最為重要的加工特性之一，在形成凝膠的過程中，以肌原纖維蛋白為主的蛋白質(zhì)分子以各種方式（如二硫鍵、疏水相互作用、氫鍵等）相互交聯(lián)，形成一個(gè)高度有序的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是肉制品保水性、硬度、彈性等質(zhì)地和口感形成的基礎(chǔ)。研究表明，酸堿處理能夠促進(jìn)蛋白質(zhì)分子的交聯(lián)，從而改善蛋白質(zhì)的凝膠特性。Zhao等[5]利用堿處理（pH 11.0）提取類PSE雞胸肉蛋白，顯著改善了凝膠的強(qiáng)度和保水性。Vareltzis等[6]對(duì)酸堿處理法提取藍(lán)色貽貝蛋白凝膠的研究表明，凝膠強(qiáng)度和彈性均顯著提高。Nurkhoeriyati等[7]研究發(fā)現(xiàn)，酸堿處理提取的淘汰蛋鴨蛋白的凝膠品質(zhì)及持水力均得到了顯著改善。

酸堿處理技術(shù)對(duì)蛋白凝膠特性的改善，其原理主要是基于在酸堿處理過程中蛋白變性、復(fù)性中的結(jié)構(gòu)變化。當(dāng)溶液pH向酸性或堿性方向調(diào)節(jié)時(shí)，溶液中增加的氫離子或氫氧根離子改變了蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的微環(huán)境，蛋白質(zhì)發(fā)生溶解過程中，其分子展開，使得埋藏于蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的疏水性氨基酸及活性巰基暴露在分子外部。隨后，溶液pH調(diào)節(jié)回近中性，蛋白質(zhì)分子重新折疊，但其并未恢復(fù)到天然狀態(tài)，而呈現(xiàn)出“熔球態(tài)”，由此導(dǎo)致疏水基團(tuán)暴露增多。表面疏水基團(tuán)的比增加以及酸堿處理過程中蛋白質(zhì)巰基氧化形成的二硫鍵及蛋白質(zhì)聚集，可促進(jìn)并增強(qiáng)凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成及強(qiáng)度[8]。

除此之外，研究發(fā)現(xiàn)，酸處理和堿處理對(duì)凝膠性質(zhì)影響有顯著差異，其主要原因在于不同條件下提取蛋白的成分及結(jié)構(gòu)的差異。Xiong等[9]對(duì)酸堿處理提取的雞肝蛋白電泳圖譜的研究發(fā)現(xiàn)，酸處理蛋白中相對(duì)分子質(zhì)量較大（250kDa和100～120kDa）的蛋白質(zhì)發(fā)生降解為較小的分子片段，而堿處理則對(duì)蛋白成分影響不大。相對(duì)分子質(zhì)量較大的蛋白組分對(duì)蛋白質(zhì)功能特性發(fā)揮著重要作用，由此導(dǎo)致酸處理與堿處理后蛋白質(zhì)功能特性的差異。付慶等[10]研究發(fā)現(xiàn)，堿處理回收的鰱魚蛋白中鹽溶性蛋白含量顯著高于相應(yīng)的酸處理組，而鹽溶性蛋白在凝膠形成過程中起到了重要貢獻(xiàn)。Le-Chang Sun等[11]研究發(fā)現(xiàn)，酸堿處理提取的泥鰍蛋白，酸和堿處理過程，堿處理組（pH7.0-pH11.0-pH7.0）中的肌原纖維蛋白分子，其頭部呈現(xiàn)“熔球”狀態(tài)，而尾部的ɑ-螺旋部分解折疊，使得在凝膠形成過程中蛋白質(zhì)分子能夠更加有序、緊密地進(jìn)行折疊，從而相比于對(duì)照組（pH7.0）凝膠特性得到了顯著改善;而酸處理組（pH 7.0-pH2.0-pH7.0）肌原纖維蛋白分子的頭部和尾部結(jié)構(gòu)均發(fā)生了較為嚴(yán)重的水解，從而其凝膠能力顯著下降。Panpipat等[12]通過對(duì)比酸堿提取的鯛魚蛋白在凝膠前后分子間交聯(lián)情況，也發(fā)現(xiàn)酸提取蛋白凝膠中有很多肌球蛋白重鏈分子未參與交聯(lián)，從而導(dǎo)致凝膠品質(zhì)不如堿提取蛋白凝膠。Zhao等[13]在關(guān)于酸堿處理提取類PSE蛋白的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，相比于酸處理，堿處理后的肌漿蛋白疏水基團(tuán)的適度暴露，呈現(xiàn)更有序的聚集狀態(tài)，填充在由肌原纖維蛋白交聯(lián)形成的三維網(wǎng)格中，形成更為緊實(shí)、有彈性的凝膠。

