吳忠，劉俊榮，馬永生，王偉，田元勇

(大連海洋大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連116023)

迄今為止，基于蛋白質(zhì)凝膠原理的魚糜技術(shù)仍是低值魚蛋白資源高附加值利用的最有效方法。傳統(tǒng)冷凍魚糜(Surimi)技術(shù)通過漂洗再經(jīng)精濾，得到以肌原纖維蛋白為主的濃縮產(chǎn)物，與抗凍劑混合后速凍以冷凍魚糜的形式儲(chǔ)存［1］。冷凍魚糜作為典型的具有突出凝膠功能的魚蛋白配料，被廣泛用于加工系列魚糜制品，在世界各國(guó)受到普遍歡迎。

魚糜技術(shù)具有一定的局限性，在蛋白質(zhì)的回收率、脫脂、脫色和脫臭等方面尚有很大的提升空間。新興的分離魚蛋白(Fish protein isolate，F(xiàn)PI)技術(shù)是基于等電點(diǎn)絮凝原理的魚蛋白分離回收方法，包括酸溶(AC-FPI)及堿溶(AL -FPI)兩種處理方法。1999年，Hultin等［2］采用pH 調(diào)節(jié)法有效地解決了魚糜技術(shù)的部分局限性:第一，原料來源廣泛，能夠把傳統(tǒng)飼料級(jí)低值魚蛋白原料分別制成食品級(jí)、飼料級(jí)產(chǎn)品;第二，可大大提高蛋白質(zhì)回收率且脫脂效果顯著;第三，較好地保留了蛋白質(zhì)的凝膠形成能力;第四，大大降低了廢水排放量，廢水中含氮量、化學(xué)需氧量等指標(biāo)顯著低于魚糜廢水。國(guó)內(nèi)針對(duì)羅非魚的研究得到了相同結(jié)果［3-4］。研究表明，無(wú)論是傳統(tǒng)魚糜技術(shù)還是新興蛋白分離技術(shù)，目標(biāo)均是得到脫脂、脫色、濃縮的魚蛋白基料，即FAO 定義的濃縮魚蛋白(Fish protein concentrate，F(xiàn)PC)［5-6］。本研究中，根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的研究進(jìn)展，從魚蛋白的分離回收、脫脂與脫色效果，以及分離蛋白的凝膠特性等方面，比較了Surimi 與FPI 技術(shù)對(duì)魚蛋白回收及性質(zhì)的影響。

1 魚蛋白的濃縮分離

1.1 蛋白質(zhì)的回收率

Surimi 法在漂洗和脫水過程中損失了大量水溶性蛋白質(zhì)和小部分碎肉，大量研究證實(shí)，等電點(diǎn)絮凝法可以有效地解決此問題。表1 歸納了用不同方法分離魚蛋白的回收率。從表1可見:大部分研究結(jié)果中，AC-FPI 法的回收率最高，AL-FPI 法次之，Surimi 法最低［7-11］，F(xiàn)PI 法的高回收率源于蛋白質(zhì)等電點(diǎn)沉淀原理;而在少數(shù)研究結(jié)果中，AL-FPI 法的回收率高于AC-FPI 法［12-14］。

