袁波，楊勤子，白春清，陳麗麗，江勇，趙利*

1.國家淡水魚加工技術(shù)研發(fā)分中心（南昌 330013）；2.江西科技師范大學生命科學學院（南昌 330013）

肉湯是一種主要由魚、肉、海鮮等湯料，添加一定量香料和調(diào)味劑組成的食物，是世界上最受歡迎的食物之一，在全球范圍內(nèi)普遍食用，如意大利的海鮮湯、美式蛤蜊湯、越南海龍皇湯。中國也有“寧可食無肉，不可食無湯”的飲食文化，美容喝豬蹄湯，催奶喝鯽魚湯，感冒喝老雞湯。在中國人的觀念里，食品原料的精華都濃縮在湯里，飯前喝上一碗湯就是最健康科學的飲食結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，銅和鎂在沸騰過程中從牛肝遷移到湯，從而提供礦物質(zhì)的生物可及性[1]。湯的煮沸過程可以誘導非血紅素、鐵和血紅素色素從牛肉和羊肉轉(zhuǎn)移到湯中[2]。肉湯以水為介質(zhì)，肉中的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)及一些水溶性物質(zhì)在加熱條件下溶解入湯中，輔以佐料，可使肉湯營養(yǎng)豐富，口感鮮美。肉湯中的非揮發(fā)性物質(zhì)包括蛋白質(zhì)、還原糖、氨基酸、核苷酸、多肽、無機鹽等，揮發(fā)性物質(zhì)主要為脂肪醛、脂肪酸、醇和酯[3]。肉湯有利于營養(yǎng)物質(zhì)在人體的運輸，可以促進消化，具有補充能量、滋補健康等作用。

根據(jù)產(chǎn)生的途徑，食品中納米顆粒可分為兩類。一類是通過納米技術(shù)，人為編程食品中的原子、分子，形成納米級粒子，如納米級改性淀粉[4]、納米顆粒添加劑[5]等，可以改善食物的風味，使食品具有穩(wěn)定性好、保質(zhì)期高等優(yōu)點。納米技術(shù)被廣泛應用于食品工業(yè)的包裝、檢測、保鮮、運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)，進一步推進食品科技的創(chuàng)新性發(fā)展。另一類則是食品中天然存在或加工過程中自然產(chǎn)生的伴生物，即微納米顆粒（micro/nano particles，MNPs）。如牛奶中的酪蛋白膠粒[6]、面包和烤肉等食物在高溫加工過程中產(chǎn)生的碳納米粒子[7]、魚頭湯熬煮過程中產(chǎn)生的微納米顆粒[8]，它們是食物中的兩親性化合物通過共價和非共價作用產(chǎn)生的大量自組裝顆粒[9]，具有驚人的生物相容性、功能性和穩(wěn)定性，和化學合成的納米材料相比毒性較小，是制備有機納米組件的重要建筑材料[10]。許多肉湯或其提取物成為飲食補充劑或藥物等工業(yè)產(chǎn)品，其中一些湯的生物學功能和臨床效果在藥理和臨床研究中也得到科學評價[11]。

有關(guān)肉湯中MNPs的研究主要集中于化學組分、分離表征及生理功能等方向。主要從MNPs的組成成分出發(fā)，對肉湯中MNPs的表征方法、形成機理及其影響因素的研究進行概括總結(jié)。

1 微納米顆粒的表征方法

食品體系中MNPs因超小尺寸和物理化學特性，使其具有獨特的特征和巨大的應用潛力。然而，關(guān)于MNPs在食品生產(chǎn)中的應用及其安全方面的評估還知之甚少。因此，獲得MNPs數(shù)量和結(jié)構(gòu)類型的可靠信息變得尤為重要。MNPs的表征包括尺寸、形狀、分布和聚集狀態(tài)、表面積及化學組成等內(nèi)容。最普遍用到的表征技術(shù)包括以下幾類。

1.1 光散射技術(shù)

