汪張貴，閆利萍，彭增起 ，周光宏

(1.蚌埠學(xué)院食品與生物工程系，安徽蚌埠 233030;

2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，江蘇南京 210095)

脂肪剪切乳化和蛋白基質(zhì)對(duì)肉糜乳化穩(wěn)定性的重要作用

汪張貴1，閆利萍1，彭增起2，*，周光宏2

(1.蚌埠學(xué)院食品與生物工程系，安徽蚌埠 233030;

2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，江蘇南京 210095)

完全粉碎肉制品由肌肉蛋白質(zhì)、脂肪顆粒、水、鹽和碳水化合物等物質(zhì)組成。在肉糜生產(chǎn)過(guò)程中，脂肪被剪切成形狀和大小不同的固態(tài)脂肪顆?；蛞簯B(tài)脂肪滴，如何防止脂肪和水分從產(chǎn)品中分離成為挑戰(zhàn)。在過(guò)去幾十年里，涌現(xiàn)出兩種學(xué)說(shuō)用于解釋肉糊乳化穩(wěn)定性:水包油型乳化學(xué)說(shuō)和蛋白基質(zhì)物理鑲嵌固定學(xué)說(shuō)，前者強(qiáng)調(diào)脂肪球周圍形成界面蛋白膜作用，后者強(qiáng)調(diào)蛋白基質(zhì)對(duì)脂肪的固定作用。本文討論了支持這兩個(gè)研究方向的成果，并在此基礎(chǔ)上提出幾點(diǎn)建議。

肌肉，蛋白質(zhì)，脂肪，乳化

糜類肉制品口感鮮嫩，清淡爽口，蛋白質(zhì)含量豐富，深受國(guó)內(nèi)外廣大消費(fèi)者鐘愛(ài)。它主要是由肌肉組織(瘦肉)、脂肪組織(肥膘)、非肉蛋白、食鹽和水等成分依次經(jīng)過(guò)斬拌、灌裝、巴氏殺菌和冷卻等工藝生產(chǎn)而成的。一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)糜類肉制品含有20%～35%脂肪，這些脂肪通常被10%～15%蛋白質(zhì)固定在肉制品中。前人［1－7］研究表明，脂肪在糜類肉制品中具有乳化穩(wěn)定肉糜、改善產(chǎn)品硬度、多汁性、風(fēng)味以及出油(水)等多種功能。因而，糜類肉制品生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)在于如何結(jié)合脂肪和水。然而，工業(yè)生產(chǎn)中糜類肉制品常常出現(xiàn)出水、出油和質(zhì)構(gòu)差等問(wèn)題，這些往往與肉糜乳化穩(wěn)定性密切相關(guān)。目前關(guān)于糜類肉制品乳化穩(wěn)定性機(jī)制主要存在兩種學(xué)說(shuō):水包油型乳化學(xué)說(shuō)［9－12］和蛋白基質(zhì)物理鑲嵌固定學(xué)說(shuō)［13－19］。前者認(rèn)為完全粉碎的肉糜中存在水包油型乳化體系，脂肪球周圍表面包裹著一層蛋白膜，從而阻止脂肪球發(fā)生凝聚，但它忽視(或片面降低)了其它不溶性蛋白在肉糜中所起的作用，且理想化認(rèn)為乳化肉糜中脂肪球直徑大小在0.1～50μm。后者則強(qiáng)調(diào)蛋白質(zhì)基質(zhì)對(duì)肉糜中脂肪球物理鑲嵌固定作用，它也忽視(或片面降低)了蛋白膜存在及作用，且要求脂肪細(xì)胞完整。究竟哪種機(jī)制對(duì)維持肉糜乳化穩(wěn)定性更重要尚未達(dá)成共識(shí)。此外，粘稠、流動(dòng)的生肉糜煮制成富有彈性的、不流動(dòng)的乳化凝膠制品，其變化機(jī)理尤為復(fù)雜。

