黄春阳，王灵娟，王 哲，张新笑，马晶晶，杨 静，邹 烨,3,*，王道营,3,*，徐为民,3
（1.江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏 南京 210014；
2.西藏农牧学院食品科学学院，西藏 林芝 860000；
3.江苏省食品质量安全重点实验室培育基地，江苏 南京 210014）
肌原纤维蛋白（myofibrillar protein，MP）的浓度与肉糜凝胶制品的凝胶强度有重要关系，MP中的肌球蛋白是肉糜制品形成凝胶的关键蛋白，当肉糜中的食盐含量达到6%～8%时，离子强度约为0.6～1.0 mol/L，才能确保MP处于完全溶出状态，肌球蛋白能够发挥较好的凝胶性[1]。但在一般的生产工艺过程中，离子强度远不能达到MP完全溶出的强度，从而使得MP的浓度较低，导致肉糜的凝胶性较差。可以通过添加非肉蛋白提高肉糜制品的凝胶性，目前在肉糜制品中使用的添加物主要包括以蛋白质为基础的添加物，如动植物蛋白；
以脂肪为基础的添加物，如大豆卵磷脂等；
以碳水化合物（卡拉胶等各种胶体）为基础的添加物，如淀粉类等。目前大量研究[2]表明，在肉糜制品中添加非肉蛋白达到的效果最好，添加的主要非肉蛋白包括大豆蛋白、蛋清蛋白和乳清蛋白等。非肉蛋白可以有效地与肉糜中的脂肪颗粒结合，提高肉糜保水性与黏结性，使其具备更好的感官品质和更高的产品得率[1]。Jafarpour等[3]通过使用非肉蛋白调控体系的凝胶性，对食品独特的形态、风味及质地等特征产生影响。刘广娟等[4]发现，在香肠和肉饼中添加4%大豆蛋白可在不影响产品风味和特征的前提下，明显提高产品保水性。这些蛋白可以作为填料与肉糜中的蛋白形成共凝胶，提高肉糜制品的凝胶性，改善产品的口感和质地，进而研制出健康且营养的肉制品。近年来，亚洲国家肉类科学家在该领域的研究成果呈现出显著上升趋势，反映出对肉类和肉类产品的高需求，以及在强大的基础设施支持下研究能力的巨大扩展[3]。故而本文重点总结探讨添加非肉蛋白对MP及肉品品质的影响，在此基础上进一步探讨非肉蛋白对蛋白结构和功能特性的影响，旨在为非肉蛋白应用于肉制品生产提供理论依据。
1.1 MP的组成
蛋白质是人体所需的主要营养物质之一，约占肌肉质量的18%～20%[5]。根据蛋白质在肌肉中的位置可分为MP、肌浆蛋白和基质蛋白。其中MP是一种可溶于高离子强度（≥0.3 mol/L）的盐溶性蛋白[6]。MP中还包含其他几种蛋白质，包括肌联蛋白、肌间线蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白、α-肌动蛋白、结蛋白、C蛋白、M蛋白以及许多其他次要多肽，这些二级蛋白质中的大多数在肌肉食物中的作用尚不完全清楚。在超微结构上，肌原纤维中的蛋白质位于4 个结构单元内：粗丝（如肌球蛋白、C蛋白和M蛋白）、细丝（如肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白复合物）、细胞骨架丝（即肌联蛋白和肌间线蛋白）和Z盘（如α-活化蛋白和结蛋白）[7]。MP具有在熟肉制品中形成三维凝胶、结合水和乳化脂肪的能力， 这些能力与MP的组成相关，为成品提供感官上可接受的质地、口感和多汁性[8]。
1.2 MP的乳化性
乳化是将不易混溶的2 种液体中的一种以小液滴的形式均匀分散于另一种连续相中的过程[9]。2 种互不相溶的液体在乳化作用下均匀混合在一起，整个混合过程中需要一个中间物促使这2 种液体能够溶在一起，这个过程中能达到有效乳化作用的中间物被称为乳化剂[10]。MP是公认的肉类乳化剂和稳定剂，组成成分中起重要作用的是肌球蛋白和肌动蛋白[11]。乳化型肉制品加工过程中，随着肉糜的斩拌，瘦肉组织中的盐溶性蛋白质被高浓度的盐溶液提取出来，显著降低了油水间的界面张力，从而达到乳化目的[12]。因此，盐溶性蛋白在形成包裹脂肪微粒和油滴的蛋白膜形成过程中具有重要作用，而且相关研究表明，肉蛋白中的MP乳化性最强[13]，其中肌球蛋白、肌动蛋白最为重要[14]。MP的乳化特性直接决定肉制品的质构和持水保油能力，在肉类加工中对脂肪和水分的固定起着至关重要的作用。影响肌原纤维蛋白乳化稳定性的因素见表1。
