齊筱瑩，宮 璇，逄昕雨，葉張靖，趙志康，肖長(zhǎng)輝，胡建恩，趙 慧

（大連海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧大連 116600）

0 引言

20 世紀(jì)90 年代起，中國(guó)的水產(chǎn)品產(chǎn)量豐富，至今仍穩(wěn)居于世界首位，并且漁業(yè)發(fā)展在近些年來(lái)收獲頗豐。水產(chǎn)品相較一般的動(dòng)物組織品質(zhì)更容易劣變，酶促自溶、氧化、微生物生長(zhǎng)都會(huì)致使水產(chǎn)品在打撈、輸送、加工及銷售等全鏈過(guò)程中發(fā)生腐敗變質(zhì)[1-3]。水產(chǎn)品經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)募庸ぃ诜乐垢瘮∽冑|(zhì)、延長(zhǎng)保質(zhì)期的同時(shí)，亦可保持其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、質(zhì)地和風(fēng)味[4]。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在水產(chǎn)品的腌制加工、傳統(tǒng)熱加工等傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了高壓、超聲波等新型加工方法。

食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)中對(duì)于蛋白質(zhì)的生理價(jià)值及凈利用率的研究表明，水產(chǎn)動(dòng)物蛋白營(yíng)養(yǎng)價(jià)值優(yōu)于陸生動(dòng)物蛋白。水產(chǎn)品與畜牧肉質(zhì)比較，兼?zhèn)涓叩鞍?、低脂肪、低熱量三大?yōu)點(diǎn)。魚類與蝦、蟹類粗蛋白含量基本相同約為20%，貝類粗蛋白含量略低約為12%，由于季節(jié)和品種影響會(huì)略有不同。水產(chǎn)動(dòng)物蛋白可以簡(jiǎn)單地分為2 類，細(xì)胞內(nèi)蛋白（肌原纖維蛋白與肌漿蛋白組成） 和細(xì)胞外蛋白（肌基質(zhì)蛋白）[5]。不同的加工方式會(huì)使蛋白質(zhì)發(fā)生不同程度的變化，從而影響人們膳食營(yíng)養(yǎng)需求，因此研究加工方式對(duì)蛋白特性的影響，對(duì)選擇最優(yōu)的方法及新型加工方法的發(fā)展與應(yīng)用有重要意義。根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道，對(duì)熱加工、腌制、高壓、超聲波等加工方式及其對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物蛋白特性的影響進(jìn)行總結(jié)歸納，以期為水產(chǎn)品加工方式的應(yīng)用提供參考，為我國(guó)水產(chǎn)品加工行業(yè)新型技術(shù)的研發(fā)提供思路。

1 水產(chǎn)品加工方式

1.1 熱加工

加熱是水產(chǎn)品加工中最常見的方式，容易改變食品滋味、口感及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等[6-7]。傳統(tǒng)的加熱方法是利用輻射加熱物體表面，然后經(jīng)過(guò)傳導(dǎo)及對(duì)流逐漸加熱物體內(nèi)部[8]。傳統(tǒng)的直接加熱方法加熱效率低，加工時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部加熱時(shí)間長(zhǎng)、內(nèi)部加熱時(shí)間短、加熱不均勻等問(wèn)題，使水產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)成分流失，味道劣變，口感干燥粗糙。射頻加熱與微波加熱都是新興的加熱技術(shù)，將兩者應(yīng)用于食品加工是近些年研究的重點(diǎn)[9]。

射頻加熱是交變電場(chǎng)引起的分子和離子的振蕩造成分子相互摩擦在食品內(nèi)部產(chǎn)生熱量[10-11]。射頻加熱速率快，不用依靠熱傳導(dǎo)就可以直達(dá)食品內(nèi)部；加熱時(shí)食品整體受熱，內(nèi)外均勻，但容易出現(xiàn)邊角加熱過(guò)度現(xiàn)象[12]。

微波加熱中高頻電磁場(chǎng)極性改變，導(dǎo)致極性分子轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生摩擦，在食品內(nèi)部產(chǎn)生熱量[13-14]。微波加熱中加熱速率快、穿透性強(qiáng)；解凍食物時(shí)效率高、能耗少，并且大大減少食物營(yíng)養(yǎng)成分的損失。然而，食品在微波加熱時(shí)，仍然存在溫度不均等問(wèn)題[15]。Koray P 等人[16]對(duì)2 種加熱方式進(jìn)行了比較，通過(guò)紅外成像可得，微波加熱過(guò)程中，功率為500 W 和1 kW 時(shí)均發(fā)現(xiàn)表面出現(xiàn)部分過(guò)熱；相反，射頻加熱整體受熱會(huì)隨著電極板與樣品距離的增加而更均勻。該結(jié)果可以說(shuō)明射頻加熱相較于微波加熱均勻性更好。