1 肉糜制備過(guò)程中的物理化學(xué)變化

表1 肉糜制備過(guò)程中的物理化學(xué)變化

在肉糜生產(chǎn)過(guò)程中，質(zhì)地比較軟的脂肪組織剪切破碎釋放出脂肪滴，而質(zhì)地比較硬的脂肪組織被剪切成大小和形狀不同的脂肪顆粒。此外，還有高速剪切斬拌或摩擦產(chǎn)生了大量熱量，刀片產(chǎn)生瞬間的高溫使周圍的脂肪熔化成液態(tài)脂肪滴。這些形狀大小不同的脂肪顆?；蛑镜沃車砻姘粚拥鞍啄?，分布在蛋白基質(zhì)中。一般說(shuō)來(lái)，脂肪組織剪切地愈細(xì)，游離出來(lái)的脂肪滴愈多，脂肪顆粒直徑越小。剪切時(shí)間不充分，脂肪顆粒直徑太大(φ＞50μm)，達(dá)不到乳化要求;剪切時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，脂肪顆粒很小或脂肪細(xì)胞被破壞，脂肪顆?？偙砻娣e增大，使得蛋白質(zhì)不足以包圍所有脂肪顆粒，加熱時(shí)脂肪就會(huì)析出。因而，脂肪必須剪切成適當(dāng)大小的脂肪顆?；蛑镜?，才能形成乳化性能良好的肉糜。

肉糜在隨后煮制過(guò)程中也發(fā)生很多變化［20］:首先脂肪受熱開(kāi)始熔化(約30℃)，隨著溫度升高，肌球蛋白開(kāi)始發(fā)生變性(肌球蛋白變性溫度45℃)并逐步形成由弱到強(qiáng)的蛋白凝膠，持水力下降;當(dāng)加熱溫度上升到55～60℃時(shí)，形成更加僵硬的蛋白質(zhì)基質(zhì)，通過(guò)流變特性掃描觀測(cè)到系統(tǒng)中G'在52～55℃內(nèi)明顯增加，此時(shí)脂肪仍處于熔化狀態(tài)，并且不斷向周圍蛋白基質(zhì)擴(kuò)散;隨著加熱溫度進(jìn)一步升高(60℃以后)，膠原蛋白受熱熔化形成明膠。但是，過(guò)多膠原蛋白擴(kuò)散到凝膠中會(huì)使肉糜穩(wěn)定性下降，甚至出現(xiàn)分離現(xiàn)象。

2 肉糜乳化穩(wěn)定性機(jī)制

迄今為止，肌肉蛋白與脂肪剪切乳化機(jī)理研究一直未能突破，目前關(guān)于肉糜乳化穩(wěn)定機(jī)制主要存在水包油型和蛋白基質(zhì)物理鑲嵌固定兩種學(xué)說(shuō)。

2.1 水包油型乳化學(xué)說(shuō)(Oil－in－water theory)

Hansen［10］用電鏡首次觀察到肉糜中脂肪顆粒(或油滴)表面包裹著一層蛋白膜，又稱界面蛋白膜(interfacial protein film，IPF)，這一現(xiàn)象后來(lái)得到不少學(xué)者認(rèn)可和支持。Borchert等［8］研究發(fā)現(xiàn)，煮制后肉糜中也存在IPF，有的IPF表面上存在小洞或孔隙;Schut［21］研究發(fā)現(xiàn)，在不含復(fù)配膠的肉糜中，鹽溶性蛋白優(yōu)先吸附在脂肪－水界面上，受熱時(shí)包圍脂肪球的蛋白膜容易破裂，出現(xiàn)大量孔和裂口，脂肪容易游離出來(lái)，而在低脂肉制品中添加復(fù)配膠時(shí)，優(yōu)先吸附在脂肪－水表面的也是鹽溶性蛋白的部分鏈段;Jones和Mandigo［12］進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，煮制后肉糜中IPF表面存在小洞，且小洞附近有大脂肪顆粒和一些小脂肪滴，他們認(rèn)為這些小洞或孔隙可能是脂肪滴從IPF表面裂縫流失而留下的痕跡，當(dāng)肉糜流失太多脂肪時(shí)，IPF表面會(huì)出現(xiàn)較大裂縫或洞;當(dāng)無(wú)脂肪流失時(shí)，可以看到形狀規(guī)則的脂肪球。

