食品保水剂的开发与应用研究进展

近期，315晚会曝光了“保水虾仁”食品乱象，引起了广大网友对食品保水剂的好奇与担忧。新鲜肉制品，尤其是水产品容易腐败变质，常用的保藏方法包括低温保藏、加热、干制、烟熏、腌制、气调、罐藏、化学方法等，其中，低温保藏可抑制微生物生长和酶的作用，延长产品的货架期，提高水产品的食用品质，成为应用最广、最有效的水产品保藏方法之一。不过，低温保藏容易导致冷冻干耗和解冻失水等现象，使得其品质降低，而适当利用保水剂可以降低损耗，提升产品品质。

磷酸盐类保水剂

磷酸盐类保水剂是一种应用最为广泛的食品保水剂，具有保持水分、改善口感等作用，除了作为保水剂，还具有护色剂、抑菌剂和稳定剂等作用。其主要以正磷酸盐、焦磷酸盐、三聚磷酸盐、多聚磷酸盐的化学形式出现。磷酸盐在乳化肉制品中提供的功能主要有：

① 提高pH值，使肌原纤维蛋白pH值偏离等电点，增强蛋白质间的静电斥力，使肽链结构松弛，水进入蛋白质间的空隙，从而提高肉制品的持水能力。

② 螯合作用，磷酸盐可以螯合Ca2+和Mg2+，肌动球蛋白中肌球蛋白与肌动蛋白联接弱化，增强蛋白质溶解度，从而提高肉的持水能力和乳化稳定性。同时磷酸盐与金属离子螯合可以延缓不饱和脂肪酸氧化，抑制肉制品酸败、变色。但是，过量添加磷酸盐会导致肉制品产生不良的金属涩味，过量的磷摄入也会对人体健康造成严重的负面影响。

有研究指出，机体内磷酸盐浓度的增加是有直接毒 性的，当摄入的磷酸盐超过最大允许值（0.5%）时， 短期内会导致腹痛、腹泻；长期摄入磷酸盐会导致人体钙、铁等矿物质在肠道内无法正常被吸收，增加患骨骼疾病的风险，而且长期高磷摄入会增加慢性肾病和心血管疾病的潜在风险。

无磷保水剂

近年来，随着消费者对饮食健康的日益重视，清洁标签食品已经成为一种趋势。利用碳酸盐，或淀粉、纤维素、植物蛋白等天然简单的成分代替或者部分代替磷酸盐成为当前研究热点，包括研究评估不同天然物质作为磷酸盐替代品的效果，优化加工技术、改进配方 用新型无磷保水剂替代磷酸盐全部或部分功能等。

1、碳酸盐

碳酸盐的功能特性主要与其碱化作用有关，能够使肌肉的pH值偏离肌原纤维蛋白的等电点，增加净负电荷。欧盟条例601/2014/EC允许在一些禽肉产品中使用碳酸钠作为保水剂，以提高产品出品率和多汁性。研究证实，碳酸氢钠可以增强肉类蛋白溶解度，使肌原纤维蛋白吸水膨胀，从而改善肉的持水能力，降低蒸煮损失。

碳酸盐提高pH值的能力比磷酸盐更好， 是由于（HCO3）–离子体积比（P3O10）5–离子更小，更容易渗入肌肉与蛋白质侧链并产生相互作用，从而增加肌肉蛋白质之间的静电斥力。但是肉制品使用碳酸盐后比使用磷酸盐的持水能力差，说明肉蛋白的凝胶不仅受pH值的影响，还有其他因素在起作用。

此外，研究表明，虽然碳酸盐能提高肉制品的pH值和降低蒸煮损失，但是也会导致pH值增加到远高于6.0， 肌肉纤维膨胀，从而对产品的货架期和外观产生负面影响。而未使用保水剂的肉制品因为接近中性pH值有利于腐败菌生长，加快了肉制品腐败变质。并且由于增加了肌红蛋白抵抗热处理变性的能力，导致肉制品中产生“肉变红现象”，使熟食呈现未煮熟的外观。

2、植物蛋白

在肉制品加工过程中，植物蛋白具有持水、乳化以及改良质构等功能。其与肌肉蛋白疏水缔合加强了氢键和二硫键之间的相互作用，导致盐溶性蛋白构象改变、α-螺旋部分解旋和β-折叠形成，使肌原纤维蛋白凝胶网络结构变得更连续、 更均匀，促进了肌原纤维蛋白凝胶的持水能力。添加至肉制品中的常见植物蛋白有大豆分离蛋白、花生蛋白、豌豆蛋白等。

研究发现，大豆蛋白在几种植物蛋白中保水效果显著，其在产品硬度、出品率方面与含磷酸盐的香肠相似。探究大米蛋白、花生蛋白、大豆蛋白对牦牛肉糜质构、颜色和pH值的影响发现，蛋白添加量在1%～7%范围时，能增加肉糜的pH值、硬度和咀嚼性，花生蛋白能改善肉糜的红度和亮度。植物蛋白的结构变化受诸多因素的影响，如温度和pH值。如在75 ℃、 pH5.5～6.0的乳化肉制品加工条件下，植物蛋白与肌肉蛋白的相互作用较差，反而对凝胶和硬度有负面影响。