光散射是指顆粒將照射到其上的激光向周圍散射，顆粒的大小、多少決定了散射光各個特性參數(shù)的變化，因此可以通過測量光強、偏振度、衰減比等激光參數(shù)的空間分布獲得待測顆粒的信息[12]。如丁達爾效應被用于區(qū)分膠體和溶液，在暗室觀察下，激光照射肉湯可見明顯的通道現(xiàn)象[11]。光散射技術(shù)主要分為靜態(tài)光散射技術(shù)（static light scattering，SLS）和動態(tài)光散射技術(shù)（dynamic light scattering，DLS）。SLS是測定固定角度的散射光強，具有濃度依賴性和角度依賴性[13]?？梢詼y定納米顆粒的粒徑大小和形狀，不適合測量直徑在亞微米級及以下的顆粒，因為會發(fā)生多重衍射，而使測量結(jié)果的準確性明顯降低。肉湯中微納米顆粒的測量主要使用動態(tài)光散射法。DLS是通過測量納米顆粒做布朗運動引起的激光強度波動實現(xiàn)粒度測量的，可將粒子直徑的檢測范圍延伸到納米或亞納米數(shù)量級[10]。DLS被用于表征食品模型[14]、牛乳中的粒徑分布[15]及肉湯中納米顆粒的平均水合粒徑和Zeta電位[16]，與顯微鏡技術(shù)結(jié)合可獲知MNPs的形態(tài)和表面結(jié)構(gòu)，與純度色譜（size exclusion chromatography，SEC）結(jié)合可分離食品中微納米顆粒[17]。

1.2 顯微鏡技術(shù)

食品體系中微納米顆粒的粒徑、外觀、理化性質(zhì)和組學分布等分析均與顯微鏡技術(shù)密不可分，主要采用透射電子顯微鏡（transmission electron microscopy，TEM）、掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）、激光共聚焦掃描顯微鏡（confocal laser scanning microscope，CLSM）和原子力顯微鏡（atomic force microscopy，AFM）。

TEM[18]是一種利用電子束穿透樣品，形成散射電子與透過電子，聚焦在熒光屏上的納米級成像技術(shù)，分辨率約0.2 nm。TEM被廣泛用于檢測液體食品中微納米顆粒、包埋功能性成分的蛋白質(zhì)/多糖納米顆粒和血清白蛋白納米顆粒等[19-20]各種納米粒子的成像和表征。Gao等[21]用TEM觀察到豬骨湯中微納米顆粒呈現(xiàn)均勻的球形外觀。Ma等[22]利用TEM觀察金槍魚頭湯在熬煮過程中的微納米顆粒，為MNPs的殼核膠體球形結(jié)構(gòu)提供一定證據(jù)。SEM則是通過電子束在樣品表面掃描，激發(fā)樣品的二次電子，經(jīng)探頭檢測器接收并在熒光屏上成像，形成暗場像。TEM分辨率較高，但僅適用于足夠薄的樣品。而SEM依賴于表面處理而非投射，因此能對較大樣品成像，產(chǎn)生樣品表面的高分辨三維圖像。SEM多用于觀察蛋白質(zhì)、多糖和脂質(zhì)體納米顆粒的形狀及表面結(jié)構(gòu)。Rubilar等[23]通過SEM可以明顯觀察到亞麻籽油微膠囊的顆粒表面形態(tài)及大小分布。

激光共聚焦掃描顯微鏡（CLSM）在傳統(tǒng)光學顯微鏡基礎(chǔ)上，利用激光作為光源，采用共拖聚焦原理和裝置，掃描樣品并收集信號，通過計算機處理，還原樣品二維、三維圖像[24]。它具有靈敏度高、多色熒光成像等優(yōu)點，可以直觀觀察到MNPs中各組分的位置及相互作用。蘇紅[25]利用CLSM觀察鳙魚和三文魚頭湯中的MNPs結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)，湯中脂肪自組裝成球形顆粒，而磷脂、蛋白質(zhì)和糖則分布在脂肪球的外圍，各組分共同組成穩(wěn)定的顆粒。翟爭妍等[26]采用CLSM對魚頭湯中磷脂、蛋白質(zhì)和糖基化分子（糖脂和糖蛋白）進行染色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)加鹽后Cl-進入MNPs與甘油三酯結(jié)合，Na+則與MNPs外圍的電負性多糖結(jié)合。陳旭[27]利用CLSM觀察到大豆蛋白與酶的結(jié)合穩(wěn)定程度。

