淀粉在魚糜制品中的應用研究進展

米紅波，王聰，儀淑敏，徐永霞，勵建榮*，黃建聯，丁浩宸，王琪，熊善柏

1(渤海大學 食品科學與工程學院，遼寧省食品安全重點實驗室，生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心，遼寧 錦州，121013)2(福建安井食品股份有限公司，福建 廈門，361022) 3(華中農業大學食品科技學院，湖北 武漢，430070)

魚糜制品是以生鮮魚糜或冷凍魚糜為原料，加入食鹽等輔料經擂潰、成型、凝膠化等過程形成具有一定彈性的凝膠狀食品。例如，魚糕、魚丸、模擬蟹腿和模擬貝柱等模擬海鮮產品[1]。魚糜制品具有功能性蛋白含量高、脂肪含量低、營養價值高、味道鮮美等特點，能夠滿足不同消費者的需求，提高水產品的經濟價值[2-3]。在中國、泰國、新加坡、馬來西亞等東南亞國家受到人們廣泛的喜愛[4]。

純魚糜制品存在凝膠強度低，口感較差等缺點，在實際生產過程中，通過加入一些添加劑或優化加工工藝以提高凝膠性能[5]。淀粉是魚糜制品加工中最常用的一類添加物，不僅可以提高魚糜制品凝膠強度和持水性，改善產品的外觀、口感、質地，而且可以降低生產成本。然而，淀粉的種類繁多、來源廣泛，不同淀粉對魚糜制品的影響差異顯著。因此，了解淀粉的功能特性及其改善魚糜凝膠強度的作用機制，對不同的魚糜原料，選擇適當的淀粉種類及用量是極其必要的。本文闡述了魚糜制品的凝膠形成過程，淀粉的分子結構、功能特性及在魚糜制品生產中的應用，為淀粉在魚糜制品中的研究和應用提供借鑒和參考。

1 魚糜制品

根據原料魚的肉質可將魚糜制品分為三類。(1)以鱈魚、魷魚等為原料生產的海水白肉魚糜制品。海水白肉魚肌原纖維蛋白含量豐富，脂肪含量極低，魚糜白度較高，凝膠性和破斷強度較強[6]。(2)以羅非魚、白鰱魚等為原料生產的淡水白肉魚糜制品。淡水白肉魚肌球蛋白含量較低，因此魚糜凝膠彈性較弱[7]。(3)以金槍魚、沙丁魚等為原料生產的紅肉魚糜制品。紅肉魚肌原纖維蛋白易變性，加熱后凝膠彈性降低，富含大量的肌紅蛋白，故魚糜顏色較深，脂肪含量也較高，所以很少應用到魚糜制品中[8]。

魚糜凝膠形成過程通常分為3個階段：凝膠化、凝膠劣化和魚糕化[9]。30～40 ℃為魚糜凝膠化溫度帶，加鹽擂潰后，以肌球蛋白和肌動蛋白為主的鹽溶性肌原纖維蛋白溶解，肌球蛋白和肌動蛋白相互作用生成肌動球蛋白，形成較松散的凝膠網絡結構[10]。研究表明，將魚糜低溫條件下長時間放置后再加熱可促進其凝膠化[11]。50～65 ℃為凝膠劣化溫度帶，魚糜制品中含有大量的內源性蛋白酶，凝膠劣化溫度帶為該酶降解蛋白反應的最適溫度。魚糜凝膠劣化會使魚糜凝膠形成能力和凝膠強度發生不可逆的下降，目前對魚糜凝膠劣化的控制一般是通過添加蛋白酶抑制劑、二段式加熱或漂洗來實現[12-14]。當溫度繼續上升，魚糜凝膠網絡結構被固定，彈性和凝膠強度顯著增強，此階段為魚糕化。

2 淀粉

2.1 淀粉的分子結構

天然淀粉由2種主要的多糖微觀顆粒組成，即直鏈淀粉和支鏈淀粉(圖1)。直鏈淀粉是一種通過α-1,4糖苷鍵聚合而成的線形小分子聚合物，由 1 000～6 500個葡萄糖殘基聚合而成。支鏈淀粉是一種呈高度分支的束狀結構，分子質量較直鏈淀粉大，線形聚合度為1 200～36 000，主鏈由α-1,4糖苷鍵連接構成，其與支鏈通過α-1,4糖苷鍵和α-1,6糖苷鍵相連，每個支鏈淀粉的主鏈上存在許多個直鏈，每個支鏈上可以連接若干個分支，最外端無側鏈，支鏈淀粉整體結構比直鏈淀粉更為復雜[15-16]。直鏈淀粉影響淀粉的凝膠強度，支鏈淀粉影響其凝膠彈性[17]。不同淀粉中直鏈和支鏈的比例不同，所以淀粉在凝膠化過程中，物理特性也會產生差異。

