魚(yú)糜蛋白制品及其加工技術(shù)

張玉潔，張金闖，陳瓊玲，劉 麗，何 寧，王 強(qiáng)*

（1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100193 2 廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程與生物工程系 福建廈門 361005）

隨著人們生活水平的不斷提高，更加綠色健康的食品成為大多數(shù)人餐桌上的首選。魚(yú)肉因蛋白質(zhì)含量高（約為16%～20%），蛋白質(zhì)利用率高（約為90%以上），脂肪含量低，富含多不飽和脂肪酸等優(yōu)點(diǎn)而受到消費(fèi)者的青睞[1]。我國(guó)魚(yú)類資源豐富，2019年，全國(guó)魚(yú)類資源總產(chǎn)量達(dá)到3 530 萬(wàn)t，其中制作成魚(yú)糜是魚(yú)類資源加工利用的重要途徑之一[2]。魚(yú)糜被進(jìn)一步加工成各類制品，如魚(yú)丸、魚(yú)腸、魚(yú)面、魚(yú)餅、仿生蟹肉等，由于口感獨(dú)特、營(yíng)養(yǎng)豐富、價(jià)格低廉，深受廣大消費(fèi)者的歡迎，產(chǎn)量呈逐漸增加的趨勢(shì)[3]。而近年來(lái)魚(yú)糜制品產(chǎn)量有所減少，可能是由于魚(yú)糜制品質(zhì)量不能完全滿足消費(fèi)者的需求。近幾年，“雙蛋白工程”被列入《國(guó)民營(yíng)養(yǎng)計(jì)劃（2017-2030年）》，明確要求著力發(fā)展以優(yōu)質(zhì)動(dòng)物、植物蛋白為主要營(yíng)養(yǎng)基料的“雙蛋白食物”等新型營(yíng)養(yǎng)健康食品。同時(shí)，魚(yú)類蛋白作為優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)資源被列入《中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)發(fā)展綱要（2014-2020）》和《中國(guó)居民膳食指南（2019）》等。大力開(kāi)發(fā)魚(yú)類蛋白資源，開(kāi)發(fā)受消費(fèi)者歡迎的魚(yú)糜蛋白和植物蛋白“雙蛋白”營(yíng)養(yǎng)健康制品成為未來(lái)蛋白質(zhì)食品發(fā)展的重要選擇。

魚(yú)糜制品的品質(zhì)與魚(yú)糜蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其在加工過(guò)程中的梯次性結(jié)構(gòu)變化密不可分。魚(yú)糜蛋白主要包括肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白和肌動(dòng)球蛋白等，具有良好的凝膠性，可以制成各類具有較好彈性的食品。不同來(lái)源、種類的魚(yú)糜蛋白凝膠特性不同，直接決定魚(yú)糜制品的品質(zhì)。在加工過(guò)程中，受壓力、溫度、剪切力、超聲波等的影響，魚(yú)糜蛋白分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，分子鏈逐漸打開(kāi)，魚(yú)糜蛋白分子間通過(guò)氫鍵、二硫鍵、共價(jià)鍵和疏水作用等交聯(lián)，形成凝膠結(jié)構(gòu)[4]。凝膠結(jié)構(gòu)的形成速度以及強(qiáng)度等往往受魚(yú)糜蛋白種類、加工方式、工藝參數(shù)等的影響，進(jìn)而決定最終魚(yú)糜制品的品質(zhì)。

近年來(lái)，超高壓、微波、超聲波、電子輻照和歐姆加熱等技術(shù)被廣泛用于魚(yú)糜蛋白的研究，然而受大型裝備研發(fā)、生產(chǎn)成本、節(jié)能減排等諸多方面的限制，一些加工技術(shù)如超高壓、超聲波等仍未產(chǎn)業(yè)化[5]。一些新的加工技術(shù)，如高水分?jǐn)D壓、超臨界二氧化碳擠壓聯(lián)用技術(shù)、酶法改性技術(shù)、3D 打印技術(shù)等因能耗低、無(wú)污染、智能化和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)而受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注，然而，其在魚(yú)糜制品方面的應(yīng)用目前仍處于研究階段。

圖1 2010—2019年魚(yú)糜制品年產(chǎn)量走勢(shì)圖[3]Fig.1 2010—2019 annual output trend of surimi products[3]

本文調(diào)研了我國(guó)魚(yú)糜加工利用及其產(chǎn)品研發(fā)的市場(chǎng)情況，結(jié)合超高壓、擠壓、微波、超聲波、電子束輻照、3D 打印等魚(yú)糜蛋白加工技術(shù)，闡述加工過(guò)程中魚(yú)糜蛋白凝膠特性變化特點(diǎn)及其在魚(yú)糜制品研究中的應(yīng)用，旨在為改善魚(yú)糜制品品質(zhì)，促進(jìn)新型營(yíng)養(yǎng)健康魚(yú)糜制品的研發(fā)提供參考。