表1 影响肌原纤维蛋白乳化液稳定性的因素Table 1 Factors affecting the stability of myofibrillar emulsion
1.3 MP的凝胶性
MP具有的热诱导凝胶性能是食品体系中重要的功能特性，对产品的质构性能、持水能力、流变性能等都起着决定作用。MP热凝胶化过程中最关键的一步是单个蛋白质分子间的相互作用，形成功能性颗粒或聚集体，进一步交联成能够截留脂肪颗粒和水的网络结构。在肉类加工中，蛋白质聚集可以通过非共价（主要是疏水缔合）和共价作用力发生，后者负责涉及分子氧的肌球蛋白聚合。关于凝胶形成机理已有较多报道，有一种凝胶形成机理被研究学者普遍认同，该理论将凝胶过程分为4 个阶段：第1阶段：在35 ℃时，肌球蛋白头部展开，通过头部之间相互作用形成二聚物和低聚物；
第2阶段：随着温度上升到40 ℃，肌球蛋白尾部向外扩张，整体形成蜘蛛网状的球状；
第3阶段：温度达到48 ℃，低聚物与多个低聚物合并而成的聚合物共存；
第4阶段：温度超过55 ℃，这些低聚物通过尾-尾交联进一步聚集成凝胶基质，凝胶基质夹带水并固定肌球蛋白包裹的脂肪颗粒。肌球蛋白是一种双头酶蛋白，具有2 个梨形头部（亚片 段1：Sl）和由铰链区连接的特征性螺旋尾，图1a为肌球蛋白的结构片段。在肌原纤维蛋白中，只有肌球蛋白能够影响模型系统的热诱导凝胶化[21]。图1b描述了蛋白质凝胶形成的动态变化，模型中突出显示了肌球蛋白。通过对凝胶形成机理的深入研究，可生产出低成本、高营养的肉制品。
图1 肌球蛋白结构（A）及凝胶形成机理（B）Fig. 1 Structure (A) and gel formation mechanism (B) of myosin
2.1 非肉蛋白对MP结构的影响
非肉蛋白是包括植物性蛋白（如大豆蛋白等）和动物性蛋白（如血浆蛋白、血球蛋白等）的一类统称[22]。大豆蛋白因其优良的保水能力和乳化特性广泛用于乳化型肉制品的生产，以改善肉制品品质。王耀松等[23]研究表明，大豆蛋白与乳蛋白复合能使氢键作用力降低、二硫键作用力提高，并且降低其透明性。陈洪生等[24]研究蛋清蛋白添加量对猪肉MP功能特性的影响，结果表明，蛋清蛋白单独与猪肉MP作用并不能改善肉蛋白的凝胶特性和乳化稳定性，只有结合其他因素共同作用才能提高MP的功能特性。非肉蛋白可以降低油滴间的聚集和蛋白质的聚集，庄涛[25]在向MP体系中加入不同乳化液后发现，大豆蛋白、蛋清蛋白乳化液能够显著提高凝胶的持水性和流变性能，其中非肉蛋白起着替代MP乳化脂肪的作用。研究[24-25]表明，非肉蛋白可通过发生聚合和交联反应改变MP结构，从而提高蛋白质的凝胶能力及黏结性能。
2.2 非肉蛋白对MP乳化性的影响
高脂肪含量增加了肉制品生产工艺中的困难。例如，在制备乳化型肉制品（如香肠）的过程中，释放了大量脂肪，为了防止这种脂肪在加热过程中聚结，需要使用乳化剂。一般来说，乳化体系的黏度越大，物理稳定性越好。乳化体系的黏度与乳化稳定性有关，这种乳化稳定作用主要归因于肉类蛋白质。然而，当瘦肉含量较低时，肉蛋白不足以稳定乳状液，导致这类肉制品的生产出现困难。有研究[26-27]表明，添加人工合成的乳化剂可以使肉糜类乳化体系崩溃，降低乳化体系的稳定性。因此具有双亲性的天然蛋白质是一种很好的乳化剂，可以在油滴表面通过疏水相互作用形成一层黏弹性的界面膜，以提高乳化体系的物理稳定性。如今，乳化体系中非肉蛋白在替代合成乳化剂方面非常流行[28]，这是由于它们容易形成乳化液，提高稳定性，并在水包油 （O/W）乳化液中产生理想的物理化学和功能特性[29-30]。乳状液的稳定性高度依赖于界面膜的结构、组成、力学性能及其演化，黏弹性界面层的形成有利于在产品乳化和贮存过程中维持油滴的稳定。非肉蛋白也可以作为螯合剂，保护多不饱和脂类免受铁催化氧化[31]。非肉蛋白乳化作用的特点是在液相之间有较大的界面面积，允许在界面发生更快的交换过程或化学反应。综上所述，界面蛋白质薄层的形成能够使油滴乳化成小液滴（以防聚集），通过各种物理相互作用，蛋白质凝胶网络基质能截留大量水分和脂肪，因此乳化理论具有重要的意义与应用价值。
