多糖替代動物脂肪與肌原纖維蛋白相互作用的研究現狀

周鳳超，陳偉嬌，辜銀環，廖薇，劉雅玲

(莆田學院 環境與生物工程學院，福建 莆田，351100)

肌原纖維蛋白(myofibrillar protein，MP)是肌肉中肌原纖維的主要蛋白質(占肌肉總蛋白50%～55%)，其功能特性對肉制品品質有重要的影響[1]。在肉類加工尤其是肉糜類制品(如香腸、乳化腸、火腿腸等)的加工中，脂肪類物質的存在能夠減少烹飪損失并提供適當的風味物質，從而賦予產品良好的品質及感官特性，在提高產品風味、多汁性及嫩度等方面發揮著重要的作用[2-3]。肉糜類制品中的脂肪可以與肌原纖維蛋白相互作用形成乳化液滴，以共聚物或填充物的形式被束縛在蛋白質三維網狀凝膠結構中，減小乳化肉糜類凝膠的空隙率[4]。傳統肉糜類制品通常含有15%～30%的富含膽固醇和飽和脂肪酸的動物脂肪。然而，動物脂肪攝入過多會導致高血壓、肥胖癥以及心血管疾病的發病率上升[2，5]。許多消費者對攝入過多動物脂肪的擔心影響了傳統肉制品的消費量，使其市場份額下降，尤其是脂肪含量接近30%的乳化腸[6-7]。因此，為了減少此類肉制品中動物脂肪含量，同時保持產品的總體可接受性，使用脂肪替代品是相對經濟和有效的方法。

多糖類物質具有營養功能、價格低廉且有良好的加工特性，被認為是脂肪替代品的首選添加劑，能夠提高低脂肉類產品的質量和總體可接受性，改善產品的結構特性和平衡膳食營養[8-10]。目前，多糖作為脂肪替代物已被廣泛應用于低脂肉制品配方中，使產品蒸煮損失率減少、保水性增強、質構性能改善、冷凍穩定性提高以及成本降低[11-13]。根據多糖的水化特性，低脂肉制品中添加的多糖類物質主要分為三大類：淀粉、食用膠及不溶性膳食纖維[14]。各種多糖來自于不同的植物物種和植物部位，具有多種物理和化學特性。在肉糜類制品中，淀粉和食用膠的填充或填料效應以及不溶性膳食纖維的水分穩定作用都可以改善產品的凝膠特性并賦予產品良好的品質[12，14-16]。本文綜述了三類多糖作為脂肪替代物與MP相互作用的機理以及多糖類添加物在肉制品中的應用，為MP的研究和開發以及多糖類添加物能夠更好應用于肉制品加工提供依據和參考。

1 肌原纖維蛋白及其功能特性

MP是肌肉中重要的功能性結構蛋白群，主要由肌動蛋白、肌球蛋白、肌動球蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白組成。這些蛋白質在一定離子濃度的鹽溶液中具有很高的溶解性，因此又稱為鹽溶性蛋白，影響著肉的嫩度和保水性，同時也影響著肉制品的黏彈性、持水性和質構特性[17-18]。在MP的多種功能特性中，乳化和凝膠特性對肉制品品質具有很大的影響。

肉糜類制品加工對原料肉進行絞碎和斬拌時，MP從肌肉中溶出，在保持一定黏度的同時將脂肪球包裹于蛋白網絡結構中，形成穩定的乳化物。在這一混合體系中，細小的脂肪球為分散相，蛋白質鹽溶液為連續相，形成了水包油型(O/W)的乳化體系。由于MP分子中氨基酸殘基的極性和非極性基團共同存在，它們通過親水和疏水的特性將水和油連接，降低了兩相的表面張力，具有一定的乳化作用，因此在該系統中MP充當乳化劑，它與脂肪的乳化結合是保證肉糜穩定的重要因素[19]。