1.2 腌制加工

部分水產(chǎn)品除了生鮮食用外，還有一種從古至今備受人們喜愛(ài)的加工方式——腌制。腌制加工不僅可以抑制微生物的滋生，還可以延長(zhǎng)腌制品保存時(shí)間[17]。腌制加工方法有以下3 種。

（1） 濕腌法。將水產(chǎn)品放入盛有配置好濃度的食鹽水中，擴(kuò)散和水分轉(zhuǎn)移使其內(nèi)部鹽濃度與外部鹽水濃度相同[18]。這種加工方式腌制均勻且不易被氧化。濕腌法與干腌法相比較，加工時(shí)間均較長(zhǎng)。濕腌法加工制品質(zhì)地較軟，但色澤和風(fēng)味較差，并且由于加工制品的含水量大導(dǎo)致保存期較短。

（2） 干腌法。將水產(chǎn)品表面撒上食鹽，放置于腌制架或腌制器皿，在每層中間平均撒鹽并按順序固化，依靠外滲液形成食鹽溶液，該食鹽溶液擴(kuò)散并滲透至腌制品[19]。該方法操作簡(jiǎn)便、含水量低，易于保存，但腌制過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)、腌制時(shí)食鹽滲透不均勻，容易與空氣接觸發(fā)生氧化現(xiàn)象，導(dǎo)致腌制品色澤和風(fēng)味較差[20]。

（3） 混合腌制法。首先依靠干腌法產(chǎn)生的滲出液將食鹽溶解成食鹽溶液，然后采用濕腌法防止食鹽溶液濃度被稀釋?；旌想缰品ㄒ环矫嬗捎谑雏}溶解于外滲液中，防止?jié)耠绶ㄒ蛩a(chǎn)品內(nèi)部水分滲出導(dǎo)致食鹽濃度下降；另一方面由于食鹽水的加入使腌制品表面不會(huì)發(fā)生脫水現(xiàn)象。該方法既保證了食鹽滲透的均勻性，又避免了氧化，提高了腌制品的色澤和風(fēng)味[21]。雖然腌制加工簡(jiǎn)便易操作，但是長(zhǎng)期食用腌制品易對(duì)肝臟、腎臟造成負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起中毒，甚至帶來(lái)癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 超高壓加工

高壓這一加工方法是19 世紀(jì)末在材料化學(xué)領(lǐng)域首次引入的。Hite 在1899 年率先提出將高壓加工方法運(yùn)用在食品工業(yè)中，對(duì)牛奶和水果制品進(jìn)行巴氏殺菌[22]。超高壓加工是指在常溫或低溫條件下，將食品柔性包裝并置于裝有傳壓液體（水或其他液體）的容器中，壓力加至100 MPa 以上并保持一定時(shí)間，從而延長(zhǎng)食品貯藏時(shí)間[23]。這種方法基于2 個(gè)原理，這2 個(gè)原理決定了食品在壓力下的行為。首先是影響反應(yīng)均衡的重要原理，即勒夏特列原理，其次是均衡原理，即帕斯卡定律[24]。超高壓處理是一種非熱處理工藝，但可以替代熱處理[25]。超高壓加工并不受食品大小、形狀的影響，這是由于在其加工過(guò)程中壓力是均勻的[26]。超高壓加工可以在較低溫度下使微生物失活，保障食品的安全性并延長(zhǎng)其保質(zhì)期[27]。對(duì)牡蠣進(jìn)行超高壓加工，可以滅活特定的致病微生物，防止消費(fèi)者患上某種疾病[28]。與熱加工不同的是，超高壓加工會(huì)使蛋白質(zhì)中的非共價(jià)鍵斷裂，使其受到擠壓，分子構(gòu)象改變，但對(duì)于氨基酸等小分子物質(zhì)的共價(jià)鍵沒(méi)有影響，因此可以在很大程度上保持食物的風(fēng)味及營(yíng)養(yǎng)[29]。但是，超高壓加工設(shè)備所需購(gòu)置和后期維修費(fèi)用高昂，能耗也高，不能在實(shí)際生產(chǎn)生活中得到廣泛的應(yīng)用。

1.4 超聲波加工

超聲波是利用電致伸縮變壓器原理，基于鐵電材料在高頻電場(chǎng)中的彈性變形，電場(chǎng)中極化分子相互吸引，高頻交流電通過(guò)2 個(gè)電極傳輸?shù)借F電材料，轉(zhuǎn)換成機(jī)械振蕩后，聲波將傳輸?shù)椒糯笃鳌⒙曒椛渎暱仄?，最后再到介質(zhì)[30]。超聲波的振動(dòng)頻率大于20 000 Hz，一般會(huì)超出人類聽覺(jué)的上限[31]。

