張 興，楊玉玲*，王靜宇，張自業(yè)

（南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210023）

尿素對(duì)肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠非共價(jià)鍵作用力及特性的影響

張 興，楊玉玲*，王靜宇，張自業(yè)

（南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210023）

研究尿素對(duì)肌原纖維蛋白凝膠非共價(jià)鍵作用力和特性的影響及其調(diào)控機(jī)制，揭示凝膠作用力和特性之間的關(guān)系，并探討通過(guò)添加尿素研究凝膠氫鍵和疏水作用方法的科學(xué)性。分別用0.0～0.4 mol/L尿素處理肌原纖維蛋白并加熱制成凝膠，用Zeta電位儀測(cè)定其靜電相互作用；利用拉曼光譜儀測(cè)定其疏水相互作用與氫鍵；用離心法和質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定相應(yīng)尿素濃度條件下熱誘導(dǎo)凝膠的保水性、硬度和彈性。結(jié)果表明，隨著尿素濃度增大，熱誘導(dǎo)凝膠的Zeta電位絕對(duì)值由7.83 mV下降到5.55 mV；S0-ANS從698.5逐漸增大到885.3；I760cm－1/I1003cm－1由0.957 1降到0.849 3；I850cm－1/I830cm－1先下降后上升；隨著尿素濃度增大，凝膠保水性、硬度和彈性都存在下降的現(xiàn)象。相關(guān)性分析表明靜電相互作用、表面疏水性和疏水相互作用顯著影響肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠保水性和質(zhì)構(gòu)特性。

肌原纖維蛋白凝膠；尿素；靜電相互作用；疏水相互作用；氫鍵

肌原纖維蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)形成是蛋白質(zhì)分子之間吸引力和排斥力達(dá)到均衡的結(jié)果，形成和維持凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的作用力主要是疏水相互作用、氫鍵、靜電相互作用、二硫鍵等[1]。凝膠的作用力決定著凝膠特性。尿素可作為食品中的配方助劑，用于由酵母發(fā)酵的焙烤制品、含醇飲料和凝膠制品，通過(guò)添加尿素改變蛋白質(zhì)凝膠特性來(lái)研究凝膠中氫鍵和疏水相互作用是一種傳統(tǒng)的研究凝膠作用力的方法。Ustunol等[2]通過(guò)添加尿素后測(cè)定肌原纖維蛋白-藻酸鈣混合凝膠強(qiáng)度對(duì)凝膠作用力進(jìn)行了研究，認(rèn)為氫鍵和疏水相互作用是混合凝膠網(wǎng)絡(luò)中主要的作用力。Ni Na等[3]分別通過(guò)添加0.6 mol/L NaCl、0.6 mol/L NaCl+1.5 mol/L尿素和0.6 mol/L NaCl+8 mol/L尿素，計(jì)算溶解度的差值來(lái)表示氫鍵和疏水相互作用的大小。

蛋白質(zhì)中的苯丙氨酸和色氨酸在拉曼光譜中的特征譜峰分別在1 003 cm－1和760 cm－1處，能反映微環(huán)境中疏水相互作用的變化[4-5]。酪氨酸殘基在拉曼光譜的830 cm－1和850 cm－1處存在的兩個(gè)譜峰，能反映蛋白凝膠氫鍵的變化[6]。拉曼光譜法可以從分子水平定性定量分析蛋白質(zhì)的功能基團(tuán)，無(wú)損測(cè)量蛋白結(jié)構(gòu)，且不受水影響。Zhang Ziye等[7]利用拉曼光譜法對(duì)肌原纖維蛋白凝膠作用力進(jìn)行了研究。蛋白質(zhì)的保水性對(duì)肉的嫩度、多汁性和色澤都有很大影響，是評(píng)價(jià)肉和肉制品的一項(xiàng)重要指標(biāo)[8]，有人研究了pH值對(duì)凝膠保水性、硬度的影響[9]，但保水性、質(zhì)構(gòu)特性與作用力的關(guān)系鮮有明確報(bào)道。

