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金線魚魚皮抗凍蛋白理化性質(zhì)的研究

2016-09-28 02:07:53吳珊陳培琳周雨嘉傅維擎曾紅亮鄭寶東張怡
福建輕紡 2016年12期
關(guān)鍵詞:等電點魚皮親水性

吳珊, 陳培琳,周雨嘉,傅維擎,曾紅亮,鄭寶東,張怡

(1.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建 福州 350002;2.寧德師范學(xué)院,福建 寧德 352100)

金線魚魚皮抗凍蛋白理化性質(zhì)
的研究

吳珊1,2, 陳培琳1,周雨嘉1,傅維擎1,曾紅亮1,鄭寶東1,張怡1

(1.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建 福州 350002;2.寧德師范學(xué)院,福建 寧德 352100)

為了研究金線魚魚皮抗凍蛋白的理化性質(zhì),文章以金線魚魚皮抗凍蛋白為原料,對其等電點、親水性、表面疏水性、熱穩(wěn)定性、起泡性以及乳化性等理化性質(zhì)進行研究。結(jié)果表明,金線魚魚皮抗凍蛋白的等電點為pH4;其水分完全揮發(fā)溫度為174℃,顯著高于PBS(磷酸緩沖液)及BSA(牛血清蛋白),表明該抗凍蛋白增大了體系中水分蒸發(fā)的難度;加熱至81.40℃時,魚皮抗凍蛋白失去熱滯活性,表明魚皮抗凍蛋白屬于非熱穩(wěn)定抗凍蛋白。

金線魚;魚皮;抗凍蛋白;理化性質(zhì)

金線魚是鱸形目(Perciformes)金線魚科(Nemipteridae)金線魚屬(Nemipterus)的其中一個物種[1],主要分布于西太平洋區(qū),包括日本、韓國、中國、菲律賓、印尼、越南、泰國、澳洲等海域,中國產(chǎn)于南海、東海和黃海南部,以南海產(chǎn)量較多[2],是主要的海產(chǎn)魚類。金線魚肉質(zhì)細嫩,常常將其加工為魚糜制品[3]。在魚糜制品加工過程中,通常利用金線魚魚肉作為食品原料,因此造成大量金線魚的魚頭、魚皮、魚鱗、魚骨等原材料的浪費,為了提高金線魚的利用價值,將魚皮進一步開發(fā)成為魚皮抗凍蛋白具有廣闊的前景。抗凍蛋白(AFPs)是一類具有提高生物抗凍能力的蛋白質(zhì)類化合物的總稱[4]??箖龅鞍啄芘c冰晶相互作用,抑制冰的重結(jié)晶化和修飾冰晶[5]。蛋白質(zhì)酶解產(chǎn)物與蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)存在較大差異,如等電點、親水性、表面疏水性、熱穩(wěn)定性、起泡性、乳化性以及氨基酸組成等[6],這些性質(zhì)的差異導(dǎo)致其加工特性及生理功能的不一致。

因此,文章以金線魚魚皮抗凍蛋白為原料,對其等電點、親水性、表面疏水性、熱穩(wěn)定性、起泡性以及乳化性等理化性質(zhì)進行研究,以便了解和掌握金線魚魚皮抗凍蛋白的加工適用性,以及為抗凍蛋白的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。

1材料與儀器

1.1 試驗材料

金線魚魚皮抗凍蛋白:實驗室自制,冷凍干燥備用。

1.2 試驗儀器

TGA/SDTA851e 熱分析系統(tǒng):瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司;

DSC 200 F3差示掃描量熱儀:德國耐馳儀器制造有限公司;

MK2000型INSTEC冷熱臺:北京美嘉圖科技有限公司;

Ci-L型尼康顯微鏡:福州達士通儀器設(shè)備有限公司;

H1850R冷凍離心機:湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司;

LG-1.0型真空冷凍干燥機:新陽速凍設(shè)備制造有限公司;

UV-7200紫外可見分光光度計:上海尤尼柯儀器有限公司;

Kjeltec TM 2300 半自動凱氏定氮儀,丹麥瑞典FOSS 公司。

2 試驗方法

2.1 等電點測定

稱取魚皮抗凍蛋白樣品與蒸餾水1:100(W/V)混合,用0.5mol/L NaOH調(diào)至pH8.0,室溫攪拌1h后,6000r/min離心20min,取等量上清液,用0.5mol/L HCl調(diào)至不同pH值(pH3.0~7.0)沉淀蛋白質(zhì)并離心,雙縮脲法分別測定沉淀前后上清液中蛋白質(zhì)含量,上清液中蛋白質(zhì)殘留率最低時的pH值即為蛋白質(zhì)的等電點[7]。