1 我國(guó)魚(yú)糜制品市場(chǎng)發(fā)展概況

魚(yú)糜是將原料魚(yú)經(jīng)過(guò)采肉、漂洗、精濾、脫水、攪拌等步驟得到的一種中間蛋白質(zhì)制品，可被進(jìn)一步加工成各類魚(yú)糜制品。魚(yú)糜制品原料魚(yú)主要為海鱸魚(yú)、狹鱈魚(yú)等海水魚(yú)，及草魚(yú)、白鰱魚(yú)、羅非魚(yú)等淡水魚(yú)。優(yōu)質(zhì)海水魚(yú)如鱈魚(yú)、馬鲅魚(yú)等因肌肉色素和脂肪含量較少，一直是魚(yú)糜的主要原料[6]。近年來(lái)，隨著海洋捕撈強(qiáng)度增加[7]，優(yōu)質(zhì)海水魚(yú)資源不斷減少，海洋幼魚(yú)、雜魚(yú)和淡水魚(yú)等在魚(yú)糜中的比例不斷增加[8]，這些魚(yú)類肌原纖維蛋白含量較低，肌肉色素和脂肪含量較高，制得的魚(yú)糜凝膠形成能力較差[9]。如表1所示，傳統(tǒng)魚(yú)糜制品如魚(yú)糕、魚(yú)豆腐、魚(yú)面、魚(yú)肉香腸等中魚(yú)糜含量較少，往往低于60%，其中面粉、淀粉等輔料含量較多；仿生魚(yú)糜制品如仿生蝦仁、仿生牛肉、仿生鮑魚(yú)/鲅魚(yú)等中魚(yú)糜含量較多，可高達(dá)80%以上。傳統(tǒng)魚(yú)糜制品常用蒸、煮、炸等加工方式制得[10]，主要質(zhì)量要求是外觀白度、口感彈性和細(xì)膩感。近些年，有學(xué)者將雙螺桿擠壓技術(shù)和3D 打印技術(shù)等新型食品加工技術(shù)應(yīng)用于魚(yú)糜制品開(kāi)發(fā)，探究了“雙蛋白”新型魚(yú)糜制品，賦予了魚(yú)糜制品獨(dú)特的纖維咀嚼感[11-12]，可制成系列仿生魚(yú)糜制品，如仿生蟹肉、仿生蝦仁、仿生鲅魚(yú)等，從而使仿生魚(yú)糜制品價(jià)值得到提升。

表1 魚(yú)糜制品及其市場(chǎng)質(zhì)量要求Table 1 Surimi products and their market quality requirements

然而，受魚(yú)糜原料品質(zhì)、加工條件和加工裝備等的影響，我國(guó)魚(yú)糜制品市場(chǎng)存在優(yōu)質(zhì)原料資源緊缺，魚(yú)糜制品質(zhì)量不易控制，部分高附加值制品如仿生蝦仁、仿生牛肉和仿生鲅魚(yú)尚未產(chǎn)業(yè)化等問(wèn)題，制約了魚(yú)糜制品品質(zhì)的改善和新型魚(yú)糜制品的研發(fā)。

2 魚(yú)糜蛋白加工技術(shù)

目前魚(yú)糜蛋白加工技術(shù)以蒸、煮或炸等為主，加工過(guò)程中熱量由外部逐漸向內(nèi)部傳遞，存在加熱速度慢，物料溫度梯度大及加工時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題[20]。近幾年，隨著超高壓技術(shù)、微波加熱技術(shù)、食品擠壓技術(shù)、3D 打印技術(shù)、超聲波技術(shù)、電子輻照技術(shù)和歐姆加熱技術(shù)等快速發(fā)展，其在魚(yú)糜蛋白中的應(yīng)用研究也逐漸成為熱點(diǎn)。其中，食品擠壓技術(shù)[21]和3D 打印技術(shù)[22]作為新型的魚(yú)糜蛋白加工技術(shù)，在制備新型魚(yú)糜制品尤其是包含魚(yú)糜蛋白和植物蛋白的“雙蛋白”營(yíng)養(yǎng)健康新產(chǎn)品方面展現(xiàn)出巨大潛力。

2.1 超高壓技術(shù)