3、植物多糖

多糖与蛋白质分子的氨基之间能产生较强的静电相互作用，使蛋白质结构松弛，水分进入蛋白质分子之间的空隙，显著改善肉制品的持水能力。由蛋白质形成的凝胶表现出较差的凝胶结构和保水能力，主要是因为在热诱导凝胶化过程中，蛋白质逐渐聚集并形成具有多孔结构的凝胶，水可以通过孔从凝胶的网眼中逸出。而多糖具有长链和多羟基结构，其与水分子结合后形成的肌原纤维蛋白网状凝胶能截留大量的水，使肉糜具有较好的持水能力和稳定性。研究发现，淀粉、膳食纤维、海藻提取物具有部分或全部替代磷酸盐的潜力。

①    淀粉

淀粉是一种高分子碳水化合物，由直链淀粉和支链淀粉2种不同的葡萄糖聚合物组成。直链淀粉是一种由单一类型的糖单元组成的多糖；支链淀粉是葡萄糖脱去水分子通过1,4-糖苷键与1,6-糖苷键连接形成的共价聚合物。从玉米、小麦、大米以及马铃薯、红薯和木薯等块茎中获得的商业淀粉在食品中通常用于增稠、胶凝、黏合、稳定、保湿、增强质构和保鲜。

在肉制品中，淀粉通常作为黏合剂，以降低配方成本、提高出品率、减少烹调损失、改善肉的质地，并延长货架期。在研究马铃薯淀粉和大米淀粉对香肠感官特性的影响发现，在不影响蒸煮出品率的情况下加入这2种淀粉，可以降低50%三聚磷酸盐的使用量，但感官品质会有所下降。

②    膳食纤维

膳食纤维是不能被小肠消化酶分解的碳水化合物，分为非水溶性纤维和水溶性纤维两大类。 纤维素、半纤维素和木质素是3种常见的非水溶性纤维；果胶和树胶等属于水溶性纤维。 在肌原纤维蛋白中添加不溶性膳食纤维可以促进蛋白质形成均匀的三维网络结构，从而改善肌原纤维蛋白凝胶质地，提高持水能力。

研究表明，来源于豌豆、胡萝卜和竹笋等植物的膳食纤维均可应用于肉糜制品中，能明显增强其持水能力和凝胶强度。将3%的甘蔗纤维分别添加到牛肉丸和鸡肉香肠中，结果表明，甘蔗纤维降低了肉制品的蒸煮损失和硬度，并提高总酚含量和自由基清除活性，抑制脂质氧化。

此外，在研究不同粒径（90 μm和200 μm）、不同含量（1.5%和3%）的燕麦水不溶性膳食纤维对鸭肌原纤维蛋白凝胶特性的影响中发现，200 μm、1.5%的燕麦水不溶性膳食纤维在提高凝胶强度和黏弹性效果最好。

4、海藻提取物

①    海藻糖

海藻糖是非还原性二糖，由两分子葡萄糖通过1,1-糖苷键构成，分子结构中含有多个羟基，可与水形成氢键，增加水产品的持水力。海藻糖可与肌肉中的Ca2+，Mg2+螯合，形成结合紧密的三维网络结构，有效阻止肌肉内部水分的流失。

研究发现，海藻糖可通过与凡纳滨对虾肌原纤维蛋白结合，提高肌球蛋白的稳定性，并通过吸附保持大量水分和阻止内部水分的流失，提高虾仁的保水性。由海藻糖和海藻酸钠寡糖处理后的虾仁解冻失重率明显降低，并且能减缓肌肉蛋白的降解和肌肉组织的损伤，具有良好抗冻效果。

此外，采用复配技术可进一步增强其保水性能。研究发现，相比于Na2P4O7，经海藻糖、藻酸盐寡糖处理的熟虾纤维排列方式更加紧密，且在储存6周后细胞外空间更小，持水性更好。

②    卡拉胶

卡拉胶是由1，3-β-D-吡喃半乳糖和1，4-β-D-吡喃半乳糖作为基本骨架交替连接而成的，具有较强的保水性，能与蛋白质聚集形成蛋白质胶束，提高产品的稳定性，增加出品率。研究发现，经卡拉胶寡糖浸泡处理能有效抑制冷冻虾仁解冻损失率的增加。

在热处理组合条件下，添加卡拉胶和TG 酶的鱼糜肠，在持水性方面显著高于未添加上述复合添加物的对照样。利用0.05%的卡拉胶、0.30%的变性淀粉和0.05%的柠檬酸钠制备的复配型保水剂，可达到与多聚磷酸盐相同的持水效果。

参考资料：

[1]刘凯彤,戴文欣,梁荣蓉,等.肉制品无磷保水剂的研究进展[J].食品科技,2024,49（08）:295-300.

[2]解万翠,谢静雯,辛荣玉,等.水产品保水剂的开发与应用研究进展[J].轻工学报,2019,34（06）:15-23.

作者简介：

小泥沙，食品科技工作者，食品科学硕士，现就职于国内某大型药物研发公司，从事营养食品的开发与研究。