影響Surimi 法得率和FPI 回收率的因素不同。研究表明，漂洗次數(shù)是影響Surimi 法得率的關(guān)鍵因素，一次漂洗的太平洋鱈回收率為56.7%，3次漂洗后降為44%［15］。對(duì)FPI 法而言，蛋白質(zhì)在不同pH 下的溶解度決定了其回收率，之后的分離、等電點(diǎn)沉淀和回收等環(huán)節(jié)也有一定影響。Kristinsson等［11］研究表明，分離蛋白溶漿時(shí)，高速離心處理對(duì)蛋白質(zhì)的回收率有很大影響，當(dāng)無(wú)離心處理時(shí)，用AC -FPI和AL -FPI 法分離的斑點(diǎn)叉尾鮰肌肉蛋白質(zhì)的回收率分別可從71.5%和70.3%提高至85.8%和82.1%。此外，原料鮮度對(duì)回收率也有顯著影響，Davenport等［17］發(fā)現(xiàn)，用FPI 法對(duì)新鮮斑點(diǎn)叉尾鮰肌肉蛋白質(zhì)的回收率顯著高于貯藏原料;貯藏后的鯡肌肉蛋白質(zhì)的分子發(fā)生交聯(lián)，溶液中肌肉粒度增加，回收率降低［18］。對(duì)于FPI 法而言，處理過程中得到的未溶出物以及軟凝膠層和乳化層中都含有部分可溶性蛋白，對(duì)其進(jìn)行處理也能夠提高回收率，Cortes-Ruis等［16］采用AC -FPI法二次處理沙丁魚肌肉未溶出物，將原有的回收率從65%提高至76%。對(duì)Surimi 生產(chǎn)中的漂洗廢水進(jìn)行處理也能夠回收其中部分蛋白質(zhì)，Huang［19］采用膜過濾法有效地回收了廢水中的肌原纖維蛋白質(zhì)，Huang等［20］用加熱絮凝法回收了冷凍無(wú)須鱈肌肉漂洗液中33%的蛋白質(zhì)。

表1 不同技術(shù)分離魚蛋白的回收率Tab.1 Fish protein yield under different isolating treatments %

值得注意的是，等電點(diǎn)絮凝法回收蛋白質(zhì)的前提是蛋白質(zhì)的溶出，蛋白質(zhì)的兩性特點(diǎn)使得其在極端pH 下，由于其氨基酸殘基側(cè)鏈基團(tuán)帶凈正電荷或凈負(fù)電荷，蛋白質(zhì)發(fā)生溶解。研究表明，影響魚肉蛋白質(zhì)溶出的因素很多，鯡肌肉蛋白質(zhì)在pH 為2.7和10.8 時(shí)，分別溶解了92%和88%［8］。然而，在pH 為3 ～4和pH 為10 ～11 時(shí)，肌肉粒度較大，部分可溶性蛋白質(zhì)被未溶出物包裹脫除，回收率降低。隨著酸堿強(qiáng)度的增加，高凈電荷引起分子內(nèi)的靜電斥力增強(qiáng)，蛋白質(zhì)分子腫脹展開，肌肉粒度減小［3］，回收率提高。

綜上所述，用AC - FPI和AL - FPI 法均比Surimi 技術(shù)分離的蛋白質(zhì)回收率高，對(duì)于Surimi 處理時(shí)的廢水和FPI 處理時(shí)的未溶出物中的蛋白質(zhì)也可進(jìn)一步回收。蛋白質(zhì)的回收率與原料、魚種、鮮度、pH、離心處理等因素有關(guān)，這些因素如何共同作用還需進(jìn)一步研究探討。

1.2 脫脂、脫色效果

1.2.1 脫脂效果在Surimi 技術(shù)中，原料中大部分三?；视王ピ谌ヮ^、去皮、去內(nèi)臟和水洗過程中已脫除［1］。在FPI 技術(shù)中，脂質(zhì)的脫除受到原料、肌肉粒度和離心處理等因素的影響。表2 歸納了用FPI 法和Surimi 法對(duì)不同原料中脂質(zhì)的脫除效果。從表2可知，F(xiàn)PI 技術(shù)的脫脂效果優(yōu)于Surimi技術(shù)，AL - FPI 法優(yōu)于AC - FPI 法。Kristinsson等［11］采用AC -FPI、AL -FPI和Surimi 法分別脫除斑點(diǎn)叉尾鮰肌肉中85.4% ± 2.0%、88.6% ±2.8%和58.3% ±7.8%的脂質(zhì)。此外，高速離心處理顯著影響肌肉中脂質(zhì)的脫除效果，Kristinsson等［11］研究表明，若無(wú)高速離心處理時(shí)，AC -FPI、AL-FPI 法對(duì)斑點(diǎn)叉尾鮰肌肉中脂質(zhì)的脫除率從85.4% ±2.0%和88.6% ±2.8%分別降至45.4%±4.4%和61.2% ±6.3%。