超高壓技術(shù)是一種非熱加工技術(shù)，是指在室溫或溫和加熱條件下利用100～1 000 MPa 的壓力處理食品，以達(dá)到殺菌、鈍酶和加工食品的目的，能在較大程度上保留食品的風(fēng)味及營(yíng)養(yǎng)，是目前國(guó)際上最熱門的食品加工技術(shù)之一[23]。在魚(yú)糜蛋白加工過(guò)程中，超高壓可促使肌原纖維蛋白尤其是肌球蛋白分子鏈展開(kāi)，使魚(yú)糜肌原纖維蛋白中的α-螺旋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?折疊結(jié)構(gòu)和無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)[24-25]，同時(shí)增加肌球蛋白中活性巰基和疏水氨基酸的含量，從而促進(jìn)魚(yú)糜蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成。陳燕婷等[26]用超高壓處理帶魚(yú)魚(yú)糜，發(fā)現(xiàn)350 MPa，8 min 的超高壓處理會(huì)使帶魚(yú)肌原纖維蛋白中α-螺旋結(jié)構(gòu)減少，無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)和β-折疊結(jié)構(gòu)增加，使魚(yú)糜蛋白緊密的螺旋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)規(guī)則狀態(tài)，且在此處理?xiàng)l件下，帶魚(yú)魚(yú)糜蛋白凝膠強(qiáng)度和質(zhì)構(gòu)特性得到優(yōu)化。王建一[25]也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力增加到600 MPa 時(shí)，低鹽濃度環(huán)境的魚(yú)糜肌球蛋白中α-螺旋結(jié)構(gòu)減少了4.07%，β-折疊結(jié)構(gòu)增加了5.07%，肌球蛋白中活性巰基與疏水氨基酸含量也隨壓強(qiáng)增加而增加，在600 MPa 時(shí)達(dá)到最大值。

此外，超高壓與適量酚類化合物、微生物谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶和卡拉膠等凝膠增強(qiáng)劑協(xié)同處理魚(yú)糜，可促進(jìn)魚(yú)糜蛋白分子間的交聯(lián)，從而改善魚(yú)糜蛋白凝膠特性[27-29]。Guo 等[30]將0.8%微生物谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶添加到魚(yú)糜中，再進(jìn)行超高壓處理，發(fā)現(xiàn)魚(yú)糜蛋白凝膠強(qiáng)度顯著提高。Buamard 等[27]也發(fā)現(xiàn)，超高壓條件下，在魚(yú)糜中添加0.075 g/100 g 的椰子殼中提取的酚類化合物，可促進(jìn)魚(yú)糜蛋白的交聯(lián)，減緩魚(yú)糜蛋白的降解，顯著提高了魚(yú)糜蛋白凝膠的破斷力，然而當(dāng)酚類化合物添加量超過(guò)0.1 g/100 g 時(shí)，魚(yú)糜蛋白凝膠的破斷力下降，這主要是由于魚(yú)糜蛋白過(guò)度聚集形成強(qiáng)度較低的塊型凝膠，同時(shí)，過(guò)多的酚類化合物與內(nèi)源性谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶結(jié)合，導(dǎo)致其失活，不利于魚(yú)糜蛋白分子交聯(lián)和凝膠的形成。

2.2 微波加熱技術(shù)

微波是一種快速加熱技術(shù)，可使食物中的極性溶劑發(fā)生偶極相互作用，使食物整體快速加熱，并使食物中的熱量分布更均勻[31]。在魚(yú)糜蛋白加工過(guò)程中，微波可加速肌球蛋白分子的展開(kāi)和進(jìn)一步聚集，使肌球蛋白分子形成更致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)，顯著優(yōu)化魚(yú)糜蛋白凝膠特性[32]。Liu 等[33]用微波處理阿拉斯加鱈魚(yú)魚(yú)糜，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)300 W 微波處理10 min 后，阿拉斯加鱈魚(yú)魚(yú)糜蛋白凝膠強(qiáng)度約為水浴加熱魚(yú)糜蛋白的2 倍，其持水性也顯著提高，并形成了更致密統(tǒng)一的凝膠網(wǎng)絡(luò)。曹洪偉[32]發(fā)現(xiàn)微波減少了肌球蛋白中的α-螺旋結(jié)構(gòu)，促使肌球蛋白分子鏈展開(kāi)，在溫度60～90 ℃范圍內(nèi)，微波加快了肌球蛋白分子聚集速度。在魚(yú)糜蛋白加工過(guò)程中，微波還可通過(guò)抑制或改變魚(yú)糜中酶的活性，從而進(jìn)一步影響魚(yú)糜凝膠特性。Cao 等[34]研究了微波對(duì)魚(yú)糜中組織蛋白酶L 的影響，發(fā)現(xiàn)微波可引起組織蛋白酶L 分子極性集團(tuán)劇烈震動(dòng)，使其總巰基數(shù)和α-螺旋結(jié)構(gòu)顯著減少，而新生成的二硫鍵可能對(duì)其活性中心有屏蔽作用，或與其活性中心的游離巰基結(jié)合，從而抑制其酶活，緩解魚(yú)糜蛋白凝膠劣化。微波也可顯著增加內(nèi)源性谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶的酶活，促進(jìn)魚(yú)糜蛋白分子鏈交聯(lián)[35]。Cao 等[35]還發(fā)現(xiàn)，5 W/g 微波處理魚(yú)糜20 s 可使魚(yú)糜內(nèi)源性谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶中α-螺旋結(jié)構(gòu)減少，β-折疊結(jié)構(gòu)和β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)增加，進(jìn)而使其有序的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)無(wú)序化，便于其活性中心與底物的結(jié)合，從而增加其酶活。

