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超声波对草鱼肌肉肌原纤维蛋白溶液理化特性的影响

2015/5/20 15:39:09      点击:

草鱼是著名的“四大家鱼”之一,其肉质肥嫩,味鲜美,营养丰富,蛋白质含量高,最高可达26%。草鱼肌肉蛋白中主要含肌原纤维蛋白、肌浆蛋白和基质蛋白,其中肌原纤维蛋白约占总蛋白的60%~70%,是草鱼肌肉蛋白的主要成分。肌原纤维蛋白是盐溶性蛋白,具有凝胶性、持水性、乳化性等优良性质,不仅可作为功能性蛋白成分广泛应用于食品工业中,而且是鱼糜制品的功能成分,其结构与性质直接影响鱼糜制品的形成,进而影响鱼肉制品的品质。但草鱼肌原纤维蛋白存在凝胶强度差、易发生冷冻变性等缺陷,因此有必要对其进行改性。目前的研究主要集中在pH值、提取方法以及添加糖、卡拉胶、谷氨酰胺转氨酶等化学改性对其功能性质的影响。LiXingke等研究发现,用脱乙酰度为77.3%的壳聚糖修饰鲢鱼肌原纤维蛋白具有很好的改性效果;ChenHongsheng等研究发现,冷冻保护剂的加入使鲤鱼鱼糜肌原纤维蛋白热稳定性、凝胶性得到提高。但上述研究具有低效率、耗时、耗能、成本高等缺点。

超声波对食品中生物大分子的改性具有较好的效果,其通过机械效应、空化效应、热效应和化学效应作用于接触它的物质,使底物的物理、化学反应变得快速、均匀,具有效率高、成本低、操作简单、污染小等优点,因此,在食品加工中的应用备受关注。张崟等研究发现,超声波处理提高了鱼糜的凝胶强度、黏性、弹性、恢复性等;Julian McClements等研究表明,超声波可以促进肌原纤维蛋白的释放,进而提高了肉制品的持水性、嫩度、黏结性等理化性质。然而,超声波对肌原纤维蛋白理化特性的影响鲜有报道。由于蛋白质的理化特性与蛋白质的功能性质有很大的关系,其理化特性的改变可以引起蛋白质功能性质的改变。因此本实验以草鱼肌原纤维蛋白为原料,研究超声波处理对肌原纤维蛋白理化特性的影响,以期为超声波改性肌原纤维蛋白提供理论基础。

材料与试剂

草鱼,购于南昌市青山湖区天虹超市。十二磺基硫酸钠、丙烯酰胺、过硫酸铵等(分析纯)阿拉丁试剂有限公司;8-苯胺-1-萘磺酸、β-巯基乙醇、25~170kD Marker美国Sigma公司。

仪器与设备

T6新世纪紫外-可见分光光度计,北京普析通用仪器有限公司;HR2094飞利浦搅拌机,飞利浦家庭电器有限公司;ML104电子天平、DZG-6021P pH计,梅特勒-托利多有限公司;HH-4数显恒温水浴锅 国华电器有限公司;JY98-ⅢDN超声波细胞粉碎机,宁波新芝生物科技股份有限公司;F-7000荧光光谱仪,日本日立公司;Mini Protean TetraMP4电泳仪,美国伯乐公司;380激光纳米粒度测定仪,苏州微流纳米生物技术有限公司。

实验方法

肌原纤维蛋白的提取;肌原纤维蛋白的超声波处理;粒度的测定,参考Zhang Qiuting等的方法,肌原纤维蛋白溶液用0.02mol/L pH6.5含0.6mol/L NaCl的磷酸盐缓冲液稀释2倍,采用NICOMP 380/ZLS激光纳米粒度测定仪(苏州微流纳米生物技术有限公司)对样品的平均粒径进行测定。热聚集程度的测定,在鱼糜产品加工过程中,热处理是塑造肌原纤维蛋白凝胶特性的重要手段,其主要作用来源于蛋白的热聚集行为的变化。总巯基含量的测定;nm波长处测吸光度;自由巯基含量的测定;内源性荧光和表面疏水性的测定。

结果与分析

蛋白质的粒度是影响蛋白质功能特性的因素之一,也是蛋白质结构的宏观表现。前期研究表明,超声波处理可改变蛋白颗粒粒度。超声波处理可明显降低肌原纤维蛋白的平均粒径,且随着处理时间的延长,降低的程度增大,肌原纤维蛋白的平均粒径由未处理的2211.4nm降低至处理20min的270.3nm。可能是由于超声波的声空化作用可产生强烈的物理作用力,包括剪切力、震波和湍流,能有效使蛋白质颗粒发生破碎,粒度下降。超声波处理后肌原纤维蛋白溶液的平均粒径降低,未经超声波处理的肌原纤维蛋白粒径分布范围为200~2300nm,而经超声波处理后的肌原纤维蛋白粒径分布范围变为100~5000nm,这表明,超声波处理可以显著影响肌原纤维蛋白溶液的粒径分布范围,使得肌原纤维蛋白溶液的粒径分布更集中,分布宽度变窄,即颗粒大小更加均匀。肌原纤维蛋白热变性聚集能反映蛋白质构象的变化以及分子间相互作用,包括氢键、二硫键、肽键等之间的相互作用。浊度是反映蛋白质聚集程度的指标,肌原纤维蛋白经超声波处理后在加热过程中其浊度变化,超声波处理可以明显降低肌原纤维蛋白的浊度,且随着处理时间的延长,降低的程度也增大。与原样相比,经超声处理3、6、9、12、20min后,其加热至80℃时的浊度分别降低了57.8%、66.8%、67.5%、75.0%、70.1%,可能的原因是超声波对溶液体系的空化效应产生强烈的剪切力、震波、湍流等物理作用力,蛋白颗粒发生了聚集,其热变性聚集程度降低。一般情况下,随着加热温度的升高,蛋白分子会发生变性,蛋白分子间会发生聚集,温度越高,聚集程度越高,但经超声波处理后,样品的浊度随温度增加而增加趋势明显变缓,说明超声波处理削弱了加热对肌原纤维蛋白分子的变性聚集作用。以上结果表明,超声波对肌原纤维蛋白具有去聚集作用,能抑制蛋白质与蛋白质之间的共价和非共价交联。

结论

超声波技术是食品生物大分子物理改性方法之一,食品生物大分子经超声波处理后可引起分子理化特性的变化。草鱼肌原纤维蛋白经超声波处理后,颗粒粒径下降,颗粒大小分布更加均匀,平均粒径由2211.4 nm降低至270.3nm;超声波对肌原纤维蛋白具有去聚集作用,热聚集程度降低,在12min、80℃处理条件下,其浊度降低了75.0%;超声处理后的草鱼肌原纤维蛋白内源荧光强度及巯基含量降低,总巯基和自由巯基含量分别由55.711μmol/g pro和51.398μmol/g pro降低至31.912μmol/g pro和27.015μmol/g pro,表面疏水性增加了3.8倍,蛋白质高级结构受到破坏,分子质量未受影响。因此,采用超声波技术对肌原纤维蛋白进行改性具有一定的效果。超声波对草鱼肌原纤维蛋白高级结构的影响机理以及对草鱼肌原纤维蛋白功能性质的影响有待进一步研究。