MP在加熱條件下具有很強的凝膠能力，蛋白濃度為0.5%時就可形成網狀的凝膠結構。肉糜類制品中，MP形成的凝膠網絡結構對產品的質構、持水性和持油性具有重要的影響[20]。在形成凝膠過程中，蛋白質分子的展開和聚集的相對速度影響著凝膠的空間結構及理化特性，展開速度快于聚集速度，則蛋白分子充分伸展，基團之間相互作用形成致密有序的半透明凝膠，當展開速度低于聚集速度，形成粗糙、無序、不透明的凝膠[21-22]。

2 多糖及其特性

多糖是一類天然高分子聚合物，包括淀粉、纖維素、果膠、植物膠以及微生物多糖等，普遍存在于眾多食品原料中。由于構成各種多糖高聚物的單糖種類、單糖間的化學鍵、分子排列方式、聚合度、以及取代基團等的不同，導致不同的多糖在性質上既有共性又有各自的特性，包括溶解性、黏度、凝膠性、耐熱性以及對電解質和其他物質的兼容性等，因此，也能夠對食品的特性產生多種影響[23]。

多糖作為食品添加劑，具有增稠、填充、保水和黏合等作用，可與蛋白質形成組織結構良好的復合物，因此是肉制品中的主要添加組分之一，能夠使肉制品保持良好的乳化、持水、凝膠和質構特性。多糖作為穩定劑能夠促使包裹油滴的蛋白質層厚度增加，因此在乳化液中蛋白質與多糖的相互作用能夠抑制油滴的聚集，提高乳化液的乳化能力[24]。多糖還可以使蛋白質在形成凝膠過程中的聚集方式發生改變，并能調節蛋白凝膠的網絡結構，從而改變凝膠的質構特性[25]。

3 多糖與肌原纖維蛋白的相互作用

通常認為，多糖與蛋白質之間的相互作用是基于兩種生物大分子上不同的片段、側鏈和基團之間形成的靜電相互作用、疏水相互作用、共價鍵和氫鍵等各種化學作用力及分子間相互纏繞的結果。

3.1 淀粉與肌原纖維蛋白的相互作用

淀粉是肉制品中使用最廣泛的添加劑之一，主要是由于淀粉具有很高的膨脹和持水能力，可增強肉制品的凝膠強度、減少肉的用量，同時還能提高肉制品的穩定性[26]。對一定濃度的淀粉水溶液進行加熱時，會破壞淀粉顆粒的晶體結構，使直鏈淀粉和支鏈淀粉分子中的羥基暴露出來，與水分子通過氫鍵相互作用，從而提高了淀粉的膨潤能力和溶解度[27]。淀粉可以通過改善MP乳化液的乳化活性而改變淀粉-蛋白復合物的流變學特性，進而改善復合物的凝膠特性[15，28]。目前普遍認為，淀粉與MP相互作用是基于熱誘導過程中淀粉顆粒通過吸水膨脹填充于MP三維網絡凝膠結構形成復合凝膠，從而使復合凝膠的凝膠特性得到加強和改善[29]，進一步深入研究淀粉的功能特性對復合凝膠特性的影響以及復合凝膠內部的化學作用力及水分分布狀態，從而得到淀粉與肌原纖維蛋白的相互作用機理。