此外，微波和凝膠增強(qiáng)劑如魔芋葡甘露聚糖協(xié)同處理魚(yú)糜，可促進(jìn)凝膠增強(qiáng)劑與蛋白質(zhì)之間的相互作用，從而顯著優(yōu)化魚(yú)糜蛋白凝膠特性[36]。Ji 等[36]用300 W，10 min 的微波條件與2%魔芋葡甘露聚糖協(xié)同處理魚(yú)糜，發(fā)現(xiàn)微波處理加固了多糖-蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)，使魚(yú)糜蛋白凝膠持水性和凝膠強(qiáng)度顯著提升。

2.3 食品擠壓技術(shù)

食品擠壓技術(shù)是一種集混合、攪拌、破碎、加熱、蒸煮和膨化及成型為一體的加工技術(shù)，具有高效率、低成本、低排放、低能耗、高溫短時(shí)、營(yíng)養(yǎng)損失小等特點(diǎn)[21，37]。擠壓過(guò)程中，溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和剪切場(chǎng)的綜合作用可使食品原料發(fā)生蛋白質(zhì)變性、美拉德反應(yīng)和淀粉糊化等反應(yīng)，也使食品原料的分子結(jié)構(gòu)如分子質(zhì)量、化學(xué)鍵等發(fā)生變化，進(jìn)而形成具有新的結(jié)構(gòu)和質(zhì)地的產(chǎn)品[38-39]。

王凈等[40]用雙螺桿擠壓加工鯉魚(yú)魚(yú)糜和大豆蛋白混合物，用響應(yīng)面法得到最佳擠壓條件為：物料含水率30%、進(jìn)料速度35 r/min、螺桿轉(zhuǎn)速175 r/min、擠壓溫度145 ℃，在這種條件下得到的擠出物組織化度可達(dá)到2.12。趙貴興等[41]以淡水魚(yú)糜與大豆蛋白為原料，以擠出物組織化度和質(zhì)構(gòu)特性為指標(biāo)，得到雙螺桿擠壓最佳條件為：物料含水率30%～40%，四區(qū)溫度125～135 ℃，喂料速度35～40 r/min，螺桿轉(zhuǎn)速165～170 r/min，同時(shí)他還發(fā)現(xiàn)擠出物組織化程度會(huì)受到螺桿轉(zhuǎn)速和擠壓機(jī)第四區(qū)溫度的顯著影響，而受喂料速度的影響不顯著。He 等[42]用共轉(zhuǎn)雙螺桿擠壓機(jī)加工帶魚(yú)魚(yú)糜和大豆分離蛋白混合物，研究發(fā)現(xiàn)擠出物的持水性和組織化度分別受到擠壓溫度和物料含水率的顯著影響，擠壓工藝也提高了擠出物的消化特性。Rajesh等[43]則以大米和海鱸魚(yú)魚(yú)糜為原料進(jìn)行雙螺桿擠壓，研究發(fā)現(xiàn)，魚(yú)糜添加量和物料含水率顯著影響擠出物的硬度和水溶性指數(shù)。喬明鋒等[44]用單螺桿擠壓機(jī)加工魚(yú)糜、青稞粉、高筋粉和谷朊粉的混合物，制得了感官品質(zhì)優(yōu)良，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高的速凍青稞魚(yú)面。

目前，對(duì)于擠壓過(guò)程中魚(yú)糜蛋白結(jié)構(gòu)變化以及魚(yú)糜營(yíng)養(yǎng)成分變化研究較少，且擠壓法制備的魚(yú)糜蛋白產(chǎn)品研發(fā)尚少。一些新型擠壓技術(shù)如高水分?jǐn)D壓[45]、超臨界二氧化碳擠壓聯(lián)用技術(shù)[21]等在魚(yú)糜制品中的應(yīng)用研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

2.4 3D 打印技術(shù)