圖1 直鏈淀粉和支鏈淀粉分子結構圖Fig.1 The molecular structure diagram of amylose and amylopectin

2.2 淀粉的功能特性

2.2.1 流變特性

淀粉糊是一種假塑性流體，溫度、淀粉顆粒和濃度影響其流變特性，從而影響淀粉類食品的品質優劣及淀粉的適用范圍[18-19]。在5～40 ℃范圍內，變性淀粉的剪切應力值與溫度呈現負相關，這可能是溫度的升高使淀粉分子間的氫鍵斷裂，影響淀粉的剪切應力，隨著剪切速率的升高剪切應力增加[20]。通過研究溫度和流變指數n發現，不同變性淀粉在不同溫度下的流變指數都小于1，表明變性淀粉溶液均呈非牛頓型流體特征。譚洪卓等[21]研究在不同條件下甘薯淀粉糊和綠豆淀粉糊的流變特性，發現2種淀粉的流變曲線圖中均產生不同程度的滯后面積，并且具有屈服應力的開口型滯后回路。郭澤鑌等[22]用流變儀對蓮子淀粉糊進行流變特性研究，通過Herschel-Bulkley方程對其流變模型進行擬合分析，淀粉糊表現出剪切變稀和復合觸變性。淀粉糊濃度越高，形成的凝膠三維網絡結構越剛硬，凝膠結構發生剪切破壞越難恢復到剪切前的狀態。

2.2.2 凝膠特性

淀粉的凝膠化分為三個階段[23-24]。首先，溫度低于糊化溫度時，水分從淀粉顆粒進入與無定形部分極性基結合，淀粉發生可逆膨脹；當溫度升高至糊化溫度，因大量水分子進入到微晶束結構導致淀粉分子排列取向遭到破壞，形成不可逆膨脹的淀粉糊；最后，隨著溫度的升高，淀粉顆粒破裂，分解成為無定形狀態。淀粉的凝膠特性主要體現在黏彈性和強度，這對食品的加工、口感等方面都有很大的影響。FRED-RIKSSON等[25]系統考察了不同來源淀粉的直鏈分子與支鏈分子對淀粉凝膠特性的影響，包括小麥、大麥、黑麥、豌豆、蠟質玉米和馬鈴薯淀粉?？傮w上講，馬鈴薯淀粉的凝膠強度最大，谷物淀粉的最低，這可能是因為當淀粉中直鏈分子含量高時，與支鏈分子產生共結晶作用，影響凝膠強度。通過相關性分析得出，大米的直鏈淀粉含量與米粉的凝膠性呈正相關[26]。呂振磊等[27]研究結果表明，馬鈴薯淀粉凝膠性與pH有關，在酸性和中性條件下，馬鈴薯淀粉凝膠性弱；堿性條件下，凝膠性較強。

3 淀粉在魚糜制品中的應用

3.1 淀粉對魚糜制品凝膠特性的影響機制

在加熱過程中，首先魚糜中的蛋白質發生變性展開，蛋白質與蛋白質之間相互作用，形成三維網狀空間結構。同時，其中的淀粉顆粒因受熱吸收魚糜中的游離水，使其難以析出，在一定程度上也提高了蛋白質濃度，從而提高了魚糜凝膠的持水能力。此外，溶脹的淀粉顆?？勺鳛椤疤畛鋭贝嬖谟隰~肉蛋白網絡結構的空隙中，向凝膠基質施加壓力，使凝膠網絡結構更為致密，以增強其抗壓性和凝膠強度[28-29](圖2)。

3.2 原淀粉在魚糜制品中的應用

圖2 魚糜-淀粉空間網絡體系的形成機制Fig.2 The formation mechanism of surimi-starch spatial network system

淀粉對魚糜的凝膠特性會因淀粉顆粒中支鏈和直鏈比例及其種類不同產生不同的影響[30]。直鏈淀粉不易于淀粉顆粒溶脹，吸水膨脹能力比支鏈淀粉差。直鏈淀粉在水中受熱糊化后分子易發生聚合，迅速老化，逐漸形成凝膠體[28]。因此在魚糜中添加含直鏈高的淀粉，會使魚糜產生脆性凝膠，而支鏈淀粉的添加利于增加魚糜凝膠的黏合性[31]。故在實際生產中，常選用支鏈含量較多的淀粉作為改善魚糜及其制品凝膠性能的外源添加物。