傳統(tǒng)的研究凝膠氫鍵和疏水相互作用的方法一般是通過(guò)添加尿素后測(cè)定凝膠的硬度、貯能模量等特性的方式間接完成的。氫鍵難以量化測(cè)定，直接測(cè)定凝膠氫鍵的方法極少，導(dǎo)致凝膠特性和作用力之間的關(guān)系并不明確。雖然理論上添加低濃度的尿素能改變凝膠氫鍵作用，高濃度時(shí)改變凝膠的疏水作用力。但這種方法和觀點(diǎn)的科學(xué)性有待進(jìn)一步證實(shí)。

本研究在添加不同濃度尿素的條件下利用Zeta電位儀、拉曼光譜儀、質(zhì)構(gòu)儀和離心法直接測(cè)定肌原纖維蛋白凝膠的靜電相互作用、疏水作用、氫鍵、硬度、彈性和保水性、不僅能準(zhǔn)確反映添加尿素對(duì)肌原纖維蛋白凝膠作用力和特性的影響，也能明確凝膠作用力與特性的關(guān)系，探討和檢驗(yàn)傳統(tǒng)的通過(guò)添加尿素后測(cè)定凝膠特性進(jìn)而研究凝膠氫鍵作用和疏水相互作用方法的科學(xué)性，為凝膠特性的控制提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

活A(yù)A雞（40 日齡）30 只，其中母雞和公雞各15 只，購(gòu)于南京青龍山養(yǎng)雞場(chǎng)，宰殺、取雞胸肉，于－18 ℃貯存。

實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Avanti J-26XP高效冷凍離心機(jī) 美國(guó)Beckman Coulter公司；DS-1高速組織搗碎機(jī) 上海標(biāo)本模型廠；F700型熒光分光光度計(jì) 日本日立公司；Zetasizer Nano ZS Zeta電位分析儀 英國(guó)馬爾文公司；LABRAM800激光拉曼光譜儀 法國(guó)JY公司；TA-XT Plus質(zhì)構(gòu)儀英國(guó)Stable Micro System公司。

1.3 方法

1.3.1 肌原纖維蛋白的提取

雞胸肉于4 ℃條件下解凍20 min，剔除結(jié)締組織和脂肪，切碎后用于提取雞胸肉肌原纖維蛋白，蛋白提取和質(zhì)量濃度測(cè)定詳見(jiàn)Zhang Ziye等[10]的方法。4 ℃條件下保存。

1.3.2 尿素處理肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠的制備

用磷酸鹽緩沖液（0.6 mol/L KCl、10 mmol/L K2HPO4，pH 6.0）溶解肌原纖維蛋白沉淀，分別添加0.0、0.1、0.2、0.3、0.4 mol/L的尿素，制備60、30、1 mg/mL的肌原纖維蛋白溶液、水浴加熱至65 ℃（1 ℃/min）制成凝膠，保溫20 min，取出，自然冷卻，并在4 ℃條件下保存9～16 h，分別用于測(cè)定其靜電相互作用、氫鍵、疏水相互作用、保水性和質(zhì)構(gòu)特性。

1.3.3 靜電相互作用的測(cè)定

將1 mg/mL的肌原纖維蛋白凝膠樣品注入Zeta電位儀后，蓋上塞子，進(jìn)行電位測(cè)試。測(cè)試參數(shù)：散射角：90°，平衡時(shí)間：60 s，測(cè)試溫度：25 ℃。每個(gè)樣品共3 個(gè)重復(fù)。

