南農(nóng)第二節(jié)魚(yú)糜制品加工1水產(chǎn)品

1、南農(nóng)第二節(jié)魚(yú)糜制品加工1水產(chǎn)品一、凝膠及凝膠形成 （一）凝膠（Gels） 蛋白質(zhì)凝膠是由膠體系統(tǒng)中蛋白質(zhì)大分子凝集物構(gòu)成的具有一定彈性和強(qiáng)度的連續(xù)性三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(Network)，如肌肉蛋白凝膠、魚(yú)糜凝膠、血漿蛋白凝膠、蛋清蛋白凝膠、大豆蛋白凝膠等。在凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中嵌入了溶劑、溶質(zhì)和填充物。所以凝膠是一個(gè)多相體系，其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。（二）凝膠形成(Gelation) 蛋白質(zhì)凝膠形成是指蛋白質(zhì)在一定條件下發(fā)生一定程度變性、聚集并形成有序的蛋白質(zhì)三維網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程，或者說(shuō)，凝膠形成（凝膠化）是溶膠（Sol）轉(zhuǎn)變?yōu)槟z的過(guò)程。食品蛋白質(zhì)經(jīng)過(guò)這個(gè)過(guò)程能夠形成凝膠制品，如凝膠類(lèi)肉制品、酸奶、魚(yú)糜制品、豆腐等，

2、因此，凝膠形成在蛋白質(zhì)食品加工中的作用十分重要。蛋白質(zhì)凝膠形成的方式主要有熱誘導(dǎo)、壓力誘導(dǎo)、冷誘導(dǎo)等 二、重組（Setting） 在低溫（040）條件和NaCl存在時(shí)，魚(yú)肉勻漿物中蛋白質(zhì)碎片在內(nèi)源轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化下發(fā)生共價(jià)交聯(lián)而重新組合的過(guò)程叫做魚(yú)肉蛋白質(zhì)的重組，實(shí)質(zhì)上，這是一種結(jié)構(gòu)重建反應(yīng)（a structure-setting reaction）。這種交聯(lián)作用發(fā)生于蛋白質(zhì)中谷氨酰胺-羧酰胺基和賴(lài)氨酸-氨基之間，形成-（-glutamyl）Lys鍵介紹重組現(xiàn)象 重組的發(fā)生受魚(yú)類(lèi)品種、離子類(lèi)型等因素的影響；蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的最適反應(yīng)溫度隨著魚(yú)類(lèi)品種的不同而不同。同一品種魚(yú)肉在不同

3、溫度下發(fā)生重組所需的時(shí)間不同；如馬鲅魚(yú)肉在25下重組需要4小時(shí)，在40下需要2小時(shí)。Ca2+能提高轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶酶促反應(yīng)速率，增大凝膠強(qiáng)度；Cu2+、Zn2+、和Pb2+能抑制轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的活性。 三、熱誘導(dǎo)凝膠的形成機(jī)理 （一）凝膠形成的基本機(jī)制肌肉蛋白熱誘導(dǎo)凝膠對(duì)肌肉食品的texture起主要作用。在構(gòu)成肌肉的主要蛋白質(zhì)中（肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白和肌動(dòng)球蛋白），肌球蛋白可單獨(dú)形成凝膠，肌動(dòng)球蛋白也可單獨(dú)形成凝膠。肌動(dòng)蛋白不能單獨(dú)形成凝膠，依其與肌球蛋白的比例不同，對(duì)肌球蛋白凝膠有協(xié)同或拮抗效應(yīng)。有關(guān)凝膠機(jī)制的研究，早在1948年Ferry提出了蛋白質(zhì)凝膠的形成機(jī)理分兩步。 第一步是蛋白質(zhì)受熱變性