FPI 技術(shù)難以脫除魚體肌肉組織中的膜脂，例如鯡碎肉經(jīng)過FPI 技術(shù)處理后，膜脂脫除率為46%［8］。Liang等［21-22］在真鱈Gadus morhua 肉漿中加入CaCl2/MgCl2、檸檬酸，脫除了肌肉中90%的膜脂;此后，Liang等［23］在酸性和堿性真鱈肉漿中加入相對(duì)分子質(zhì)量為310 000 ～375 000 的殼聚糖，能夠分別脫除約55%和80%的膜脂，對(duì)照組約為31%，這主要是因?yàn)闅ぞ厶呛写罅空姾?，能夠與帶負(fù)電荷的膜脂聚合沉淀而脫除。

表2 用不同方法對(duì)魚肉中脂質(zhì)的脫除效果Tab.2 Effect of different treatments on removing the lipids of fishes %

1.2.2 脫色效果表3 歸納了用不同魚種制備Surimi 及其凝膠和FPI 及其凝膠的白度。從表3可見，大部分研究表明，Surimi 及其凝膠的白度高于FPI 及其凝膠［7，15-16，24-26］，這是由于色素蛋白通過等電點(diǎn)絮凝一并被回收所致。

原料及其處理方式的差異決定了分離魚蛋白及其凝膠的白度。其中，F(xiàn)PI 處理中加入高比例水和進(jìn)行高速離心影響FPI 及其凝膠的白度［7，27］，Surimi 處理中的漂洗過程能夠提高Surimi 及其凝膠的白度。研究表明:沙丁魚碎肉鮮肉糜的白度為37.2 ±1.6，Surimi 及其凝膠的白度分別為51.8 ±1.1和60.3 ±1.2，AC -FPI 及其凝膠的白度分別為45.2 ±1.5和48.3 ±2.2［18］;太平洋鱈碎肉3次漂洗制備的Surimi 凝膠的白度高于1次漂洗得到的Surimi 凝膠［15］;鰱FPI 凝膠中加入TiO2能夠顯著提高其白度，并且高于狹鱈Surimi 凝膠的白度［28］。

總之，血色素的含量影響FPI 及其凝膠、Surimi 及其凝膠的白度，Surimi 處理中的漂洗過程以及AC-FPI、AL-FPI 處理中加入高比例水和進(jìn)行高速離心也影響濃縮魚蛋白及其凝膠的白度。探索如何有效地脫除血色素以提高和控制分離產(chǎn)物的白度是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。

表3 用不同方法得到的魚蛋白及其凝膠的白度Tab.3 Whiteness of surimi，surimi－based gel，F(xiàn)PI and FPI－based gel under different treatments

2 分離處理對(duì)魚蛋白凝膠的影響

2.1 分離蛋白凝膠的功能

凝膠功能是蛋白質(zhì)最重要的食品功能特性之一，往往作為評(píng)價(jià)食品蛋白質(zhì)配料價(jià)值的重要指標(biāo)，凝膠能力既與蛋白質(zhì)種類有關(guān)，又與蛋白質(zhì)穩(wěn)定性密切相連。與陸產(chǎn)恒溫動(dòng)物相比，冷血魚類的蛋白非常易于變性，一方面，在低溫凍藏條件下發(fā)生冷凍變性，另一方面，在死后處置及加工過程也會(huì)因溫度波動(dòng)而導(dǎo)致熱變性［29］。表4 歸納了對(duì)不同原料采用AC-FPI、AL-FPI和Surimi 法得到的凝膠特性。從表4可知，Surimi 凝膠和AL-FPI 凝膠的強(qiáng)度均優(yōu)于AC - FPI 凝膠［7-8，15-16，30-33］。凝膠強(qiáng)度受到不同因素的影響，其中凝膠中適量的鹽分能夠改善凝膠的特性［34-35］。