一般來說，淀粉對魚糜凝膠強度的影響與淀粉顆粒大小成正比，而與糊化溫度成反比[32]。研究表明，馬鈴薯淀粉顆粒(約為40 μm)比玉米淀粉顆粒大(約為15 μm)，更易吸水溶脹，在凝膠內部產生較大的壓力促進蛋白間相互作用，以增強魚糜凝膠強度[33]。王麗麗等[34]比較馬鈴薯淀粉、小麥淀粉和木薯淀粉對帶魚魚糜凝膠特性的影響，發現木薯淀粉糊化溫度低，在魚糜-淀粉體系中能較早吸水溶脹，糊化充分，進而可提高體系的凝膠強度。

在低濃度 (4%～12%淀粉添加量) 條件下，淀粉膨脹對凝膠強度的增強作用明顯大于蛋白質降低對凝膠強度的減小作用[35]。向鰱魚魚糜中添加4%的豌豆淀粉后，魚糜凝膠的破斷力、凹陷距離和凝膠強度與對照組相比，分別增加42%、27%和81%[29]。馬鈴薯淀粉添加量為10%時，可以明顯提高魚糕的凝膠強度和持水率，對魚糕的質構特性有良好的改善作用[36]。而當淀粉添加量大于15%時，隨著淀粉添加量的增加，魚糜凝膠中蛋白質含量逐漸減少，將影響魚糜凝膠形成，導致凝膠強度降低。魚糜制品的口感隨著淀粉量的提高，出現硬度增加，韌性降低，粉面口感增強等缺點。

3.3 變性淀粉在魚糜制品中的應用

原淀粉老化回生現象的發生影響魚糜凝膠的品質。通過物理、化學或酶法處理可改變淀粉天然特性，提高其對魚糜制品凝膠強度的改善程度[37-39]。常用于魚糜制品的變性淀粉有預糊化淀粉、羥丙基化淀粉、交聯淀粉、醋酸酯化淀粉等。

預糊化淀粉可溶于冷水，吸水能力增強[40]。在魚糜制品中添加大量預糊化淀粉，導致魚糜-蛋白體系中可利用的水分減少，阻礙魚糜自身凝膠的形成，使魚糜制品的凝膠強度降低[41]。因此，在實際應用中，應減少預糊化淀粉的添加量。

羥丙基淀粉是原淀粉與環氧丙烷在強堿條件下醚化而成的一種非離子型的變性淀粉[42]。羥丙基基團是親水基團，當淀粉吸水時，阻止淀粉分子本身的相互交聯，提高淀粉分子和水分子的結合能力，進一步提高淀粉顆粒的膨脹度和水合作用[43-44]。將羥丙基木薯淀粉添加到魚丸中，由于羥丙基的位阻作用，阻止淀粉聚集，降低了淀粉的老化，魚丸的口感和穩定性均得到改善[45]。羥丙基木薯淀粉因氫鍵作用較弱，淀粉糊化溫度較低，與蛋白的加熱變性同時發生，二硫鍵作用加強，蛋白三維網絡結構得到穩定，當受到外力時，承受力更強，故凍融穩定性增強[46-47]。

交聯作用可提高淀粉糊的黏度，添加交聯淀粉的凝膠網絡孔隙中填充著非自由流動水和溶脹的淀粉顆粒，而不添加交聯淀粉的魚糜網絡結構中包含著游離水[45]。淀粉顆粒溶脹后，增加了溶液的黏度和不可凍水中溶質的濃度，降低了冰晶成核和增長速率，因此，在魚糜制品中添加此類淀粉會降低魚糜的凍結速率[48]。

醋酸酯化淀粉是在原淀粉的基礎上，羰基取代自由羥基，這種取代基分別打斷了直鏈淀粉的線性結構和支鏈淀粉的分支結構，因空間位阻效應減弱了淀粉分子間作用，進而促進游離水通過化學作用力滲透到淀粉無定形區并轉化為結合水[49]。在魚糜中加入酯化淀粉，因淀粉將吸收的自由水轉化為結合水，降低了凝膠網絡結構中游離水數量，進一步降低冰晶含量，從而使魚糜在冷凍過程中蛋白質三維網絡結構破壞程度降低，凝膠強度提高[45]。

4 展望

魚糜制品是一類全球化的產品，國內外針對魚糜制品中添加單一淀粉的研究較多且深入，而兩種或多種淀粉復合對魚糜制品凝膠特性的影響研究卻鮮有報道。因此，將不同種類的原淀粉、變性淀粉進行復配，使得不同淀粉的特性優勢互補，研究復合淀粉對魚糜制品凝膠基質的影響是科研工作者需要重視的問題。添加淀粉可降低產品的成本，但隨著淀粉添加量的增加，魚糜制品的品質問題層出不窮，將淀粉與卡拉膠、魔芋膠等食用膠復配，可有效解決因添加淀粉而造成魚糜制品具有粉面口感的問題，這也是今后的重要研究方向。

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