超聲波在傳播過(guò)程的效應(yīng)有4 種：機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)、熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)[32-34]。超聲波作為先進(jìn)的食品加工技術(shù)，在食品加工和保鮮方面具有廣闊的前景，是一種溫和但有針對(duì)性的加工形式，可以提高加工品的質(zhì)量和安全性[35]。雖然僅依靠超聲處理不足以滅活食物中各種有害酶，但超聲與溫和的熱處理相比已顯示出高效的滅活酶和病原體的潛力[36]。超聲波能在傳播時(shí)，不僅具有定向傳播的能力，而且具有強(qiáng)反射性，可以獲取更多更集中的聲能[37]。

水產(chǎn)品加工方式及優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。

表1 水產(chǎn)品加工方式及優(yōu)缺點(diǎn)比較

2 加工方式對(duì)蛋白特性的影響

天然蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)由二級(jí)鍵（如氫鍵） 保持，這些二級(jí)鍵在某些物理和化學(xué)因素的影響下從其原始的有序空間結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o(wú)序的空間結(jié)構(gòu)[38]。蛋白結(jié)構(gòu)的改變會(huì)影響蛋白的性質(zhì)：①某些理化性質(zhì)：由原本緊密的結(jié)構(gòu)變得松散，使疏水基團(tuán)顯現(xiàn)出來(lái)，蛋白質(zhì)不對(duì)稱性上升并導(dǎo)致溶解度等理化指標(biāo)變化。②生物活性：生物學(xué)作用及功能改變。③生物化學(xué)性質(zhì)：引起蛋白質(zhì)變性，無(wú)法形成晶體，可被蛋白酶輕易水解[39-42]。

2.1 加工方式對(duì)蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

蛋白質(zhì)分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)通常是指蛋白質(zhì)多肽鏈沿主鏈的空間取向、規(guī)則的環(huán)狀陳列或特定肽鏈的部分空間結(jié)構(gòu)[43]。蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定，主要受氫鍵影響，加熱、紫外線、超聲波、機(jī)械運(yùn)動(dòng)等會(huì)破壞氫鍵，從而改變蛋白結(jié)構(gòu)，引起二級(jí)結(jié)構(gòu)的破壞[44]。α - 螺旋、β - 折疊、β - 轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)則卷曲的含量變化均可以體現(xiàn)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)破壞程度，李慧蘭等人[45]在魚肉腌制中證實(shí)了上述觀點(diǎn)。Zhang L等人[46]在魚糜熱殺菌中發(fā)現(xiàn)加工溫度超過(guò)水產(chǎn)品熱變性溫度時(shí)其二級(jí)結(jié)構(gòu)被破壞，當(dāng)溫度達(dá)到100 ℃時(shí)，主要是無(wú)規(guī)則卷曲變化，隨著溫度的上升，無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)含量下降，蛋白空間結(jié)構(gòu)的形成網(wǎng)絡(luò)空隙變大，支撐結(jié)構(gòu)更加脆弱，從而導(dǎo)致水產(chǎn)品的質(zhì)地遭到破壞。Qiu C 等人[47]運(yùn)用高壓處理誘導(dǎo)的肌原纖維蛋白的修飾，結(jié)果發(fā)現(xiàn)α - 螺旋在400 MPa 處理10 min 后被破壞，并且加壓和壓力釋放期間會(huì)促進(jìn)共價(jià)和非共價(jià)相互作用，從而誘導(dǎo)蛋白質(zhì)中二級(jí)結(jié)構(gòu)變化，在一定程度上破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致膜蛋白和脂質(zhì)構(gòu)象失活，高壓加工可作為改善魚類產(chǎn)品功能特性手段。Fan D 等人[48]在超聲波加工對(duì)魚糜制品影響中發(fā)現(xiàn)由于空化作用形成的剪切力、沖擊波，改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)引起凝膠強(qiáng)度的增加。雖然每種加工方式引起蛋白質(zhì)變性的原理不同，但對(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響相似，傅立葉變換紅外光譜結(jié)果均表現(xiàn)為α - 螺旋和無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)含量降低，并且β - 折疊結(jié)構(gòu)含量增加[49-50]。