表4 用不同方法得到的魚蛋白凝膠的強(qiáng)度Tab.4 Strength of surimi gel，and FPI gel from different fish species under different treatments

對(duì)于Surimi 技術(shù)而言，其凝膠強(qiáng)度受到漂洗次數(shù)的影響。研究表明，3次漂洗制備的太平洋鱈Surimi 凝膠強(qiáng)度高于1次漂洗得到的Surimi 凝膠［8］。對(duì)于FPI 技術(shù)而言，其凝膠強(qiáng)度受到原料鮮度的影響，Davenport等［17］研究發(fā)現(xiàn)，用新鮮斑點(diǎn)叉尾鮰肌肉制備的FPI 凝膠的強(qiáng)度高于用凍藏原料制備的凝膠。此外，F(xiàn)PI 凝膠網(wǎng)絡(luò)中蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的作用決定了凝膠的硬度，蛋白質(zhì)與水的作用使得凝膠軟化［7］。FPI 凝膠中殘留的肌肉組織蛋白酶也影響凝膠的性能［8］，Sriket等［36］研究發(fā)現(xiàn)，淡水對(duì)蝦腸腺中胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶是造成肌肉軟化的主要因素，同時(shí)肌肉中的絲氨酸蛋白酶也有一定作用。用貯藏原料制備的FPI 凝膠的性能低于用高鮮度原料制備的凝膠，這主要受到貯藏過程中產(chǎn)生的脂質(zhì)自由基的影響。Undeland等［8］研究表明，脂質(zhì)自由基導(dǎo)致鯡肌肉蛋白質(zhì)變性，用貯藏鯡制備的凝膠性能低于用高鮮度鯡制備的凝膠。

如何提高魚蛋白凝膠特性一直為學(xué)者所關(guān)注。Kim等［32］在Surimi 凝膠中加入0 ～5%肌漿蛋白粉后，監(jiān)測(cè)Surimi 凝膠和肌漿蛋白的作用，結(jié)果表明，肌漿蛋白粉能延緩肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白的熱變性，提高凝膠破斷力;Park等［37］對(duì)鮐、竹莢魚FPI 凝膠有相同的研究結(jié)果。此外，添加土豆淀粉、TG 酶、磷酸鹽和牛血漿蛋白后均能降低鱒FPI 凝膠中蛋白酶的活性，提高其凝膠特性［18］。

總之，濃縮魚蛋白凝膠的特性因原料、加工方式、內(nèi)源蛋白酶等的不同而異，屬多種因素的耦合作用，因此，對(duì)于FPI 凝膠性能尚需系統(tǒng)地研究。

2.2 分離魚蛋白及其凝膠的貯藏穩(wěn)定性

分離魚蛋白及其凝膠的貯藏穩(wěn)定性主要包括微生物、脂質(zhì)氧化和冷凍貯藏特性。脂質(zhì)氧化取決于產(chǎn)品中易氧化物質(zhì)的含量［8］以及在氧氣中暴露的程度和時(shí)間，因此，對(duì)加工方式和原料品質(zhì)有嚴(yán)格要求。Kristinsson等［7］研究發(fā)現(xiàn)，Surimi 擁有較低的脂質(zhì)氧化水平，Surimi 中脂質(zhì)氧化產(chǎn)物水平低于AC-FPI和AL-FPI。黃花魚副產(chǎn)物的AC-FPI 的硫代巴比妥酸值(TBARS)值最高，原料次之，AL -FPI 最低;貯藏后的AL-FPI和Surimi 的TBARS 值仍較低，但AC-FPI 的TBARS 值顯著升高［38］。

對(duì)于Surimi 技術(shù)而言，其難以脫除與血紅素中Fe2+相連的高度不飽和膜脂，氧化的膜脂導(dǎo)致Surimi 及其凝膠的貯藏特性降低［1］。此外，原料中部分天然抗氧化劑(如谷胱甘肽)被漂洗脫除，其貯藏氧化的風(fēng)險(xiǎn)提高［39］。