2.3 非肉蛋白在MP凝胶中的作用
蛋白凝胶在食品工业具有非常重要的作用，赋予食品营养、感官和质构特性[32]。食品工业中需用不同的手段调节蛋白成胶，以满足对功能性的多样性需求[32-33]，常用来改造蛋白基质凝胶的策略是共混，即将不同的蛋白原料复合成胶，以获得期望的功能性质[33-34]。促进蛋白质-蛋白质结合，可改善MP凝胶的乳化、凝胶和水结合特性[32]。非肉蛋白用作食品配料，在饮料、甜品、肉制品、焙烤等多领域有着广泛的应用[2]。非肉蛋白添加到凝胶乳化体系中主要通过2 种途径：一是在斩拌过程中加入，以补充水相中蛋白总量；
二是利用非肉蛋白与植物油脂进行预乳化，而后将预乳化液部分替代猪背膘，从而降低产品总体的饱和脂肪含量[35-36]。前者非肉蛋白起到强化乳化肉糜连续相网络的作用，后者乳化球膜上的非肉蛋白与连续相肉蛋白相互作用对乳化体系的稳定性有很大影响[37]。在受热过程中，MP能够与非肉蛋白发生相互作用形成凝胶，凝胶结构包括细线型凝胶和颗粒型凝胶2 种，细线型凝胶的保水性好、透明度高，而颗粒型凝胶保水性较差且凝胶不透明。因此，明确了解结构与功能的关系以及各种肉类加工条件如何影响蛋白质的结构和相互作用，可使产品具有一定的质地（如黏弹性、机械特性），以维持食品的外观完整性及持水性[38]，并且这对于肌肉蛋白质在食品加工及新的肌肉食品开发中的最大效用至关重要。
3.1 非肉蛋白对肉品品质的影响
目前，在肉品加工过程中，大豆蛋白、蛋清蛋白、血浆蛋白、血清蛋白等蛋白常被作为添加剂投入肉品生产中。研究[39-40]表明，大豆蛋白中含有丰富氨基酸，并且含有众多极性基团，向肉制品中添加大豆蛋白可以增强肉制品中脂肪和水相结合的能力，使得其中的盐溶性蛋白更加稳定，提高乳化能力，改善肉制品的组织结构。徐吉祥等[41]测定在香肠生产中添加不同比例的大豆蛋白对其品质的影响，结果表明，大豆蛋白能够有效改善香肠的口感，包括色、香、味等，同时具有保水、保油、提高出品率、改善风味和结构等功能。大量研究表明，大豆蛋白具有良好的持油持水性、乳化性、凝胶性等功能性质，因此被广泛应用于乳化香肠、火腿肠、法兰克福肠等肉制品中[42]。
蛋清蛋白作为一种非常重要的食品加工原料，具有非常多的功能，一方面，由于蛋清蛋白中游离巯基的存在，可以和金属离子相互作用，调节氧化还原状态，研究表明，在肉品冷藏过程中，蛋清蛋白可以抑制蛋白氧化，减少肉品结构的变化[43-44]，另一方面，蛋清蛋白能够有效提高肉品的起泡性、持水性、乳化性和凝胶性等功能，其中肉品的形态和质地与凝胶的形成密切相关。与此同时，凝胶的形成可以显著提高肉品的持水力、增加其黏稠度等。研究[45]表明，蛋清蛋白在加热时可形成熔融的球状蛋白，通过填充作用提高肉制品的保水性。
血浆蛋白是动物血液中众多蛋白质的总称，其中白蛋白、免疫球蛋白的含量最多。我国屠宰业发达，畜禽血液资源丰富，血液中血浆蛋白含量高且脂肪含量低，并且包括多种人体必需氨基酸，在加热条件下其结构发生改变，可形成三维网状结构，在肉品加工中添加血浆蛋白对肉品的嫩度、结合特性、多汁性、外观和风味等产生重要影响[46]。蔡克周等[47]通过向乳化肠中添加不同比例的血浆蛋白，考察对乳化肠表面结构、质构和剪切力的影响，结果表明，添加适当比例的血浆蛋白可以提高猪肉凝胶的硬度、咀嚼度和剪切力，同时引起乳化肠色泽、质构的明显变化，降低乳化肠的蒸煮损失率，改善其表面光滑性，与范素琴等[48]结果相一致，血浆蛋白可以提高灌肠的口味和质构等特性。
3.2 非肉蛋白与转谷氨酰胺酶（transglutaminase，TG）的协同作用对肉制品品质的影响