2.2 乳化特性 蛋白質(zhì)的乳化性是其重要的功能特性之一。蛋白質(zhì)分子自發(fā)遷移到油-水界面，形成蛋白質(zhì)膜，從而使乳濁液的穩(wěn)定性提高，其對(duì)于乳化腸、乳飲料、冰激凌、沙拉醬等食品的品質(zhì)形成產(chǎn)品穩(wěn)定性具有重要作用。研究表明，酸堿處理誘導(dǎo)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致其加工特性與天然蛋白分子有所不同，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的乳化特性的改變[14-15]。Zhao等[16]通過研究堿處理提取的類PSE肉蛋白-大豆油乳化體系，發(fā)現(xiàn)堿處理蛋白在乳化體系形成過程中，由于其有效聚集，在油-水界面形成更加牢固致密的界面膜，從而提高了類PSE肉的乳化性能，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)這種變性作用并非一直有利。體系中，ISP處理后的蛋白質(zhì)過高（150mg/mL），由于空隙不足而發(fā)生聚集而不是交聯(lián)在的蛋白質(zhì)乳液體系中。這種過度聚集導(dǎo)致2種影響：（1）蛋白質(zhì)占據(jù)了包括水和油在內(nèi)的液體空間;（2）由于蛋白質(zhì)相互作用的疏水位點(diǎn)，乳化能力減弱。如前所述，廣泛的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用導(dǎo)致蛋白質(zhì)-水結(jié)合減弱，從而為脂肪和其他液體的流失提供了途徑。此外，酸堿處理對(duì)蛋白質(zhì)乳化能力的改善在魚肉、雞肉中都有證實(shí)。Siwen Xue等[17]研究通過乳化層蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，解釋酸堿處理組間蛋白質(zhì)乳化性的改性。相比于對(duì)照組，酸堿處理組乳化層蛋白的α-螺旋含量顯著降低（P<0.05），β-折疊含量顯著升高（P<0.05），蛋白質(zhì)分子中較高的β-折疊含量。說明在乳化層中，蛋白質(zhì)分子有序排列，分子間交聯(lián)形成了穩(wěn)定的油水界面膜，因而乳化液具有較好的乳化穩(wěn)定性[18]。

3 酸堿處理法的優(yōu)勢及應(yīng)用

目前，酸堿處理技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種海洋生物、低值禽肉及動(dòng)物副產(chǎn)品等蛋白質(zhì)的提取利用中如低品質(zhì)禽肉類（機(jī)械去骨雞肉、黑雞肉、類PSE肉等），通過酸堿處理技術(shù)，對(duì)其蛋白質(zhì)功能性質(zhì)加以改善。某些動(dòng)物副產(chǎn)品（心、肝、腎、肺、血液等），本身口感風(fēng)味不佳，少為人食用，可利用ISP技術(shù)將其提取，用于人類食品開發(fā)，提高其經(jīng)濟(jì)附加價(jià)值。

有研究將酸堿處理蛋白作為油炸食品的裹料，可以在保住汁水的同時(shí)減少炸物對(duì)油脂的吸收;將酸堿處理蛋白用于開發(fā)肉類的腌泡汁，向肉制品中添加低于10%的酸堿處理蛋白，可有效提高肉制品的保水性[19-20]。將酸堿處理提取的鱈魚蛋白用作乳化劑，可以增加食品乳化體系的穩(wěn)定性[21]。酸堿分離蛋白作為一種具有優(yōu)質(zhì)加工特性的原料，與其他成分復(fù)配開發(fā)健康食品是目前研究的熱點(diǎn)。有研究等通過向分離蛋白提取物中添加馬鈴薯淀粉、二氧化鈦、卡拉膠等強(qiáng)化蛋白產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)及色澤，使蛋白質(zhì)品的口感、質(zhì)地接近于優(yōu)質(zhì)肉[22]。向酸堿法提取的魚肉、雞肉蛋白中添加ω-多不飽和脂肪酸、膳食纖維等，增加產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值 [23]。此外，酸堿處理技術(shù)為低鈉鹽肉制品開發(fā)提供了新方法，研究發(fā)現(xiàn)，酸堿處理蛋白凝膠產(chǎn)品在低鈉的鹽含量下具有很好的保水性[24]。

4 展望

總體來說，酸堿處理法提取動(dòng)物蛋白質(zhì)具有如下優(yōu)點(diǎn)：蛋白質(zhì)提取率高;操作簡單、成本低、安全環(huán)保;可改善提取蛋白的凝膠、乳化等加工特性。它是肉制品加工副產(chǎn)物蛋白回收的一個(gè)新途徑，具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來，酸堿處理技術(shù)在肉制品蛋白分離中的應(yīng)用研究已取得了一定的進(jìn)展，但其基礎(chǔ)理論還有待完善，其產(chǎn)品走向市場仍有一段距離，如風(fēng)味評(píng)定、人體消化利用率、安全評(píng)估等還有待進(jìn)一步研究。

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（責(zé)編：張宏民）