于是，不少學(xué)者［9－12］在此基礎(chǔ)上較為系統(tǒng)地提出了維持肉糜乳化穩(wěn)定性的水包油型乳化學(xué)說(shuō)。該學(xué)說(shuō)認(rèn)為:肌肉蛋白“乳狀液”屬于水包油型乳狀液，在脂肪球周圍表面包裹著一層比較厚的蛋白膜，能夠有效地防止脂肪球凝聚。在這系統(tǒng)中，分散相是由大小不一的脂肪滴和形狀和大小不同的固態(tài)脂肪顆粒構(gòu)成，連續(xù)相是由含有鹽和溶解的、膠化的、懸浮的蛋白質(zhì)水溶液構(gòu)成。Jones［9］研究指出蛋白膜早期在油－水界面上形成，即相對(duì)完整自由蛋白質(zhì)分子首先在脂肪球或顆粒周圍形成表層蛋白，其它蛋白質(zhì)通過(guò)疏水作用力、共價(jià)鍵和氫鍵等化學(xué)作用與表層蛋白結(jié)合在界面處形成蛋白膜。

肌球蛋白是構(gòu)成界面蛋白膜的主要蛋白質(zhì)，被認(rèn)為是水包油系統(tǒng)良好的乳化劑。Borejdo［22］研究認(rèn)為肌球蛋白分子有親水基和疏水基部分，且重酶解蛋白為疏水性。在肉糜模型系統(tǒng)中，Jones［9］研究發(fā)現(xiàn)，在油－水界面形成蛋白膜早期，游離肌球蛋白分子以相對(duì)完整的表面單體形式先在油水界面上形成單分子層，重鏈朝向油相，輕鏈朝向水相，而其它蛋白質(zhì)分子主要通過(guò)疏水力作用、共價(jià)鍵和氫鍵等形式實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)相互作用，隨著其它肌原纖維蛋白沉積逐漸變厚，最終形成一個(gè)半剛性的膜;后來(lái)他進(jìn)一步對(duì)商業(yè)肉糜產(chǎn)品中IPF含量和水相中的蛋白質(zhì)種類做電泳實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)肌球蛋白是構(gòu)成肉糜中IPF的主要蛋白質(zhì)，而且，如果肉糜中沒(méi)有提取出足夠多肌球蛋白就會(huì)出現(xiàn)脂肪分離現(xiàn)象;Galluzzo和Regenstein［23］也研究表明，懸浮在鹽溶液中的肌球蛋白能夠有更強(qiáng)表面活性，比肌動(dòng)蛋白和肌動(dòng)球蛋白可以更好地在界面上形成蛋白膜。圖1顯示了可溶的肌原纖維蛋白(主要是肌球蛋白)分子在乳化過(guò)程中會(huì)部分展開(kāi)，同少量肌漿蛋白一起吸附在脂肪球表面，在脂肪球周圍形成一個(gè)半剛性的膜或被膜，降低水、油間界面張力，即降低自由能［24］。