周鳳超等[15，28]研究了原料馬鈴薯淀粉、不同濃度次氯酸鈉(活性氯濃度分別為0.2%和2.0%每100 g淀粉)氧化處理以及濕熱和壓熱處理的改性馬鈴薯淀粉對MP乳化及凝膠特性的影響，在相同處理條件下(乳化液均質：10 000 r/min，1 min；熱誘導凝膠：水浴70、75、80 ℃，20 min)0.2%氧化劑處理的馬鈴薯淀粉(0.2%OTPS)相比于原料和其他改性馬鈴薯淀粉能夠顯著提高和增強MP的乳化活性和凝膠特性，0.2%OTPS-MP復合凝膠內部的主要分子作用力為氫鍵和疏水相互作用，低場核磁結果顯示0.2%OTPS與MP具有更快的相互結合速度和更穩固的相互作用，能夠有效提高復合凝膠的持水性，并使復合凝膠內部的水分分布更加穩定；由于氧化處理在淀粉分子中形成了帶負電荷的羧基，促使吸附在油滴表面及油滴間的氧化淀粉顆粒形成了更大的靜電排斥和空間位阻作用，從而使乳化液平均粒徑降低，進一步穩定了乳化體系，同時羧基基團也可以與水分子結合形成氫鍵，從而穩固復合凝膠。WU等[30]在MP濃度2%的蛋白溶膠中加入質量分數2%的不同植物(馬鈴薯、木薯、大米和玉米)淀粉制備復合凝膠，提出淀粉對MP凝膠的增強作用與淀粉的糊化溫度和糊化后的彈性具有直接相關性，淀粉在加熱過程中的吸水膨脹作用對蛋白凝膠網絡造成壓力，使蛋白質凝膠網絡變得更加緊湊和牢固，其中馬鈴薯淀粉和木薯淀粉在相同熱處理條件下(熱誘導凝膠：水浴60、70、80 ℃，20 min)對提高MP凝膠的持水性及凝膠強度均優于大米淀粉和玉米淀粉，這可能是由于大米和玉米淀粉在80 ℃時仍沒有完全糊化，因此無法在復合凝膠中吸收足夠的水。此外，馬鈴薯淀粉中的磷酸鹽基團與支鏈淀粉通過共價連接，可以提高親水性，這有助于形成一種更牢固的熱誘導蛋白凝膠結構[31]。ZHUANG等[14]研究了不同濃度的交聯乙?；臼淼矸?質量分數0.5%、1.0%、1.5%和2.0%)對MP(濃度為2%的蛋白溶膠)凝膠特性的影響，淀粉濃度大于1.0%后MP凝膠強度和凝膠持水性顯著增加，并分析指出交聯乙?；臼淼矸垲w粒在糊化溫度下吸收游離水分，并滯留在MP三維網絡凝膠中，從而使復合凝膠中游離水的比例顯著下降，同時糊化溫度下溶脹的淀粉顆粒也可以對MP凝膠網絡施加壓力，使凝膠結構更加致密。

在淀粉-MP復合物的熱誘導過程中，原料淀粉或改性淀粉對肌原纖維蛋白三維網絡凝膠填充作用的充分與否取決于各類淀粉自身以及改性處理后的理化特性，主要是淀粉與水結合以及穩固水分的能力，如淀粉在熱誘導過程中是否充分糊化吸水、改性淀粉分子中引入新的基團、是否通過化學鍵與水分子穩固結合等。

3.2 食用膠與肌原纖維蛋白的相互作用

食用膠也是肉制品中廣泛使用的添加劑，常用的包括黃原膠、卡拉膠、亞麻籽膠和魔芋膠等[32-33]，其主要成分為親水性多糖，具有良好的保水、乳化、增稠和凝膠等功能特性[34]。食用膠對MP的乳化及凝膠特性具有良好的改善作用，能使脂肪充分乳化，并使MP在熱誘導過程中更好的形成三維網狀凝膠結構，有效改善原料的加工特性以及產品的保水保油性，從而提高產品的出品率和質量[33]。