2.2 加工方式對(duì)巰基和二硫鍵含量的影響

蛋白質(zhì)巰基基團(tuán)分為嵌入蛋白質(zhì)分子內(nèi)的巰基基團(tuán)和表面活性巰基基團(tuán)[51]。二硫鍵是由巰基氧化而形成，其形成動(dòng)力學(xué)影響著蛋白質(zhì)自組裝的效率。馬海霞等人[52]研究發(fā)現(xiàn)總巰基含量會(huì)隨著加熱溫度提高而下降，這可能是由于加熱中巰基暴露并被氧化成二硫鍵，從而含量減少，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)更為松散。超聲波加工中蛋白質(zhì)表面的巰基是會(huì)由于空化現(xiàn)象產(chǎn)生剪切力，導(dǎo)致聚集物的展開和折疊而被掩埋，并且空化現(xiàn)象會(huì)使過(guò)氧化氫分解并產(chǎn)生氫原子和高活性羥基自由基，氧化自由巰基，甚至迫使巰基轉(zhuǎn)化為二硫化物，導(dǎo)致自由巰基減少[53]。Liang Y 等人[54]探討了魚糜凝膠特性及形成機(jī)理中發(fā)現(xiàn)壓力高于300 MPa，凝膠強(qiáng)度增加，這是由于巰基氧化或二硫鍵交換形成二硫鍵可降低總巰基含量，增加表面活性巰基含量。腌制加工對(duì)巰基和二硫鍵影響與之相似，一般為巰基氧化或二硫鍵的交換，導(dǎo)致總巰基含量的減少和表面反應(yīng)性巰基含量的增加，這在一定程度上反映了蛋白變性程度[18]。

2.3 加工方式對(duì)蛋白溶解度的影響

由于蛋白質(zhì)是一種在水溶液中呈離散形式的有機(jī)大分子化合物，因此對(duì)蛋白質(zhì)溶解度并無(wú)明確定義，通常蛋白質(zhì)溶解度是指蛋白質(zhì)與水通過(guò)肽鍵或氨基酸側(cè)鏈相互作用，其離散程度的大小[55-56]。蛋白質(zhì)溶解度表征數(shù)據(jù)可用于分離和提純蛋白質(zhì)，故其廣泛地應(yīng)用于實(shí)際中[57]。蛋白質(zhì)溶解度受到酸堿及溫度等外界條件的影響，其大小可以判斷蛋白質(zhì)的變性水平[58]。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)處于高度可溶狀態(tài)時(shí)，肉制品能表現(xiàn)出優(yōu)良的膠凝、乳化、保水等功能性質(zhì)[59]。超高壓處理作用于蛋白質(zhì)的非共價(jià)鍵，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的延伸和集聚發(fā)生變化，降低蛋白質(zhì)與水的結(jié)合能力，從而引起其溶解度下降[60]。Yong J 等人[61]研究肌動(dòng)球蛋白隨著加熱溫度的增加的變化發(fā)現(xiàn)，溫度超過(guò)40 ℃時(shí)絲線魚肌動(dòng)球蛋白形成不溶性聚集體，溶解度下降。蔡路昀等人[62]通過(guò)超聲輔助解凍發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)因疏水相互作用產(chǎn)生聚集體，導(dǎo)致蛋白溶解度下降。腌制加工結(jié)果與其他加工方式相反，由于肌原纖維蛋白為鹽溶性蛋白，當(dāng)食鹽溶液增加一定濃度時(shí)，其溶解度增加[63]。

2.4 加工方式對(duì)Ca2+-ATPase 活性的影響

肌原纖維蛋白具有ATPase（三磷酸腺苷酶） 活性，ATPase 活性可分為 Ca2+-ATPase 活性、Mg2+-ATPase 活性、Ca2+-Mg2+-ATPase 活性和 Mg2+-EGTA-ATPase 活性[64]。蛋白質(zhì)的變性程度可以用Ca2+-ATPase 活性進(jìn)行評(píng)價(jià)，這是由于Ca2+與肌球蛋白息息相關(guān)，不僅可以激活其活性，還可以判斷其完整性[65]。劉慶[66]在鰱魚糜超聲處理時(shí)發(fā)現(xiàn)，肌球蛋白頭部結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞，使肌動(dòng)球蛋白構(gòu)象改變，Ca2+-ATPase 活性隨之減弱。Mao W 等人[67]研究整個(gè)蝦肉在加熱過(guò)程中Ca2+-ATPase 活性變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在51 ℃或85 ℃下Ca2+-ATPase 活性隨加熱時(shí)間的增加而降低。吳林潔等人[18]在大黃魚腌制加工中發(fā)現(xiàn)Ca2+-ATPase 活性顯著下降，由 （1.20±0.07） μmol/min/mg pro 下降至 （0.50±0.04） μmol/min/mg pro。周果等人[68]對(duì)三疣梭子蟹超高壓加工中發(fā)現(xiàn)，隨著壓力的增加，Ca2+-ATPase 活性隨之下降，但Ca2+-ATPase 在過(guò)高的壓力下會(huì)失活, 壓力在300～350 MPa時(shí)，Ca2+-ATPase 活性降為 0.004～0.005 μmol/(mg·min）。