1.3.4 凝膠表面疏水作用測(cè)定

將不同濃度尿素處理的肌原纖維蛋白分散于磷酸鹽緩沖液（0.6 mol/L KCl、10 mmol/L K2HPO4，pH 6.0）中，分別得到質(zhì)量濃度為0.125、0.250、0.500、1.000 mg/mL的肌原纖維蛋白溶液（pH 6.0、離子強(qiáng)度0.6），分別從25 ℃升溫到65 ℃后保溫，升溫速率1 ℃/min，熱處理時(shí)間均為60 min，加熱結(jié)束后，冰浴15 min。各取2 mL，加入10 μL含8 mmol/L 8-氨基-1-萘磺酸（8-amino-1-naphthalene sulphonic acid，ANS）、0.1 mol/L K2HPO4的緩沖液（pH 7.0），混勻，黑暗中靜置10 min后用于測(cè)定表面疏水性，熒光分光光度計(jì)的激發(fā)波長(zhǎng)為374 nm，發(fā)射波長(zhǎng)為485 nm。以熒光強(qiáng)度對(duì)蛋白濃度作曲線，曲線初始階段的斜率即為蛋白質(zhì)的表面疏水性指標(biāo)（S0-ANS）。每個(gè)樣品共3 個(gè)重復(fù)。

1.3.5 拉曼光譜的測(cè)定

取適量肌原纖維蛋白凝膠樣品（60 mg/mL），用激光拉曼光譜儀進(jìn)行測(cè)量，激發(fā)波長(zhǎng)514.5 nm；激光出射功率：10 mW；顯微物鏡：50倍長(zhǎng)焦距；光柵：600；狹縫：200 μm；積分時(shí)間：60 s；重復(fù)3 次累加得譜。拉曼光譜測(cè)試完成后用儀器自帶的軟件Labspec對(duì)光譜進(jìn)行平滑，多點(diǎn)基線校正去除熒光背景。以苯丙氨酸環(huán)在1 003 cm－1伸縮振動(dòng)的強(qiáng)度作為內(nèi)標(biāo)；以色氨酸疏水殘基的760 cm－1處的歸一化強(qiáng)度反映凝膠的疏水相互作用，酪氨酸殘基雙峰的比值即I850cm－1/I830cm－1值反映蛋白凝膠中的氫鍵的暴露和包埋情況[6]。

1.3.6 凝膠保水性的測(cè)定

參考Kocher等[11]的方法。將制備好的肌原纖維蛋白凝膠（30 mg/mL）與離心管稱(chēng)質(zhì)量（記為m1），于4 ℃條件下經(jīng)10 000×g離心10 min，去除上清液，記錄離心后凝膠與離心管的質(zhì)量（記為m2），離心管的質(zhì)量（記為m）。根據(jù)以下公式計(jì)算凝膠保水性（water holding capacity，WHC），每個(gè)樣品共3 個(gè)重復(fù)。

1.3.7 凝膠質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

采用TA-XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀的質(zhì)構(gòu)特性分析（texture profile analyse，TPA）法測(cè)定肌原纖維蛋白凝膠（30 mg/mL）的硬度，參數(shù)設(shè)置如下：選用P/6探頭，測(cè)試前速率5 mm/s，測(cè)試中速率1 mm/s，測(cè)試后速率5 mm/s，探頭探入距離為5 mm。每個(gè)樣品共3 個(gè)重復(fù)。1.4 統(tǒng)計(jì)分析

用SPSS 17.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析和方差分析，如果方差分析效應(yīng)顯著，使用Duncan多范圍檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 尿素對(duì)肌原纖維蛋白凝膠靜電相互作用的影響

圖1 尿素對(duì)肌原纖維蛋白凝膠Zeta電位的影響Fig. 1 Effect of urea on zeta potential of heat-induced myofibrillar protein gel