食用膠可以在室溫下通過氫鍵自行聚集并水化粘結，在高溫下隨氫鍵的斷裂而流動[14]。研究表明，蛋白質和多糖在形成凝膠過程中的主要化學作用力為氫鍵和靜電相互作用[35-36]。食用膠的多糖分子結構中含有強陰離子性硫酸酯基團，可以和水分子形成額外的氫鍵，因此可以將蛋白-多糖復合物中的游離水分以成鍵的形式束縛在熱誘導過程中蛋白質形成的三維網絡凝膠結構中[37]。姜帥等[38]在法蘭克福香腸中添加了總肉質量0.3%的可得然膠及20%、23%、26%和29%的水與對照組進行比較，在相同加水量條件下，添加可得然膠能夠極顯著降低產品的蒸煮損失率、水分損失率和脂肪損失率(P<0.01)，說明可得然膠能與MP相互交織形成了致密的三維網狀結構，從而能夠束縛更多的水分子；此外低場核磁和流變學特性的測定顯示，加膠組與未加膠組相比，凝膠產品中不同類型的水分弛豫時間均向弛豫時間短的方向移動、也明顯提高了代表黏性的損耗模量G″，分析指出可得然膠作為親水性膠體易通過氫鍵與水分子結合，在蒸煮過程中與大量的自由水結合，并轉變為不易流動水。MANGOLIM等[39]提出，可得然膠分子內具有一定旋光性的螺旋晶體結構中存在大量的氫鍵能夠結合更多的水分，從而提高肉制品的亮度。費立天[40]在MP濃度為1%和2%的蛋白溶膠中分別添加0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的瓜爾膠和黃原膠制備復合乳化液和凝膠，添加食用膠的乳化液能顯著提高MP凝膠的持水性，使復合凝膠體系中自由水含量顯著減少，更多的水分被保留在了凝膠網絡中；其中，當食用膠濃度高于0.3%時，添加黃原膠乳化液的凝膠持水性要略高于添加瓜爾膠乳化液，可能是黃原膠分子是帶電聚合物，能與蛋白分子間產生靜電相互作用，使保持在蛋白質網絡中的水分子增加；此分析結果在乳化液ζ-電勢測定結果中得到了驗證，黃原膠處理組ζ-電位絕對值都要顯著高于空白樣，而瓜爾膠處理組ζ-電位絕對值與空白樣無顯著差別，由于黃原膠屬于陰離子多糖，與MP都帶有負電荷，因此黃原膠分子上的負電基團與MP分子發生靜電相互作用使體系電勢降低。乳化液中油滴粒徑的大小與乳化液的電勢關系密切，ζ-電勢絕對值的增大，能夠使乳化液油滴間的靜電斥力增強，相互間不容易靠近形成大的油滴；同時，ζ-電勢絕對值的增大也使油滴周圍空間形成更強的空間位阻作用，從而穩定了油滴粒徑的大小[41]。因此，乳化液ζ-電勢絕對值越大、乳化液中脂肪球油滴粒度越小，則乳化液的性質越穩定，穩定的乳化液有助于形成穩定的凝膠，從而有效的穩定凝膠中的水分。

食用膠對MP乳化及凝膠特性的影響主要是通過其自身良好的水合能力使乳化液達到充分乳化的效果，以氫鍵的形式結合大量水分并在形成凝膠的過程中將水分保持在凝膠網狀結構中；此外，一些帶有電負性的食用膠(如黃原膠)在MP乳化體系中形成更強的靜電相互作用，有助于穩定乳化體系。

3.3 不溶性膳食纖維與肌原纖維蛋白的相互作用

膳食纖維具有多種功能特性，是各種肉類產品中的有效添加成分，可作為粘合劑和脂肪替代物[42]。根據水溶性的不同，膳食纖維可分為水不溶性和水溶性兩類，其中水不溶性膳食纖維主要為細胞壁主要成分，如纖維素、半纖維素、木質素和殼聚糖等；水溶性膳食纖維主要為細胞壁內的儲存物質或分泌物，如果膠、樹膠和羧甲基纖維素等[43]。近年來，不溶性膳食纖維被廣泛應用于低脂肉制品中，以提高產品品質或替代脂肪。許多研究報道，在低脂肉制品中添加不溶性膳食纖維具有與傳統肉制品相似的整體可接受性，如：低脂香腸、低脂臘腸、低脂牛肉餅等[6，11，42]。