2.5 加工方式對(duì)蛋白表面疏水性的影響

蛋白質(zhì)溶于水，其表面極性基團(tuán)與水聯(lián)合的數(shù)量為蛋白表面疏水性。在天然肌原纖維蛋白質(zhì)中，疏水性殘基尤其是非極性芳香族氨基酸埋藏在天然折疊結(jié)構(gòu)中，而蛋白質(zhì)表面具有高密度的帶電基團(tuán)，疏水性基團(tuán)稀少[69]。表面疏水性是評(píng)估蛋白質(zhì)在加工過(guò)程中細(xì)微的結(jié)構(gòu)改變的工具。郭子璇等人[70]研究了熱加工對(duì)牡蠣蛋白的影響，發(fā)現(xiàn)隨著溫度增加牡蠣蛋白的疏水系數(shù)增加，由17.5 變?yōu)?1.16。Arzeni C等人[71]的研究表明超聲波加工會(huì)使蛋白分子展開，分子內(nèi)疏水基團(tuán)和區(qū)域暴露在表面，表面疏水性增加。閆春子等人[72]研究中發(fā)現(xiàn)，草魚在200～600 MPa 的超高壓加工下其疏水性由11%增加至82%，這是由于疏水基團(tuán)會(huì)隨著壓力的增加而變多，增加疏水相互作用，并且疏水性殘基排布發(fā)生變化，表面疏水性隨之增加。水產(chǎn)品腌制加工后會(huì)出現(xiàn)不同結(jié)果，這是由于肌原纖維蛋白溶于鹽溶液中，溶解性增加，導(dǎo)致其表面疏水性下降[63]。

2.6 加工方式對(duì)蛋白聚集的影響

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)通過(guò)化學(xué)力來(lái)維持，在加工過(guò)程中，原有的化學(xué)作用力被破壞，蛋白質(zhì)之間形成新的作用力，從而引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，造成聚集[73]。分子間相互作用使蛋白質(zhì)經(jīng)熱加工后產(chǎn)生蛋白聚集和變性，水浴加熱引起的肌動(dòng)球蛋白的變性和聚集程度更高，微波加熱可能是由于微波輻射產(chǎn)生的非熱效應(yīng)在抑制水產(chǎn)品肌動(dòng)球蛋白構(gòu)象變化方面非常有效[74-75]。腌制加工中食鹽的添加會(huì)使蛋白發(fā)生聚合，在魚糜凝膠化過(guò)程中加入食鹽，肌球蛋白重鏈會(huì)發(fā)生聚合，凝膠化后形成穩(wěn)定的蛋白網(wǎng)絡(luò)[76]。Ko W C 等人[77]對(duì)羅非魚的超高壓處理中發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓力由50 MPa 增至200 MPa 時(shí)，隨壓力的增加會(huì)引起肌球蛋白濁度及蛋白質(zhì)的溶解度的降低，并引起蛋白質(zhì)聚集。反之，超聲波加工中通過(guò)增加超聲處理的時(shí)間和功率能影響蛋白質(zhì)的理化特性，可以促進(jìn)蛋白質(zhì)的斷裂、展開和解聚[71]。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平不斷攀升，自身科技發(fā)展?jié)摿o(wú)限，并且積極學(xué)習(xí)和引進(jìn)國(guó)外高新技術(shù)設(shè)備，使得我國(guó)水產(chǎn)品加工行業(yè)發(fā)展日新月異?，F(xiàn)如今的水產(chǎn)品加工方式易引起蛋白質(zhì)功能特性的改變，為減少蛋白變性程度甚至改善蛋白的功能特性，可以研發(fā)新型加工方式，從而達(dá)到對(duì)水產(chǎn)品優(yōu)化處理的效果。

現(xiàn)階段，許多文獻(xiàn)研究以肌原纖維蛋白功能和理化性質(zhì)為主，但關(guān)于肌漿蛋白與基質(zhì)蛋白特性影響相對(duì)較少，蛋白變性機(jī)理錯(cuò)綜復(fù)雜，與品質(zhì)影響關(guān)系還尚待深遠(yuǎn)探究。因此，明確蛋白變性的機(jī)理才能選擇合理的加工方法，保證產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)成分與品質(zhì)，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的水產(chǎn)加工制品。