2.2 親水性測定

用熱重/差熱分析儀法分析魚皮抗凍蛋白的親水性[8]。具體步驟為:將樣品溶于PBS中,配制20 mg/mL的抗凍蛋白溶液。移取20μL溶液于陶瓷坩堝中,待樣品池穩(wěn)定后,開始升溫,升溫區(qū)間為30℃~800℃,升溫速率為5℃/min,保護氮氣流速為10mL/min,記錄升溫過程中樣品重量的變化并分別繪制TGA-SDTA曲線。分別以PBS、BSA為對照。

2.3 表面疏水性測定

將魚皮抗凍蛋白溶解于PBS(10 mmol/L,pH 8.0)中使終濃度為1mg/mL,取2mL加入40μL 8-苯胺萘磺-1-酸鹽(ANS)溶液進行熒光掃描,激發(fā)波長為375nm,發(fā)射波長為410nm~560nm。

2.4 熱穩(wěn)定性測定

采用DSC法魚皮抗凍蛋白溶液的熱穩(wěn)定性進行分析。具體方法為:將濃度為20mg/mL的抗凍蛋白溶液密封在鋁盤中,以空盤做參比,20℃恒溫5min,然后以1℃/mL升溫速率由30℃程序升溫至90℃,恒溫5min,記錄升溫過程中的熱流變化,對熱流曲線進行積分,獲得的峰值溫度即為抗凍蛋白的熱變性溫度。

2.5 起泡性和泡沫穩(wěn)定性測定

將0.2g抗凍蛋白溶解到10mL緩沖液中,調(diào)節(jié)pH值,然后在高速組織搗碎機中均質(zhì)(1 00 00 r/min~12000 r/min)2 min,制成乳濁液[9]。均質(zhì)停止1min后,記錄泡沫體積V1(mL),計算起泡性。均質(zhì)停止20 min后,記錄泡沫體積V2(mL),計算泡沫穩(wěn)定性如下:

2.6 乳化性和乳化穩(wěn)定性測定

取60mL0.1%調(diào)至不同pH值的待測樣品,加入30ml芝麻油,在10000r/min,25℃下乳化不同的時間。然后以0.1%SDS溶液(十二烷基硫酸鈉,pH7.0)稀釋 100倍,測定500nm處的吸光度,以SDS溶液作為空白[10]。以乳化活性指數(shù)(Emulsifying Activity Index,EAI)表示,計算公式為:

式中:A500—500nm處吸光值;

C—溶液中樣品蛋白質(zhì)質(zhì)量mg;

Φ—油相體積系數(shù),取值0.25;

N—稀釋倍數(shù)。

乳化穩(wěn)定性(Emulsifying Stability Index,ESI)用乳化穩(wěn)定性指數(shù)(ESl)表示,計算公式為:

式中:A0為零時刻的吸光值;△T為時間差(min);△A為△T內(nèi)的吸光值差。本試驗中,每隔10分鐘測定一次,故△T為定值。令K= A0/△A,則K與ESI成正比。為了避免計算時出現(xiàn)△A為0及負值,故引進吸光值比(K)來描述乳化穩(wěn)定性。

3 實驗結(jié)果

3.1 金線魚魚皮抗凍蛋白等電點分析

由圖1可以看出,金線魚魚皮抗凍蛋白在pH4時易凝集成大顆粒,沉淀析出,故上清液中蛋白殘留率最低,其上清液中蛋白殘留率為53.0%,而在pH4兩側(cè)蛋白殘留率均較高。因此,魚皮抗凍蛋白的等電點范圍為pH4.0左右。

3.2 金線魚魚皮抗凍蛋白親水性分析

圖2為樣品加熱過程中的TGA-SDTA曲線。樣品溶解用的溶劑PBS、BSA用作對照。樣品加熱過程中溶質(zhì)對水分的束縛能力能夠一定程度上反映溶質(zhì)的親水能力。TGA能夠反映物質(zhì)在加熱過程中重量的變化,其中樣品重量損失90%時的溫度可以定義為水分揮發(fā)完全的溫度。PBS、BSA和AFP水分完全揮發(fā)的溫度分別為137℃、164℃和174℃,即魚皮抗凍蛋白的水分完全揮發(fā)溫度顯著高于PBS及BSA,表明該抗凍蛋白的加入增大了體系中水分蒸發(fā)的難度,即魚皮抗凍蛋白具有較強的親水性。SDTA曲線反應(yīng)加熱過程中由于樣品吸熱引起的樣品與樣品池溫度的差異。200℃前,SDTA曲線變化劇烈,因為需要大量吸熱用于水分揮發(fā),樣品與樣品池之間具有較大的溫度差;200℃左右,SDTA曲線趨于平緩,由于體系中水分完全揮發(fā),不需要從外界吸收熱量,樣品與樣品池溫度達到一致;200℃后,SDTA曲線再次出現(xiàn)緩慢下降的趨勢,因為樣品中溶質(zhì)加熱分解需要從外界吸收熱量,樣品中溶質(zhì)含量較低,吸熱引起的樣品與樣品池間溫度差異不顯著。