3D 打印是一種可以根據(jù)不同需求快速成型的個(gè)性化加工技術(shù)[46]，可以根據(jù)需求在短時(shí)間內(nèi)利用特殊的材料來(lái)制造具有復(fù)雜形狀的新型食品，因而受到廣泛關(guān)注[47]。魚(yú)糜蛋白凝膠體系具有一定的凝膠強(qiáng)度、黏度和流變特性，在作為3D 打印原材料方面具有巨大的潛力。王明偉等[11]利用3D 打印機(jī)，以魚(yú)糜為原料加工出了仿生鮑魚(yú)和仿生鲅魚(yú)。將適量輔料添加到魚(yú)糜中可改善魚(yú)糜蛋白凝膠體系的持水性、凝膠強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性、表觀黏度、松弛應(yīng)力及蠕變特性等3D 打印特性，以獲得品質(zhì)更高的3D 打印產(chǎn)品[48-49]。Dong等[50]發(fā)現(xiàn)在3D 打印過(guò)程中，添加0.2%和0.3%微生物谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶能使馬鮫魚(yú)魚(yú)糜蛋白的黏度適宜，有利于3D 打印產(chǎn)品形狀和外觀的維持，且當(dāng)微生物谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶添加量為0.3%時(shí)，馬鮫魚(yú)魚(yú)糜蛋白凝膠強(qiáng)度達(dá)到最大值2 517.89 g·mm，并形成了更緊密的凝膠網(wǎng)絡(luò)。Dong 等[51]也將適量甘薯淀粉添加到3D 打印原料馬鮫魚(yú)魚(yú)糜中，研究發(fā)現(xiàn)隨著甘薯淀粉含量的增加，魚(yú)糜蛋白黏度逐漸降低，有利于魚(yú)糜從3D 打印機(jī)噴嘴流出，且當(dāng)甘薯淀粉添加量為8%時(shí)，魚(yú)糜蛋白凝膠強(qiáng)度可達(dá)到2 021.70 g·mm，具有良好的持水性、微觀結(jié)構(gòu)特征和較低的蒸煮損失。Wang 等[52]研究發(fā)現(xiàn)添加1.5%氯化鈉制成的鰱魚(yú)魚(yú)糜蛋白凝膠也具有合適的黏性，可以用于3D 打印。

研究人員也分析了3D 打印參數(shù)與產(chǎn)品品質(zhì)之間的關(guān)系，并以產(chǎn)品品質(zhì)為參考，優(yōu)化了出料速度、填充密度、分層高度、噴嘴直徑、噴嘴高度、打印速度等3D 打印參數(shù)[49，52]。金立明等[49]研究了填充密度、分層高度、打印速度以及噴嘴孔徑對(duì)鰱魚(yú)魚(yú)糜蛋白凝膠3D 打印成型效果的影響，結(jié)果表明能夠打印出品質(zhì)較好的產(chǎn)品的最佳打印條件為：填充密度大于60%，分層高度0.8 mm，打印速度35 mm/s，噴嘴孔徑1.2 mm。Wang 等[52]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噴嘴直徑為2.0 mm，噴嘴高度為5.0 mm，噴嘴移動(dòng)速度為28 mm/s，擠出速度為0.003 cm3/s 時(shí)，獲得的產(chǎn)品分辨率高，與目標(biāo)幾何形狀匹配好，點(diǎn)缺陷少，不產(chǎn)生壓縮變形，其還建立了數(shù)學(xué)模型分析螺桿轉(zhuǎn)速與打印速度之間的關(guān)系，有效提高打印的精度。

目前，關(guān)于3D 打印魚(yú)糜蛋白凝膠的研究尚在起步階段，存在設(shè)備成本較高，產(chǎn)品研發(fā)尚少，產(chǎn)品質(zhì)地單一，3D 打印參數(shù)與產(chǎn)品品質(zhì)功能特性關(guān)系尚不明確，批量生產(chǎn)較困難等問(wèn)題，阻礙了3D打印魚(yú)糜蛋白產(chǎn)業(yè)化，需要深入研究。

2.5 其它加工技術(shù)

歐姆加熱也是一種可以實(shí)現(xiàn)快速加熱的技術(shù)，在魚(yú)糜蛋白加工過(guò)程中，歐姆加熱一方面可緩解肌球蛋白水解，一方面也可促進(jìn)肌球蛋白分子鏈聚集，對(duì)魚(yú)糜蛋白凝膠特性有優(yōu)化作用[53]。Tadpitchayangkoon 等[53]用歐姆加熱處理馬鲅魚(yú)、鯛魚(yú)、山羊魚(yú)和狗母魚(yú)，研究發(fā)現(xiàn)與水浴加熱相比，經(jīng)過(guò)歐姆加熱的馬鲅魚(yú)和鯛魚(yú)魚(yú)糜蛋白凝膠的破斷力和形變分別增加了約1.3 倍和1.6 倍。同時(shí)，他發(fā)現(xiàn)歐姆加熱可顯著減少狗母魚(yú)魚(yú)糜中的蛋白水解，保留肌球蛋白重鏈，也可使肌球蛋白二硫鍵的數(shù)量增加，促進(jìn)魚(yú)糜蛋白分子鏈的相互聚集。