原子力顯微鏡（AFM）是依靠懸臂下納米大小的針尖接近樣品表面時，檢測針尖與樣品間的作用力（原子力），觀察樣品形態(tài)的裝置[28]。AFM由于其檢測精度高、對樣品無特殊處理要求等，被廣泛使用于食品科學研究[29]。石燕[30]用AFM觀察酥油微膠囊的顆粒形貌及其表面粗糙度。Guo等[31]采用AFM研究玉米醇溶蛋白精細的微觀結(jié)構(gòu)。

其他表征方法也被用于MNPs的研究，如：Lin等[32]利用光學顯微鏡觀察到魚湯中微納米顆粒的形成趨勢，隨著熬煮時間的延長，湯中MNPs數(shù)量不斷增加，熬煮150 min時，MNPs數(shù)量最多、結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定；Yao等[33]利用紅外透射成像在空間上揭示肉湯中MNPs各組分的分布和化學變化規(guī)律，證實MNPs同時含有甘油三酯和與其空間合并的糖綴合物；金紹娣等[34]采用傅里葉變換紅外光譜測試制備的納米顆粒機構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)阿拉伯膠與蛋白質(zhì)形成新的氫鍵絡(luò)合。

2 微納米顆粒的形成機理

肉湯在燉煮時，發(fā)生一系列化學反應和物理變化，遷移到溶液中的兩性化合物成分（如蛋白質(zhì)、脂肪酸和多糖），在分子間次級鍵作用下發(fā)生自組裝形成膠體顆粒，即微納米顆粒[4]。Yao等[33]利用丁達爾效應發(fā)現(xiàn)激光照射肉湯可以觀察到明顯的通道現(xiàn)象，證明肉湯是一個復雜的膠體體系，即在燉煮過程中形成膠體顆粒；肉湯在熬煮過程中通過脂質(zhì)氧化、美拉德反應等積累甘油三酯和糖綴合物，肉湯中MNPs的持續(xù)形成逐漸促進分子間相互作用，驅(qū)動下游離物質(zhì)的空間合并和自組裝，從而使主要的營養(yǎng)物質(zhì)和風味化合物進一步在MNPs中積累。Ke等[10]發(fā)現(xiàn)豬骨湯經(jīng)過文火熬制后，每毫升湯中約含有10億個粒徑約230 nm的顆粒。Qian等[35]在金槍魚頭湯熬煮過程中發(fā)現(xiàn)MNPs，經(jīng)過抗氧化研究發(fā)現(xiàn)，不同粒徑大小的球形顆粒具有一定抗氧化作用。Wang等[36]研究發(fā)現(xiàn)，豬骨湯中的食物膠體顆?？芍苯优c腹膜巨噬細胞相互作用，腹膜巨噬細胞可以取代口腔巨噬細胞，食物攝入導致食物MNPs與免疫細胞直接接觸，這可能意味著一種食物-身體相互作用的新模式。與人工編程的納米粒子相比，肉湯中自發(fā)產(chǎn)生的MNPs的未知性、復雜性和不可控性更強。MNPs與人體生理效應的研究需要系統(tǒng)地探索MNPs的分子特征、形成機理，包括分子大小、電荷分布、鏈支化和親水疏水平衡等因素。肉湯中MNPs的形成原理和機制主要是從分子間的相互作用來解釋的，包括蛋白質(zhì)間的相互作用、蛋白質(zhì)與其他物質(zhì)間的相互作用。