天然肉蛋白普遍具有起泡性弱、凝胶性较差、溶解度差等方面的缺点，因此在肉品生产中常添加外源蛋白等改善这些缺点。一方面，非肉蛋白作为肉蛋白的有效替代物，已经被广泛应用于肉品生产中，它对肌原纤维蛋白的影响如前文所述；
另一方面，采用酶法改性，促进肉品生产中蛋白的水解或交联，也是一个重要的研究方向，主要可以分为以下4 种酶：TG、过氧化物酶、酚氧化酶和赖氨酰氧化酶。其中，对于TG的研究最为深入[49]，其对于提高肉品乳化能力、凝胶特性等方面的研究正在从单一方向转向多方面结合的方式，利用非肉蛋白和TG的协同作用提高肉品品质已成为一个热门研究方向。
TG可以催化谷氨酰胺和赖氨酸之间ε-(γ-谷氨酰基)赖氨酰基交联的形成，谷氨酰胺和赖氨酸在自然界和动物生物体中广泛传播[50]。TG已被用于肉品生产中催化MP的分子内和分子间横向交联，它通过影响蛋白分子内和分子间异肽交联，有效促进蛋白、多肽间发生聚合反应，形成共价聚合物，改变MP凝胶性和乳化性等[51]。
肉品生产中添加TG和非肉蛋白，不仅可以降低产品的生产成本，而且还能有效提高肉品品质，一方面，TG使得MP结构发生变化，促进油滴表面分子的聚集，产生静电排斥，提高乳化液的稳定性，另一方面，利用TG的交联作用，促进非肉蛋白与肉蛋白结合，形成MP-非肉蛋白-乳化液体系，改变MP表面基团比例构成，有助于提高肉制品品质。Wu Miaohong等[52]研究芸豆蛋白和TG的相互协同作用对MP功能特性的影响，发现通过加热处理，芸豆蛋白和TG能够有效提高MP的凝胶特性、乳化性能等，为投入到肉品生产中提供了依据[53]。程巧芬等[54]研究表明，TG与不同含量非肉蛋白（大豆分离蛋白、酪蛋白、乳清浓缩蛋白、卵清蛋白）混合添加至肉制品中，均可以提高产品的硬度、弹性和凝聚性，此外，均可以有效降低肉制品生产中的蒸煮损失。许春明等[55]研究非肉蛋白和TG添加量对鸭肉制品的影响，其中非肉复合蛋白的添加量为2.25%，TG的添加量为1.25%，相比于单一添加，TG与非肉蛋白协同作用能够有效提高产品的弹性、黏聚性和咀嚼性等，大大提高了肉品品质。
目前，肉品行业发展迅速，非肉蛋白、TG等作为功能性蛋白，因其具有改善肉品的功能特性、提高肉品的乳化性、凝胶性等功能，因此常被用于生产中，但对于二者之间酰基转移、对肉品营养价值及风味产生的影响研究较少。
3.3 非肉蛋白对肉制品营养的影响
从营养角度来看，非肉蛋白所含有的一些独特营养元素是肉类所没有的，在肉品加工过程中，除了会改变肉品质构、感官等，对于肉品的营养价值也会有 影响[56]。如豆类蛋白、谷类蛋白等，相比于肉类，它们含有较高含量的纤维素，将其添加到肉品中会提高肉品中纤维素的含量，使肉品的营养更加全面，但也有一些非肉蛋白的添加降低了肉品的营养成分，如植物性产品，因其含有天然的抗营养物质，如植酸盐、单宁、草酸等，将其添加到肉品加工中会降低营养素利用率，还可能产生其他不利影响，因此植物源蛋白的功能特性及在肉品中的影响极其复杂，目前相关研究比较缺乏[57]。
目前，研究表明，真菌蛋白、乳清蛋白等因具有能够高效结合水与脂肪的能力，大大提高了肉品的乳化性能及凝胶性能，因此能够减少肉品加工过程中的蛋白、维生素等营养损失，提高肉品品质，现在已经常用于肉品生产加工中。目前藻类和昆虫成为高质量蛋白的最新来源，它们包含大量维生素、氨基酸、矿物质和脂肪酸等，Parniakov等[58]已经将螺旋藻和小球藻源蛋白应用于鸡肉加工生产中，极大提高了鸡肉制品中氨基酸的含量，提高了产品的营养价值。
低温乳化型肉制品具有鲜嫩、风味佳等特点，且加工技术先进，在品质上明显优于高温肉制品。随着人们生活水平的提高及健康饮食观念的强化，这类产品将在市场上占据主导地位。但是在实际生产过程中，乳化型肉制品出油、出水、结构松散等质量缺陷普遍存在。目前一些非肉蛋白被添加到乳液中，可以改善乳液乳化稳定性[59-60]。一些非肉蛋白，如血浆蛋白实现废物再利用的绿色环保生产方式既能节约成本，又能保护环境。所以向肉制品中添加非肉蛋白等添加物是重要趋势。
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