在肉制品中添加適量膳食纖維可以促使纖維結構中的親水基團與水結合，促使肌肉蛋白質之間發生交聯反應，形成穩定的三維網狀結構，從而使肌肉蛋白質凝膠的保水性、質構、流變特性和凝膠強度得到顯著改善[44]。與淀粉在糊化溫度下膨脹改善自身特性和食用膠通過氫鍵聚集成為良好的填料物質改善凝膠特性不同，不溶性膳食纖維在不同溫度下具有其固有的物理結構[14]。ZHUANG等[45]在MP濃度為4%的蛋白溶膠中分別添加質量分數為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的甘蔗不溶性膳食纖維(SIDF：經堿性過氧化氫處理)，相比于MP凝膠，SIDF-MP復合凝膠的持水性和凝膠強度隨SIDF添加量的增加呈線性顯著增加趨勢；掃描電鏡和石蠟切片結果顯示，MP單獨形成的凝膠網絡結構內部含有孔隙較大且分布不均勻的交叉互通水分通道，MP凝膠中的水分會通過這一水分通道流失，對凝膠產生破壞作用，而SIDF的加入使復合凝膠孔隙有效減小，水分通道變窄甚至消失，尤其是SIDF添加量2%時的復合凝膠質構致密且均勻，SIDF在復合凝膠中沒有與MP直接交聯，而是被束縛在凝膠網絡中，即交叉互通的水分通道中，SIDF作為活性水合聚合物其表面結合著大量的水分，而這些水分在加熱前從MP中遷移出來，促進蛋白質的展開并顯著影響疏水氨基酸殘基局部環境的變化，促使疏水基團的相互作用，形成緊湊和均勻的結構；拉曼光譜研究表明，SIDF的加入導致凝膠化的酰胺1帶和酰胺3帶特征峰分別左移和右移，脂肪族殘基帶的特征峰強度也有顯著下降，這一變化變化反映了SIDF的加入對形成牢固致密的MP凝膠有積極的作用；LF-NMR對T2弛豫的分析表明，加入SIDF后復合凝膠的T21弛豫時間明顯縮短，間接表明SIDF凝膠具有較好的三維網絡結構，能更牢固地結合水。DEBUSCA等[11]研究了小麥膳食纖維對魚糜凝膠理化性質的影響，發現小麥膳食纖維添加量在2%～8%范圍內顯著提高了復合凝膠的硬度，8%添加量時復合凝膠保水性的最大值為90.62%。

不溶性膳食纖維在與MP形成復合凝膠的過程中主要是發揮了其自身良好的固水能力，被束縛在凝膠網絡的同時能夠穩固從MP中遷移出來的水分，并使蛋白質分子展開、疏水基團相互作用，最終形成結構穩定、質地均勻的復合凝膠。

3 結語與展望

低脂肉類產品是未來健康肉制品的發展趨勢，而多糖作為脂肪替代物將會更加廣泛的應用于肉制品中。不同類型的多糖在肉制品中能夠表現出良好的品質改良特性，主要是基于多糖與MP這2種有機高分子化合物自身以及相互間的良好水合作用，促使MP和多糖分子內或分子間形成有效的化學作用力并產生良好的增效作用以及復合凝膠網絡內部空間形成良好的固水能力，從而使多糖-MP復合物表現出良好的乳化或凝膠特性，最終使此類產品的品質得到有效的改善。

在肉制品實際生產過程中除添加多糖外，根據產品特點還需添加非肉蛋白、食鹽、磷酸鹽等其他配料，許多模擬乳化凝膠肉制品中只研究了特定條件下多糖與肌原纖維蛋白的相互作用機理，因此在今后的研究中，應進一步考察非肉蛋白、離子強度等其他因素對多糖與肌原纖維蛋白相互作用的影響。此外，多糖與肌原纖維蛋白的相互作用雖然在復合物的乳化、凝膠以及保水性等方面能達到比較理想的效果，但對最終產品風味的影響也有待進一步的研究。