2.1 蛋白質(zhì)間的相互作用

加工過程中，原料中的蛋白質(zhì)不斷遷移進溶液，維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用力在熱的作用下被破壞，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生去折疊，蛋白質(zhì)變性。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)展開，使蛋白質(zhì)分子表面的親水基團相對減少，埋藏在內(nèi)部的疏水基團和半胱氨酸殘基暴露出來，導致疏水作用力大于親水作用力。加上高溫導致蛋白質(zhì)分子運動加劇，蛋白質(zhì)分子間相互碰撞、聚合的概率增大，從而引起蛋白質(zhì)聚集[37-38]。蛋白質(zhì)聚集體具有特殊的尺寸效應和表面性質(zhì)，通常擁有著與天然蛋白質(zhì)不同的表面活性，其在油-水界面處形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和表現(xiàn)的流變性質(zhì)均不相同，對乳液的穩(wěn)定性和脂肪的消化產(chǎn)生不同的影響，界面活性、黏彈性、乳化特性等均可能優(yōu)于天然蛋白[39-40]。這些聚集物由于結(jié)合了靜電和空間穩(wěn)定機制，是一種非常有效的膠體穩(wěn)定劑，能夠保護液體防止絮凝[41]，為食品工業(yè)化提供一些參考。蘇紅[25]研究發(fā)現(xiàn)，隨著熬煮時間的延長，湯中蛋白質(zhì)含量持續(xù)增加，微納米顆粒也增多并趨于穩(wěn)定，證明蛋白質(zhì)聚集現(xiàn)象。尤娟等[42]在研究中觀察到鰱肌球蛋白的熱聚集現(xiàn)象。

2.2 蛋白質(zhì)與其他物質(zhì)間的相互作用

蛋白質(zhì)與糖類之間的相互作用是通過糖基化實現(xiàn)的，糖鏈通過共價鍵與蛋白質(zhì)肽鏈相連接[43]。美拉德反應機理的非酶糖基化是食品中蛋白質(zhì)糖基化的主要方法，僅通過加熱就能促使蛋白質(zhì)與糖發(fā)生共價結(jié)合，且產(chǎn)生的糖基化產(chǎn)物具有溶解度高、穩(wěn)定性高的優(yōu)點[44]。汪胡芳等[45]利用糖基化成功生產(chǎn)出甜菊苷、橙皮苷及蘆丁苷等新型藥物載體。

蛋白質(zhì)與脂質(zhì)間的相互作用主要是二者形成乳化體系[46-47]，β-乳球蛋白和脂肪酸主要是通過疏水作用相結(jié)合，位于β-乳球蛋白內(nèi)部的疏水孔穴是脂肪酸最主要的結(jié)合位點[48]。熬煮過程中，蛋白質(zhì)經(jīng)熱變性后與脂肪作用的結(jié)合位點增多，脂肪與蛋白質(zhì)或小肽發(fā)生乳化作用。祿彥科[49]研究發(fā)現(xiàn)豬骨湯中MNPs顆粒的主要影響因素是湯中脂肪的溶出量，脂肪的遷移與MNPs數(shù)量的增加呈現(xiàn)正相關(guān)。汪慧勤[50]對河蜆湯和豬骨湯的研究中發(fā)現(xiàn)，2種湯的微納米顆粒均主要由蛋白質(zhì)、多糖和脂質(zhì)組成，且河蜆湯MNPs能顯著改善非酒精性脂肪肝，豬骨湯MNPs在胞內(nèi)外均有明顯的抗氧化活性，二者均可以改善巨噬細胞的氧化應激狀態(tài)。

β-乳球蛋白還被報道可以和脂溶性維生素、脂肪酮和芳香族化合物等反應生成蛋白質(zhì)復合物[51-52]。祿彥科[49]研究發(fā)現(xiàn)，豬骨湯MNPs中包含蛋白質(zhì)、多糖、核苷酸、金屬離子等營養(yǎng)物質(zhì)都結(jié)合組裝于顆粒中。