4、而展開(kāi)；第二步是因展開(kāi)的蛋白質(zhì)其四級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而暴露出多肽片段和氨基酸。 相鄰蛋白質(zhì)分子間的多肽片段和氨基酸等反應(yīng)基團(tuán)通過(guò)疏水互作、共價(jià)鍵、離子鍵和氫鍵等化學(xué)鍵的作用，使蛋白質(zhì)發(fā)生足夠的分子間交聯(lián)，從而形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（凝膠） 在加熱變性暴露出來(lái)的反應(yīng)基團(tuán)中，使特別是肌球蛋白的疏水基團(tuán)，有利于蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)之間的相互作用。這是蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)的主要原因。分子量大且疏水氨基酸含量高的蛋白質(zhì)容易形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。Sharp和Offer（1992）提出了肌球蛋白分子凝膠的形成機(jī)制，認(rèn)為肌球蛋白分子的頭頭凝集、頭尾凝集和尾尾凝集是凝膠形成的基本機(jī)制。 肌球蛋白分子(肌球蛋白低

5、于4.5g ml-1)形成凝膠的基本機(jī)制基本清楚凝集肌球蛋白分子單體頭部和尾部發(fā)生頭頭交聯(lián)形成凝膠電鏡圖片（二）熱誘導(dǎo)凝膠形成中的化學(xué)反應(yīng)1.疏水互作 在魚(yú)肉肌原纖維蛋白溶膠向凝膠轉(zhuǎn)變過(guò)程中，蛋白分子間的疏水作用是重要的作用力，且隨著溫度的升高（至少達(dá)60）疏水作用增強(qiáng)。蛋白分子間的疏水作用和加熱過(guò)程中形成的二硫鍵是魚(yú)肉肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠形成的主要化學(xué)作用，也是高壓（300 MPa）誘導(dǎo)凝膠形成的主要機(jī)制。 在蛋白質(zhì)溶膠中，蛋白質(zhì)表面暴露于水。 由于熱力學(xué)反應(yīng)，蛋白質(zhì)就會(huì)在分子內(nèi)或分子間發(fā)生疏水互作。在未變性的蛋白內(nèi)部有大量的疏水氨基酸，而在蛋白表面則分布有大量親水性氨基酸。通過(guò)這種排布，

6、蛋白分子在水溶液中便達(dá)到熱力學(xué)平衡。 當(dāng)?shù)鞍自谑軣嶙冃哉归_(kāi)時(shí)，內(nèi)部的疏水結(jié)構(gòu)便暴露于水，使得這些疏水基團(tuán)附近的水分子通過(guò)分子間氫鍵定向排列，致使水分子的流動(dòng)性降低。因此溶膠體系變得有序化，熵值降低。為形成熱力學(xué)上更穩(wěn)定的體系，相鄰蛋白分子間的疏水部分發(fā)生緊密結(jié)合，便發(fā)生了疏水互作，引起蛋白質(zhì)凝集，在合適的條件下就形成了凝膠。 2.二硫鍵 二硫鍵是共價(jià)鍵，是蛋白分子間通過(guò)共用電子對(duì)形成的牢固的化學(xué)鍵，共價(jià)鍵一旦形成，很難被破壞。加熱過(guò)程中形成的二硫鍵是魚(yú)肉肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠形成的主要化學(xué)鍵。當(dāng)蒸煮溫度超過(guò)40以上時(shí)，二硫鍵就是蛋白質(zhì)凝膠形成的主要共價(jià)鍵。 蛋白質(zhì)分子內(nèi)部原有的二硫鍵或蛋白質(zhì)內(nèi)

7、氨基酸間形成的分子內(nèi)二硫鍵可通過(guò)二硫化物的相互交換作用形成分子間二硫鍵（下圖），從而發(fā)生交聯(lián)。如果蛋白分子內(nèi)含有大量的胱氨酸或活性巰基，添加半胱氨酸或胱氨酸后，可促進(jìn)分子內(nèi)二硫鍵向分子間二硫鍵的轉(zhuǎn)化。SSHSSHSS分子內(nèi)和分子間二硫鍵的形成 3.氫鍵 氫鍵是偶極鍵，結(jié)合力弱。氫鍵在蛋白質(zhì)凝膠體系中的數(shù)量極大，成為穩(wěn)定結(jié)合水，增加凝膠強(qiáng)度的重要化學(xué)鍵。加熱期間，維持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的大量氫鍵被破壞，從而使得多肽鏈更易于發(fā)生廣泛的水合作用，減少水分子的移動(dòng)性。所以，裸露的多肽鏈的水合作用就成為影響凝膠保水性的重要因素。冷卻促進(jìn)了蛋白間更多氫鍵的形成，從而導(dǎo)致凝膠強(qiáng)度增大。 4.離子鍵（鹽鍵） 離子