3.3 金線魚魚皮抗凍蛋白表面疏水性分析

魚皮抗凍蛋白表面疏水性熒光光譜圖見圖3。從圖中可以看出魚皮抗凍蛋白表面疏水性弱于BSA,可以認(rèn)為魚皮抗凍蛋白具有較強的親水性,與TGASDTA曲線中關(guān)于魚皮抗凍蛋白親水性測定結(jié)果一致。

3.4 金線魚魚皮抗凍蛋白熱穩(wěn)定性分析

根據(jù)熱處理過程中的穩(wěn)定性,AFP可以分為熱穩(wěn)定AFP和非熱穩(wěn)定AFP。目前已獲得的AFP中大部分為非熱穩(wěn)定AFP。AFP的熱穩(wěn)定現(xiàn)象是90年代開始研究的比較多的一種現(xiàn)象。這是因為,一方面由于熱處理在食品加工中的廣泛使用,明確AFP的熱穩(wěn)定性對其在食品工業(yè)中的應(yīng)用很有必要;另一方面,在熱穩(wěn)定AFP純化過程中可以通過加熱處理使雜蛋白發(fā)生選擇性變性沉淀并通過離心去除,從而大大簡化純化步驟,降低純化成本。從圖4中可以看出,魚皮抗凍蛋白溶液的升溫過程中形成放熱曲線,同時對加熱處理后的魚皮抗凍蛋白的活性進行測定,結(jié)果表明熱處理后,魚皮抗凍蛋白失去熱帶活性,表明魚皮抗凍蛋白屬于非熱穩(wěn)定AFP,其熱變性溫度約81.40℃,因此,魚皮抗凍蛋白不能耐受高溫處理[11]。

3.5 金線魚魚皮抗凍蛋白起泡性和泡沫穩(wěn)定性分析

由圖5可知,pH值對起泡性的影響在酸性和堿性區(qū)域都有增加,而堿性區(qū)域起泡性的提高遠超過酸性區(qū)域。說明起泡性與蛋白質(zhì)的溶解性存在著一定的關(guān)系,溶解的蛋白有利于泡沫的形成。蛋白的表面疏水性由于凈電荷的增加而減少,這樣蛋白質(zhì)的溶解性增加,有利于其在氣-水界面迅速展開,卷入更多的空氣形成泡沫。在抗凍蛋白等電點附近,其起泡性最低,泡沫穩(wěn)定性最大。由圖6可知,金線魚魚皮抗凍蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性隨濃度的增加呈上升的趨勢[12]。多肽濃度較大時,蛋白質(zhì)間的相互作用有利于形成較厚的吸附膜,使泡沫穩(wěn)定性增加。

3.6 金線魚魚皮抗凍蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性分析

pH值對魚皮抗凍蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響如圖7所示,在pH值為2~4范圍內(nèi),魚皮抗凍蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性隨著pH值的增加而降低;當(dāng)pH值大于4之后,魚皮抗凍蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性隨著pH值的增加而升高。pH值對魚皮抗凍蛋白乳化性的影響和pH值對乳化穩(wěn)定性的影響規(guī)律具有一致性,在抗凍蛋白等電點附近,其乳化性和乳化穩(wěn)定性最低。濃度對魚皮抗凍蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響如圖8所示,在2~12mg/mL濃度范圍內(nèi),隨著抗凍蛋白濃度的增加,其乳化性降低,乳化穩(wěn)定性升高。低蛋白濃度時,肽的快速吸收,形成較好的擴散作用,有效促進多肽與油的相互作用;高蛋白濃度時,活化能屏障不允許蛋白以擴散的方式移動,導(dǎo)致多肽的聚集,進而降低乳化性能。

4 結(jié)論

金線魚魚皮抗凍蛋白的等電點為pH4;其水分完全揮發(fā)溫度為174℃,顯著高于PBS及BSA,表明該抗凍蛋白增大了體系中水分蒸發(fā)的難度,即魚皮抗凍蛋白具有較強的親水性;魚皮抗凍蛋白的表面疏水性弱于BSA,可認(rèn)為其具較強的親水性;加熱至81.40℃時,魚皮抗凍蛋白開始失去熱滯活性,表明魚皮抗凍蛋白屬于非熱穩(wěn)定抗凍蛋白;在等電點附近,其乳化性、乳化穩(wěn)定性和起泡性最小,而起泡穩(wěn)定性在這點最大;隨著濃度的增大,抗凍蛋白的起泡性、起泡穩(wěn)定性和乳化穩(wěn)定性逐漸增大,乳化性降低。

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10.3969/j.issn.1007-550X.2016.12.003

TS201.4

A

1007-550X(2016)12-0046-05

2016-10-16

吳珊(1990-),女,碩士,研究方向:食品加工技術(shù)。

張怡(1975-),女,教授,博士,Email:zyifst@163.com

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