2.3 影響微納米顆粒形態(tài)及性質(zhì)的相關(guān)因素

肉湯中營養(yǎng)和風味物質(zhì)的遷移，是MNPs原料的主要來源途徑。湯中物質(zhì)的遷移主要有2個原因：一是食物在熱和其他因素作用下組織完整性被破壞，導致組織中各物質(zhì)遷移到湯中；二是在濃度差的作用下，食物中的營養(yǎng)物質(zhì)從食物表層向水中遷移，當內(nèi)外層營養(yǎng)物質(zhì)形成濃度差后，內(nèi)層營養(yǎng)物質(zhì)向表層遷移，從表層向湯中遷移[9]。Qi等[53]研究發(fā)現(xiàn)雞湯燉煮過程中游離氨基酸含量顯著增加，這是由于烹飪過程誘導游離氨基酸從雞肉組織遷移到湯中。熬煮工藝對羊肉產(chǎn)品的脂肪酸組成也有較大規(guī)模的影響，Campo等[54]發(fā)現(xiàn)燉菜可以增加羊肉中n-6多不飽和脂肪酸的百分比。Zhang等[55]關(guān)于鯽魚湯的研究發(fā)現(xiàn)，溫度對鯽魚湯中蛋白質(zhì)的水解和溶解度起著至關(guān)重要的作用，隨著溫度的升高，湯中的總肽和氨基酸的含量隨之上升。曾清清等[56]研究骨塊大小、料液比和不同熬煮條件對雞骨高湯品質(zhì)及風味的影響，結(jié)果表明料液比對高湯品質(zhì)有顯著影響，適當?shù)牧弦罕炔粌H能溶出較多營養(yǎng)物質(zhì)，風味也較好。

料液質(zhì)量比、熬煮溫度、熬煮時間、配料的添加等加工工藝條件的不同，決定湯中各物質(zhì)成分的濃度和比例，進而影響湯中MNPs的形態(tài)結(jié)構(gòu)和物理特性。錢雪麗[57]的研究發(fā)現(xiàn)，隨著熬煮時間的延長，魚湯中的脂質(zhì)、水溶性蛋白、總糖、維生素E等物質(zhì)含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，在150 min時達到最佳；湯中MNPs也隨時間不斷產(chǎn)出，數(shù)目增多，粒徑增大，150 min時MNPs結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定；相比較清湯，油煎后熬煮的白湯中MNPs表面較為粗糙。潘馨怡[58]研究發(fā)現(xiàn)，加鹽濃度的改變與湯中各營養(yǎng)物質(zhì)的遷移顯著相關(guān)；隨著加鹽濃度的增加，湯中微納米顆粒的變化趨勢呈現(xiàn)尺寸先減小后增大，數(shù)量先增多后減少，穩(wěn)定性先增強后削弱。主要原因可能是食鹽促進原料中鹽溶性球蛋白和陰離子多糖的遷移，促使大量表面帶羥基的蛋白質(zhì)及帶負電的陰離子多糖與MNPs表面的磷脂結(jié)合，共同構(gòu)成MNPs的膜結(jié)構(gòu)，從而導致MNPs之間的靜電斥力的增大，抑制MNPs與MNPs之間的聚集，導致MNPs的粒徑較小，數(shù)量較多，且各組分之間的分布也很穩(wěn)定。而鹽濃度過高時，MNPs膜結(jié)構(gòu)所帶的負電荷被過多的Na+中和，從而導致MNPs的表面靜電斥力降低，MNPs能夠彼此相互“吸引”，形成尺寸較大的聚集體。蘇麗等[59]研究發(fā)現(xiàn)，食鹽的添加時機對烏鱧魚頭湯中MNPs的形態(tài)有顯著影響，熬煮90 min時加鹽，湯中形成很多大顆粒，60 min組的MNPs呈現(xiàn)穩(wěn)定的雙層球形小顆粒。

3 結(jié)語與展望

食品體系納米顆粒的研究雖然取得一些進展，但仍有很多問題亟待解決。微納米顆粒因其特殊的物理、化學性質(zhì)，其營養(yǎng)成分的分布、相互作用、風味等表現(xiàn)出與原料不同的特性，但微納米顆粒的形成機制、化學定位、與原料中蛋白質(zhì)/多糖等物質(zhì)在人體中的相互作用還需深入研究。從食品安全的角度來看，納米食品仍面臨一些挑戰(zhàn)，雖然微納米顆?？蔀槭称芳{米加工提供一些技術(shù)參考，有助于改善食品的感官特性，并可能發(fā)揮健康益處，但對微納米顆粒的安全方面還知之甚少。微納米顆粒被證實對巨噬細胞、胃腸道屏障等具有積極的生理功效影響，但其與機體的相互作用機制和途徑尚不明確，成為后續(xù)有待研究的內(nèi)容。