8、鍵是蛋白質(zhì)表面荷正電的位點(diǎn)與荷負(fù)電的位點(diǎn)相互吸引而形成的。魚(yú)肉的正常pH值接近中性（偏堿）。此時(shí)，蛋白質(zhì)鏈上谷氨酸和天冬氨酸的羧基帶負(fù)電荷，而賴(lài)氨酸和精氨酸的氨基帶正電荷。這些氨基酸間便可形成離子鍵，使肌原纖維蛋白相互結(jié)合，形成不溶于水的凝集物。為形成良好的凝膠，必須添加食鹽，以破壞離子鍵，促進(jìn)蛋白質(zhì)均勻分散。這是因?yàn)殡S著肌肉蛋白質(zhì)離子強(qiáng)度的增加，Na+和Cl-選擇性地與蛋白質(zhì)表面的電荷結(jié)合，肌原纖維蛋白分子間的離子鍵遭到破壞，蛋白質(zhì)對(duì)水的親和力增加，蛋白質(zhì)溶解度增大，從而有利于良好凝膠的形成。 溫度的提高可增強(qiáng)蛋白質(zhì)分子之間的相互作用，而冷卻有利于氫鍵的形成。加熱可使內(nèi)部的疏水基暴露出來(lái)，促

9、進(jìn)二硫鍵的形成。大量的巰基和二硫鍵的存在，可使分子間交聯(lián)得到加強(qiáng)，形成的凝膠熱不可逆。鈣離子形成的鍵橋能提高許多凝膠的硬度和穩(wěn)定性。 凝膠的結(jié)構(gòu)和理化特性取決于變性和凝集的相對(duì)速率，蛋白質(zhì)的凝集速率比蛋白質(zhì)的展開(kāi)速率慢，有利于形成更細(xì)致的凝膠網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)凝集的速率高于展開(kāi)的速率時(shí)，就會(huì)形成粗糙而無(wú)序的凝膠結(jié)構(gòu)，甚至是凝結(jié)物 四、軟化（Softening）（一）鯉魚(yú)肌球蛋白熱誘導(dǎo)凝膠的形成 魚(yú)肉蛋白質(zhì)熱誘導(dǎo)凝膠，顧名思義，溫度在凝膠形成過(guò)程中起著重要作用。鯉魚(yú)肌球蛋白熱誘導(dǎo)凝膠研究表明，30時(shí)，肌球蛋白分子沒(méi)有相互作用，也沒(méi)有形成凝膠；3045時(shí)，肌球蛋白發(fā)生頭-頭凝集和尾-尾凝集，蛋白質(zhì)分子

10、之間的交聯(lián)急劇增加；當(dāng)溫度大于45時(shí)，蛋白之間的交聯(lián)繼續(xù)增加，開(kāi)始形成凝膠；在5060時(shí)，蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)已基本完成，三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本形成。（二）兔肉肌球蛋白熱誘導(dǎo)凝膠形成 當(dāng)pH6.5、30加熱30min時(shí)，肌球蛋白分子形狀無(wú)變化；35加熱30min，肌球蛋白發(fā)生頭-頭凝集，也有尾-尾凝集發(fā)生。40加熱30min肌球蛋白分子形成二聚體，也有寡聚體。寡聚體是由312個(gè)肌球蛋白分子組成的，其頭部聚集成球狀團(tuán)快，尾部向三維空間輻射。球狀團(tuán)塊的直徑隨著寡聚物尾部數(shù)目的增加而增大。當(dāng)44加熱30min時(shí)，主要是寡聚體，具有213個(gè)尾部的寡聚體。4660加熱30min，寡聚體之間發(fā)生聚集，形成更加復(fù)雜的