電子束輻照是一種以電能為能源的冷加工方法，在魚(yú)糜蛋白加工過(guò)程中，電子束輻照可引起魚(yú)糜蛋白分子中α-螺旋結(jié)構(gòu)向β-折疊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，促使魚(yú)糜蛋白分子鏈展開(kāi)，同時(shí)也可降低魚(yú)糜內(nèi)源性蛋白酶活性，緩解凝膠劣化，從而具有優(yōu)化魚(yú)糜蛋白凝膠特性的作用[54-55]。呂梁玉等[56]研究發(fā)現(xiàn)，輻照劑量為5 kGy 時(shí)，梅魚(yú)魚(yú)糜蛋白凝膠白度、持水性得到顯著優(yōu)化。Deng 等[54]用5 kGy 的電子輻照劑量處理的獅頭魚(yú)糜蛋白凝膠強(qiáng)度、持水性和白度顯著增加，他還發(fā)現(xiàn)電子束輻照條件下，獅頭魚(yú)魚(yú)糜蛋白中α-螺旋結(jié)構(gòu)減少了10.72%，β-折疊結(jié)構(gòu)增加了8.22%，表明電子束輻照促進(jìn)了魚(yú)糜蛋白分子鏈展開(kāi)。羅華彬等[55]用電子束輻照處理帶魚(yú)魚(yú)糜，發(fā)現(xiàn)輻照劑量超過(guò)1 kGy 時(shí)，帶魚(yú)魚(yú)糜內(nèi)源性肌原纖維結(jié)合型絲氨酸蛋白酶和組織蛋白酶L 的活性顯著降低，表明電子輻照可緩解魚(yú)糜蛋白的水解。

超聲波通過(guò)空穴效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力、熱量和湍流[57]，在魚(yú)糜蛋白加工過(guò)程中，超聲波可促使魚(yú)糜肌原纖維蛋白尤其是肌球蛋白分子鏈展開(kāi)，暴露更多活性基團(tuán)，有助于分子進(jìn)一步交聯(lián)形成魚(yú)糜蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)[58]。Jiménez-Mu?oz等[59]用功率150 W、頻率37 kHz 的超聲波處理魚(yú)糜，發(fā)現(xiàn)魚(yú)糜蛋白持水性顯著增加。Fan 等[60]和李斌等[61]研究了超聲輔助對(duì)魚(yú)糜肌原纖維蛋白的影響，發(fā)現(xiàn)隨著聲強(qiáng)從0.35 W/cm2增加到0.82 W/cm2，肌原纖維蛋白中α-螺旋結(jié)構(gòu)從35.4%減少到29.8%，β-折疊結(jié)構(gòu)從12.4%增加到18.0%，表明超聲輔助促進(jìn)了肌原纖維蛋白分子鏈的展開(kāi)。然而，謝亞如等[58]發(fā)現(xiàn)超聲強(qiáng)度超過(guò)200 W 會(huì)降低魚(yú)糜肌球蛋白的凝膠形成能力，這可能是由于超聲強(qiáng)度過(guò)大導(dǎo)致部分肌球蛋白降解導(dǎo)致。

3 魚(yú)糜蛋白凝膠特性及其與制品品質(zhì)關(guān)系

3.1 魚(yú)糜蛋白凝膠化機(jī)理

魚(yú)糜蛋白的功能特性有乳化性、保水性、黏著性和凝膠特性等，其中最主要的功能特性是凝膠特性，包括凝膠強(qiáng)度、持水性、白度和質(zhì)構(gòu)特性等。魚(yú)糜蛋白的凝膠化主要分為熱凝膠和酸致凝膠，與魚(yú)糜蛋白中的肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白和肌動(dòng)球蛋白有關(guān)[62]。