對(duì)于FPI 技術(shù)而言，由于pH 的變化導(dǎo)致血紅蛋白氧化性的變化，最終影響FPI 的脂質(zhì)氧化穩(wěn)定性［40］。學(xué)者們采用不同的方法控制FPI 及其凝膠的脂質(zhì)氧化。Petty等［41］研究發(fā)現(xiàn)，馬鮫肉漿中的AL-FPI 幾乎不被氧化，而AC - FPI 氧化劇烈，在AC-FPI 中加入VC和VE 能有效地抑制氧化。Raghavan等［42］用δ -VE、水楊酸和沒食子酸丙脂抑制冰藏鱈魚AC -FPI 中血紅蛋白的氧化，結(jié)果表明，其抗氧化效果依次為沒食子酸丙脂＞水楊酸＞δ-VE。

微生物的種類和數(shù)量是影響Surimi和FPI 的生產(chǎn)及貯藏的另一重要因素，由原料的捕撈和加工環(huán)境所決定。Surimi和FPI 法均能不同程度地殺滅并抑制微生物生長(zhǎng)，然而在貯藏過程中卻有不同程度的變化。Kristinsson等［7］監(jiān)測(cè)了斑點(diǎn)叉尾鮰碎肉、Surimi和FPI在冰藏10 d 后細(xì)菌總數(shù)的變化，結(jié)果表明，鮮肉中細(xì)菌總數(shù)從6.32 ×103CFU/g 增加到7.71 ×105CFU/g，Surimi 從2.38 ×103CFU/g 增加到1.55 ×106CFU/g，AC -FPI 從1.45 ×103CFU/g增加到2.45 × 104CFU/g，AL - FPI 從1.00 × 103CFU/g 降至3 ×102CFU/g。

Surimi 的冷凍貯藏特性受溫度和抗凍劑的影響，而針對(duì)FPI 冷凍貯藏特性的研究較少。Thawornchinsombut等［43］研究發(fā)現(xiàn)，Surimi 凝膠和加入抗凍劑后的AL -FPI 凝膠的質(zhì)地相似且強(qiáng)度較高，抗凍劑及凍結(jié)-融化過程對(duì)凝膠質(zhì)地影響顯著。加入抗凍劑且不經(jīng)凍結(jié)-融化的AL -FPI 凝膠質(zhì)地最好，加入抗凍劑且經(jīng)凍結(jié)-融化的凝膠質(zhì)地次之，未加抗凍劑并經(jīng)凍結(jié)-融化的凝膠質(zhì)地最差。

總之，Surimi 及其凝膠和FPI 及其凝膠的貯藏性能受到加工方式、原料等因素的影響，這些因素間有耦合作用，進(jìn)而影響分離產(chǎn)物的貯藏性能。對(duì)于貯藏特性而言，仍需深入研究。

2.3 分離過程中蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化與凝膠功能

肌球蛋白是形成魚蛋白凝膠的主體蛋白質(zhì)，其構(gòu)象變化決定了魚蛋白的功能特性。Surimi和FPI的差異性源于處理過程中pH 的變化。Kristinsson等［44-45］研究表明，極端pH 下，真鱈肌肉蛋白分子構(gòu)象改變，將pH 調(diào)至7.0 左右時(shí)蛋白質(zhì)分子展開部分進(jìn)行重折疊，但無(wú)法恢復(fù)天然構(gòu)象，蛋白質(zhì)功 能 性 發(fā) 生 改 變。Kristinsson［46］、Bhattacharyya等［47］研究發(fā)現(xiàn)，在酸性條件下，血紅蛋白中的血紅素與相鄰的組氨酸的作用喪失，蛋白質(zhì)球狀部分局部打開并通過化學(xué)鍵作用形成熔球態(tài)。Mohan等［48］指出，酸顯著影響鯔肌球蛋白分子構(gòu)象，當(dāng)pH 恢復(fù)至原始pH 時(shí)，肌球蛋白分子展開部分進(jìn)行重折疊，然而蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)仍有部分?jǐn)嗔眩瑝A卻無(wú)此影響。對(duì)血紅蛋白而言，堿對(duì)其結(jié)構(gòu)的影響微小，而酸會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)生大量氧化前體，進(jìn)而顯著影響其結(jié)構(gòu)。有研究表明，在不同pH 條件下，肌球蛋白中二級(jí)結(jié)構(gòu)的含量會(huì)發(fā)生變化，例如，在pH 為7.0 時(shí)，α -螺旋是鰱肌球蛋白凝膠中的主要結(jié)構(gòu)，當(dāng)pH 偏離7.0 時(shí)，α - 螺旋組分下降，其他幾種二級(jí)結(jié)構(gòu)組分上升［49］。