11、空間結(jié)構(gòu)。 （三）凝膠軟化 溫度不僅影響肌球蛋白的形態(tài)結(jié)構(gòu)，而且能激活魚(yú)肉的內(nèi)源酶。各種魚(yú)肉蛋白質(zhì)在凝膠形成過(guò)程中（40以下）既能發(fā)生結(jié)構(gòu)重組反應(yīng)，也能發(fā)生結(jié)構(gòu)裂解反應(yīng)（5070）。蛋白質(zhì)裂解反應(yīng)是由魚(yú)肉的熱穩(wěn)定內(nèi)源蛋白水解酶降解肌球蛋白引起的，其結(jié)果，使魚(yú)肉的質(zhì)構(gòu)發(fā)生軟化，甚至使魚(yú)肉失去形態(tài)結(jié)構(gòu)。 肌原纖維蛋白，特別是肌球蛋白是參與凝膠形成的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)遭到降解之后，也就部分或完全失去其形成凝膠的能力（圖）。Post mortem死后的魚(yú)肉對(duì)其內(nèi)源蛋白水解酶的水解作用很敏感，其特點(diǎn)是溫度高（50以上）、速度快、對(duì)肌球蛋白的降解嚴(yán)重，最終使魚(yú)肉蛋白質(zhì)凝膠強(qiáng)度明顯下降。 在眾多內(nèi)源蛋白酶中

12、，半胱氨蛋白酶因其熱穩(wěn)定性和能裂解蛋白質(zhì)內(nèi)部的多肽鍵，對(duì)魚(yú)肉質(zhì)構(gòu)和蛋白質(zhì)凝膠強(qiáng)度的不利影響最為嚴(yán)重。魚(yú)的種類(lèi)不同，軟化魚(yú)肉和蛋白質(zhì)凝膠的活性最大的蛋白酶各異，但是一般有兩大類(lèi)，即，組織蛋白酶和熱穩(wěn)定堿性蛋白酶。鰈魚(yú)魚(yú)肉在5060時(shí)半胱氨蛋白酶活性最高；牙鱈肉在60下加熱30min后，由于組織蛋白酶L的作用，大部分肌球蛋白重鏈被降解，不能形成凝膠； 馬鮫魚(yú)肉中大部分蛋白質(zhì)水解活性是由于組織蛋白酶B、L；組織蛋白酶L對(duì)肌球蛋白的親和力高，難以洗脫完全。 熱穩(wěn)定堿性蛋白酶能使魚(yú)肉質(zhì)構(gòu)變差，如虹鱒魚(yú)、沙丁魚(yú)、石首魚(yú)、鯉魚(yú)、馬鮫魚(yú)、鱈魚(yú)、鯡魚(yú)、大麻哈魚(yú)。這些酶的最適pH（pH7.58.0）和最適溫度（6

13、0左右）范圍窄。 49 different fish species, including saltwater, freshwater, and cartilaginous fish(軟骨魚(yú)), plus squids魷魚(yú), prawns(對(duì)蝦,), and land animal meats (chicken and rabbit) can be classified into four groups based on the effects of the heat-induced proteolysis of the muscle, which results in gel softeni

14、ng, and endogenous transglutaminase activity, which strengthens gels by crosslinking proteins during low-temperature “setting” 1. Those that exhibit little gel strengthening during“setting” (30 to 50C) and little gel softening duringheating (50 to 70C); this group included sharks, needlefish頜針魚(yú), mar

15、lin槍魚(yú), chicken, and rabbit (all land animal meats).2. Those that exhibit little gel strengthening during “setting” (30 to 50C), but considerable gel softening during heating (50 to 70C); this group consisted primarily of certain red-meat (pelagic浮游魚(yú)類(lèi)) fish.3. Those that exhibit considerable gel strengthening during “setting” (30 to 50C) and also considerable gel softening during heating (50 to 70C); this group included sardines,