魚(yú)糜蛋白的熱凝膠化分為3 個(gè)步驟即凝膠化、凝膠劣化和魚(yú)糕化，主要與肌球蛋白有關(guān)[63]。如圖2所示，在40～50 ℃條件下，肌球蛋白分子內(nèi)部發(fā)生裂解，相鄰分子間相互靠近和聚集，形成蛋白質(zhì)聚集體，進(jìn)而形成有一定彈性的網(wǎng)絡(luò)狀凝膠。此時(shí)肌動(dòng)蛋白分子與肌球蛋白分子結(jié)合形成肌動(dòng)球蛋白，往往會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)狀凝膠結(jié)構(gòu)變得松散[64]。在50～70 ℃條件下，魚(yú)糜中的內(nèi)源性組織蛋白酶活性較強(qiáng)，大量肌球蛋白重鏈被降解，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生斷裂[65]。在70 ℃以上時(shí)，魚(yú)糜蛋白形成有序穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。如圖3所示，在凝膠形成的過(guò)程中，肌球蛋白分子鏈展開(kāi)使α-螺旋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為β-折疊結(jié)構(gòu)、β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)和無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)[66]，其中β-折疊結(jié)構(gòu)對(duì)魚(yú)糜蛋白凝膠強(qiáng)度的貢獻(xiàn)最大[67]。同時(shí)，肌球蛋白分子鏈展開(kāi)使得大量氫鍵被破壞，大量巰基被氧化形成二硫鍵，大量疏水基團(tuán)暴露增加了魚(yú)糜蛋白分子間的疏水相互作用，另外，內(nèi)源性谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶也催化了大量非二硫共價(jià)鍵的生成，加固了凝膠網(wǎng)絡(luò)[68]。此外，在酸性條件下，魚(yú)糜肌球蛋白頭部先發(fā)生相互作用，接著肌球蛋白尾部展開(kāi)相互交聯(lián)形成大分子蛋白質(zhì)，同時(shí)頭部之間進(jìn)一步鏈接形成凝膠網(wǎng)絡(luò)。在魚(yú)糜蛋白凝膠形成過(guò)程中，魚(yú)糜蛋白尾部α-螺旋結(jié)構(gòu)逐漸展開(kāi)，疏水性氨基酸殘基和巰基暴露，魚(yú)糜蛋白之間主要通過(guò)疏水相互作用形成交聯(lián)[69-70]。然而，目前仍然缺乏關(guān)于魚(yú)糜蛋白凝膠化過(guò)程中肌動(dòng)球蛋白和肌動(dòng)蛋白變化的研究，魚(yú)糜蛋白凝膠化過(guò)程中加工參數(shù)、魚(yú)糜蛋白結(jié)構(gòu)變化及凝膠特性變化之間的影響規(guī)律尚未確定。

圖2 魚(yú)糜蛋白熱凝膠機(jī)理Fig.2 Mechanism of surimi protein thermal gel

圖3 肌球蛋白在凝膠過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化Fig.3 Myosin structure changes in the gel process

3.2 魚(yú)糜蛋白凝膠特性與魚(yú)糜制品品質(zhì)的關(guān)系

受加工條件的影響，魚(yú)糜蛋白凝膠特性（包括凝膠強(qiáng)度、持水性、白度和質(zhì)構(gòu)特性等）發(fā)生改變，從而直接影響魚(yú)糜制品的品質(zhì)，如色澤、形狀和口感等（見(jiàn)表2）。董志儉等[13]研究了海鱸魚(yú)/草魚(yú)魚(yú)丸加工工藝，發(fā)現(xiàn)當(dāng)海鱸魚(yú)/草魚(yú)的質(zhì)量比從1∶3 增加到1∶0 時(shí)，凝膠強(qiáng)度從3 500 g/cm2增加到4 500 g/cm2，此時(shí)魚(yú)丸的感官評(píng)分反而下降。王文勇等[71]優(yōu)化了白鰱魚(yú)餅的工藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)玉米淀粉添加量為40 g 時(shí)，魚(yú)餅?zāi)z強(qiáng)度增加到約550 g·cm，此時(shí)魚(yú)餅肉感較強(qiáng)，較脆彈。曹洪偉[32]用微波與蒸汽聯(lián)用加工魚(yú)豆腐，發(fā)現(xiàn)當(dāng)處理?xiàng)l件從35 kW 增加到45 kW 時(shí)，魚(yú)豆腐凝膠強(qiáng)度增加了約30 g·cm，然而此時(shí)魚(yú)豆腐的亮度降低，感官評(píng)分下降。儀淑敏等[72]研究了超高壓對(duì)金線魚(yú)魚(yú)肉腸的品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)隨著超高壓處理?xiàng)l件

表2 魚(yú)糜凝膠特性對(duì)魚(yú)糜制品品質(zhì)的影響Table 2 Effects of surimi gel properties on the quality of surimi products

由200 MPa 增加到300 MPa，凝膠強(qiáng)度增加了約2 000 g·mm，魚(yú)肉腸的彈性、亮度均增加，整體品質(zhì)較好。陳衛(wèi)明等[73]研究了貽貝魚(yú)糕的制作工藝，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)扒逄砑恿繌?0%增加到20%時(shí)，其凝膠強(qiáng)度增加到約原來(lái)的2 倍，而魚(yú)糕的感官評(píng)分逐漸下降。

在加工過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整原料比例[13]、淀粉添加量[71]、蛋清[73]等凝膠增強(qiáng)劑，或利用微波[32]、超高壓[72]等加工技術(shù)來(lái)優(yōu)化魚(yú)糜蛋白凝膠特性，可顯著改善魚(yú)糜制品品質(zhì)。然而，目前魚(yú)糜蛋白加工過(guò)程中魚(yú)糜蛋白結(jié)構(gòu)變化及凝膠特性變化與魚(yú)糜制品品質(zhì)之間的構(gòu)效關(guān)系尚不明晰，這制約了魚(yú)糜制品品質(zhì)的精準(zhǔn)調(diào)控。