圖1 肌球蛋白與脂肪乳化作用示意圖［24］

然而，不少學(xué)者［25－27］研究發(fā)現(xiàn)，向糜類肉制品中添加人工合成乳化劑后，肉糜乳化體系崩潰，而不是增加肉糜乳化穩(wěn)定性，這些現(xiàn)象使水包油型乳化學(xué)說(shuō)受到很大挑戰(zhàn)，人們開(kāi)始轉(zhuǎn)向主張強(qiáng)調(diào)蛋白質(zhì)基質(zhì)保持產(chǎn)品中脂肪物理固定學(xué)說(shuō)。但是，這并不能完全擊敗水包油型乳化學(xué)說(shuō)。Jost等［28］向含有乳清蛋白的肉糜體系中添加卵磷脂乳化劑，研究發(fā)現(xiàn)生肉糜中構(gòu)成蛋白膜中蛋白質(zhì)未被更換，且這種蛋白膜未消失，但在煮制過(guò)程中(脂肪熔化且基質(zhì)蛋白質(zhì)尚未完全變性)，肉糜穩(wěn)定性出現(xiàn)下降;再者，根據(jù)經(jīng)典乳化液概念，油滴(或分散相顆粒)直徑應(yīng)小于50μm，而實(shí)際生產(chǎn)中，糜類肉制品中不少脂肪微粒大小超過(guò)50μm，有的甚至達(dá)到200μm。因此，不能簡(jiǎn)單認(rèn)為商業(yè)肉糜及其制品是經(jīng)典乳狀液類型。

2.2 蛋白基質(zhì)物理鑲嵌固定學(xué)說(shuō)(physical entrapment theory)

蛋白基質(zhì)物理鑲嵌固定學(xué)說(shuō)［13－19］認(rèn)為:肉在斬拌過(guò)程中，肌肉組織經(jīng)剪切萃取出的蛋白質(zhì)、纖維碎片、肌原纖維及膠原纖絲間發(fā)生相互作用，形成一種高度粘稠的體系，而破碎的脂肪顆粒或脂肪滴被這些蛋白基質(zhì)物理鑲嵌包埋固定，得到相對(duì)穩(wěn)定的乳狀液。在加熱煮制過(guò)程中，位于脂肪球界面上的蛋白質(zhì)及粘性的基質(zhì)蛋白質(zhì)會(huì)結(jié)合成為一種半剛性的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大大限制了脂肪球的移動(dòng)。

Hermanssen 等［19］研究發(fā)現(xiàn)，煮制前肉糜能夠形成一個(gè)有序結(jié)構(gòu);Barbut等［20］觀察發(fā)現(xiàn)生肉糜中存在海綿體狀基質(zhì)和蛋白質(zhì)絲狀相連構(gòu)成有序三維空間結(jié)構(gòu)，而且部分可以流動(dòng);肉糜在煮制過(guò)程中，肌原纖維蛋白聚集形成凝膠，能夠物理鑲嵌固定脂肪［14，17］;Gordon 和 Barbut［16，18］研究發(fā)現(xiàn)，煮制后的肉糜中脂肪球通過(guò)與蛋白質(zhì)相連被物理固定;Theno和Schm idt［13］也研究指出，法蘭克福香腸中也存在脂肪球與蛋白質(zhì)基質(zhì)物理性結(jié)合固定現(xiàn)象。

物理鑲嵌固定學(xué)說(shuō)雖然能夠很好地解釋肉的乳化機(jī)理，但它沒(méi)有考慮脂肪球表面性質(zhì)，即認(rèn)為包圍在脂肪球周圍的IPF作用很小。Hermansson等［19］認(rèn)為IPF可能是整個(gè)蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一部分，物理性連接可能是IPF與基質(zhì)蛋白之間的相互作用;Gordon和Barbut［27］也研究認(rèn)為脂肪穩(wěn)定性是由脂肪周圍表面IPF和粘性蛋白基質(zhì)的物理約束和結(jié)合共同作用的結(jié)果。但是，近些年來(lái)，也有少數(shù)學(xué)者［9，20，27］認(rèn)為肉糜穩(wěn)定性是由蛋白膜和基質(zhì)物理鑲嵌固定共同作用的結(jié)果。當(dāng)然，脂肪的物理特性、粉碎方式、粉碎程度、最終斬拌溫度和加熱時(shí)間等因素也會(huì)影響肌肉蛋白物理鑲嵌固定作用。

3 展望

我國(guó)肉類加工技術(shù)和水平還比較低，相關(guān)基礎(chǔ)研究相對(duì)不足，如肌肉蛋白乳化機(jī)理和肉糜乳化穩(wěn)定性，特別是肌肉蛋白和脂肪剪切乳化機(jī)理研究尚屬空白;糜類肉制品出水、出油現(xiàn)象比較嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)損失巨大。為減少生產(chǎn)成本，滿足消費(fèi)者對(duì)低脂、低鹽肉制品的需求，建議今后研究從以下方面著手:

3.1 探明肌肉蛋白與脂肪剪切乳化機(jī)理

目前研究發(fā)現(xiàn)，肉糜中脂肪微粒表面包裹著一層蛋白膜，蛋白基質(zhì)對(duì)脂肪微粒穩(wěn)定也具有一定的物理固定作用。但究竟是蛋白膜包裹還是蛋白基質(zhì)物理固定在維持糜類肉制品穩(wěn)定性方面起最重要作用還需要繼續(xù)深入探討。此外，脂肪被剪切成形態(tài)和大小不同的固態(tài)脂肪顆粒和液態(tài)脂肪滴，這些存在形式、形態(tài)和大小不同的脂肪微粒對(duì)糜類肉制品穩(wěn)定性和品質(zhì)特性貢獻(xiàn)大小可能不同，還需要進(jìn)一步深入探討。

3.2 建立肉糜乳化穩(wěn)定性的新的評(píng)價(jià)方法

目前評(píng)價(jià)蛋白質(zhì)乳化性常用濁度法、離心法和電導(dǎo)率法，應(yīng)用這些方法通常要求乳狀液均勻透明。因而，采用濁度法、離心法或電導(dǎo)率法來(lái)評(píng)價(jià)粘稠、不透明的肉糜乳化性質(zhì)可能存在不足或局限性。再者，這些評(píng)價(jià)方法不能在線即時(shí)預(yù)測(cè)肉糜乳化穩(wěn)定性，即不能用來(lái)指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，表現(xiàn)出很大的生產(chǎn)滯后性。因此，需要探討和建立一種新的評(píng)價(jià)肉糜乳化穩(wěn)定性的方法，用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

3.3 建立生產(chǎn)工藝調(diào)控技術(shù)，適應(yīng)我國(guó)肉類工業(yè)發(fā)展需要

我國(guó)肉類加工技術(shù)和水平比較低，相關(guān)基礎(chǔ)研究相對(duì)不足，尤其是低溫凝膠類肉制品加工技術(shù)主要來(lái)源于西方國(guó)家，產(chǎn)品出水、出油等質(zhì)量問(wèn)題比較嚴(yán)重。應(yīng)該結(jié)合我國(guó)肉制品中尚未解決的問(wèn)題，如斬拌速度、溫度和時(shí)間等斬拌工藝條件和參數(shù)對(duì)凝膠類肉制品品質(zhì)的影響進(jìn)行有針對(duì)性的研究，建立相應(yīng)的控制技術(shù)，運(yùn)用于肉品加工業(yè)生產(chǎn)。

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Importance of shearing fat emulsification and protein matrix in meat batter stability

WANG Zhang－gui1，YAN Li－ping1，PENG Zeng－qi2，*，ZHOU Guang－h(huán)ong2

(1.Department of Food and Bioengineering，Bengbu College，Bengbu 233030，China;
2.College of Food Science and Technology，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China)

Finely comminuted meat products were a mixture of proteins，fat particles，water，salt and carbohyd rates，and so on.During the process of preparing meat batter，fat was chopped into solid particles and/or liquid fat droplets of different shapes and sizes.Nowadays，the challenge is how to minimize and/or prevent fat and moisture separation from the product.There were two alternative theories for meat batter stabilization:the oil－in－water emulsion theory，which was based on the formation of aninterfacial protein film(IPF)around fat globules，and the physical entrapment theory，which centered on the entrapment of the fat within the protein matrix.The exact mechanism by which finely comminuted meat batters stabilized was stilluncertain.Arguments presented to support both research thrusts were discussed.Based on this，several pieces of suggestions were also put forward.

muscle;protein;fat;emulsify

TS251.1

A

1002－0306(2011)08－0466－04

2010－07－29 *通訊聯(lián)系人

汪張貴(1978－)，男，講師，博士，研究方向:畜產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制。