作為新型食品蛋白質(zhì)配料，F(xiàn)PI 的食品功能特性由蛋白質(zhì)構(gòu)象變化所決定，而蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化受到分離蛋白制備過程中不同因素的影響。探求并采用適當(dāng)技術(shù)表現(xiàn)蛋白質(zhì)構(gòu)象變化，并將其構(gòu)象變化與功能性相結(jié)合是現(xiàn)今的研究熱點(diǎn)。

3 展望

魚蛋白營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、易消化，具有較好的功能性，其中以凝膠性優(yōu)良的Surimi 為代表，然而Surimi 技術(shù)無(wú)法應(yīng)用于凝膠性差的低值魚蛋白的分離中，且在蛋白質(zhì)的回收率及脫脂、脫色等方面具有一定的局限性，而FPI 技術(shù)在這些方面具有突出優(yōu)勢(shì)，有望在低值魚蛋白精深加工領(lǐng)域發(fā)揮作用。蛋白質(zhì)分離技術(shù)是開發(fā)食品蛋白質(zhì)配料的重要途徑，此技術(shù)已成熟應(yīng)用于植物蛋白的分離，其中大豆分離蛋白SPI是其代表，SPI 不僅營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，而且擁有各種優(yōu)良的食品功能性，包括保水性、起泡性、乳化性、吸油性、凝膠性、黏彈性等，依據(jù)不同功能性，SPI 作為食品蛋白質(zhì)配料已被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)領(lǐng)域。在動(dòng)物性蛋白源中，經(jīng)濟(jì)水產(chǎn)動(dòng)物資源是一個(gè)潛力巨大的優(yōu)勢(shì)蛋白源，特別是大量低值魚原料，采用蛋白分離技術(shù)能夠有效地提取FPI，有望與大豆分離蛋白SPI 媲美，為市場(chǎng)提供新型蛋白質(zhì)配料產(chǎn)品。

同樣作為濃縮魚蛋白，與已商品化的冷凍魚糜Surimi 相比，F(xiàn)PI 尚處于研發(fā)嘗試階段，對(duì)FPI 的研究仍需從基礎(chǔ)與應(yīng)用兩方面開展:

(1)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化與功能性密切相關(guān)，F(xiàn)PI 主要由肌漿蛋白、肌原纖維蛋白、肌紅蛋白與血紅蛋白構(gòu)成，這些蛋白質(zhì)在分離加工過程中不同因素的影響下，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，各自的功能性以及FPI 的功能性將發(fā)生改變。深入研究各種蛋白質(zhì)在分離過程中的結(jié)構(gòu)及功能性變化機(jī)理是現(xiàn)今研究的核心內(nèi)容。

(2)分離產(chǎn)物的特性。FPI 的食品功能特性決定了其應(yīng)用潛力及應(yīng)用方向。研究FPI 的保水性、起泡性、乳化性、吸油性、凝膠性、黏彈性等食品功能特性，并以大豆分離蛋白SPI 及冷凍魚糜Surimi 為鑒，從不同的功能性出發(fā)，應(yīng)用于食品加工領(lǐng)域。

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