4 展望

我國(guó)魚(yú)糜制品種類豐富，包括魚(yú)丸、魚(yú)腸、魚(yú)面、魚(yú)餅、仿生蟹肉等，其市場(chǎng)質(zhì)量要求受到魚(yú)糜原料來(lái)源、含量及加工技術(shù)等的影響。海洋雜魚(yú)、幼魚(yú)和淡水魚(yú)在魚(yú)糜原料中的比例不斷增加，導(dǎo)致魚(yú)糜制品品質(zhì)參差不齊。蒸、煮或炸等傳統(tǒng)魚(yú)糜加工方式加熱速度慢，物料溫度梯度大，加工時(shí)間長(zhǎng)，易引起魚(yú)糜營(yíng)養(yǎng)成分流失和魚(yú)糜蛋白凝膠劣化，導(dǎo)致加工過(guò)程中魚(yú)糜制品品質(zhì)下降。超高壓技術(shù)、微波技術(shù)、歐姆加熱技術(shù)、電子束輻照技術(shù)和超聲波技術(shù)等常用魚(yú)糜蛋白加工技術(shù)可顯著改善魚(yú)糜蛋白的凝膠特性，而加工過(guò)程中魚(yú)糜蛋白梯次性結(jié)構(gòu)變化，魚(yú)糜蛋白凝膠關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域形成及其與魚(yú)糜制品品質(zhì)的關(guān)聯(lián)機(jī)制尚不明晰。食品擠壓技術(shù)和3D 打印技術(shù)是新型魚(yú)糜蛋白加工技術(shù)，可利用植物蛋白和魚(yú)糜蛋白為原料研發(fā)出新型魚(yú)糜制品，目前仍存在設(shè)備成本較高，加工參數(shù)與產(chǎn)品品質(zhì)功能特性關(guān)系不明確等問(wèn)題。另外，“雙蛋白”新型高值化魚(yú)糜產(chǎn)品研發(fā)尚少，制約了低值魚(yú)糜原料的高值化利用。因此，未來(lái)研究方向聚焦在以下幾個(gè)方面：

1） 構(gòu)建魚(yú)糜制品原料物質(zhì)基礎(chǔ)。以魚(yú)糜制品原料種類、組分、構(gòu)象等為基礎(chǔ)，深入挖掘不同原料如舌頭魚(yú)、黃花魚(yú)等海洋雜魚(yú)魚(yú)糜，青魚(yú)、鯉魚(yú)、羅非魚(yú)等淡水魚(yú)魚(yú)糜，或其與植物蛋白結(jié)合的“雙蛋白”的加工適應(yīng)性，以滿足不同魚(yú)糜制品質(zhì)量需求。構(gòu)建基于魚(yú)糜蛋白凝膠特性、質(zhì)構(gòu)特性、感官品質(zhì)等的加工適宜性評(píng)價(jià)體系，以促進(jìn)新型營(yíng)養(yǎng)健康魚(yú)糜制品的研發(fā)與品質(zhì)調(diào)控。

2） 探究加工過(guò)程中魚(yú)糜蛋白梯次性結(jié)構(gòu)變化，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域形成，及其與魚(yú)糜制品品質(zhì)關(guān)系。深入探究不同加工技術(shù)對(duì)魚(yú)糜肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白、肌動(dòng)球蛋白等肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)展開(kāi)、交聯(lián)、聚集等的影響規(guī)律，考察加工過(guò)程中魚(yú)糜蛋白凝膠化機(jī)制及其對(duì)魚(yú)糜制品品質(zhì)包括感官品質(zhì)如色、香、味、形和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值如消化特性等的關(guān)聯(lián)機(jī)制，為實(shí)現(xiàn)魚(yú)糜制品品質(zhì)的精準(zhǔn)調(diào)控及進(jìn)一步改善和新型營(yíng)養(yǎng)健康魚(yú)糜制品研發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。

3） 注重新技術(shù)如食品擠壓技術(shù)與3D 打印在魚(yú)糜制品品質(zhì)調(diào)控與新產(chǎn)品研發(fā)方面的應(yīng)用。高水分?jǐn)D壓、酶法改性、超臨界二氧化碳-擠壓聯(lián)用、擠壓-3D 打印聯(lián)用等技術(shù)具有能量利用率高、成型速度快、智能化和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，可獲得品質(zhì)形狀各異的產(chǎn)品，在“雙蛋白”等新型營(yíng)養(yǎng)健康魚(yú)糜制品應(yīng)用研究中具有巨大潛力。