Zeta電位是帶電顆粒表面剪切層的電位，是表征膠體體系穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，用于描述膠體顆粒之間的靜電相互作用[12-13]。由圖1可見(jiàn)，肌原纖維蛋白在0.1～0.2 mol/L尿素處理后，其熱誘導(dǎo)凝膠Zeta電位絕對(duì)值隨著尿素濃度的增大而顯著降低（P＜0.05），超過(guò)0.2 mol/L后凝膠的Zeta電位變化差異不顯著（P＞0.05），凝膠電位絕對(duì)值在尿素濃度0.4 mol/L時(shí)達(dá)到最低，為5.55 mV。蛋白質(zhì)分子中幾乎所有的帶電基團(tuán)分布在蛋白分子表面。靜電相互作用通常在蛋白聚集過(guò)程中表現(xiàn)為相互斥力，Zeta電位為負(fù)值，表明肌原纖維蛋白呈負(fù)電荷。肌原纖維蛋白在尿素的處理下其凝膠Zeta電位絕對(duì)值降低，表明隨尿素濃度增大，蛋白凝膠表面負(fù)電荷數(shù)量顯著減少，靜電斥力逐漸下降，尿素可以部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍杷猁}、氨等，而蛋白質(zhì)的氨基酸能夠與氰酸鹽反應(yīng)從而降低蛋白質(zhì)的表面電荷分布。尿素濃度達(dá)到0.2 mol/L時(shí)電位值趨于穩(wěn)定，尿素屏蔽電荷作用達(dá)到飽和，靜電斥力不再降低。靜電相互作用在肌原纖維蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成起著重要作用。Hamada等[14]用Zeta電位儀測(cè)得膠體（如蛋白）在高電位（正或負(fù)）時(shí)可能比低電位更穩(wěn)定，更有利于蛋白分子聚集和凝結(jié)。當(dāng)懸浮液中存在的蛋白分子攜帶大量電荷，即具有較大的正或負(fù)的Zeta電位，它們將傾向于互相排斥，不會(huì)發(fā)生絮凝。當(dāng)分子的Zeta電位較低時(shí)，蛋白分子會(huì)相互接近并發(fā)生絮凝從而影響肌原纖維蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，改變凝膠特性。

2.2 尿素對(duì)肌原纖維蛋白凝膠表面疏水性和疏水相互作用的影響

圖2 尿素對(duì)肌原纖維蛋白凝膠表面疏水性的影響Fig. 2 Effect of urea on surface hydrophobicity of heat-induced myofibrillar protein gel

處條帶強(qiáng)度隨尿素濃度的變化Fig. 3 Normalized intensity of the 760 cm-1band as a function of urea concentration圖3 歸一化的760 cm－1

由圖2可以看出，尿素濃度增大到0.4 mol/L，其肌原纖維蛋白凝膠的表面疏水性指標(biāo)S0-ANS從698.5逐漸增大到885.3（P＜0.05）。ANS是常見(jiàn)的陰離子探針，與暴露出的蛋白疏水基團(tuán)結(jié)合以此來(lái)表征分子表面疏水性強(qiáng)弱[7]，S0-ANS增大表明肌原纖維蛋白分子暴露出的疏水基團(tuán)減少，表面疏水性減小。用拉曼光譜法測(cè)定的肌原纖維蛋白凝膠間疏水相互作用結(jié)果如圖3所示，肌原纖維蛋白在0.1～0.4 mol/L尿素處理后其熱誘導(dǎo)凝膠760 cm－1處歸一化強(qiáng)度I760cm－1 /I1003cm－1隨著尿素濃度的增大呈下降的趨勢(shì)，在尿素濃度0.4 mol/L時(shí)凝膠的I760cm－1/I1003cm－1較0.1 mol/L時(shí)出現(xiàn)顯著下降（P＜0.05），0.2 mol/L和0.3 mol/L之間I760cm－1/I1003cm－1差異不顯著（P＞0.05），在0.4 mol/L時(shí)I760cm－1 / I1003cm－1降到最低為0.849 3。肌原纖維蛋白凝膠分子間疏水相互作用減弱表明疏水基團(tuán)之間的結(jié)合減少，疏水基團(tuán)埋藏的數(shù)量降低，暴露出疏水基團(tuán)增多。用兩種方法測(cè)得的凝膠疏水性基團(tuán)變化趨勢(shì)一致。

尿素主要破壞蛋白的疏水鍵而并非只破壞蛋白分子內(nèi)和分子間的氫鍵[15]。蛋白分子疏水殘基在高濃度尿素的影響下暴露情況受到增強(qiáng)，蛋白分子充分地展開(kāi)，從而導(dǎo)致疏水相互作用力降低。同時(shí)尿素結(jié)合了蛋白質(zhì)的肽鍵，破壞了蛋白質(zhì)原有的二級(jí)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)分子去水化，削弱了疏水相互作用[16]。尿素同時(shí)可改變水的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)，減少水對(duì)蛋白的疏水作用，促進(jìn)疏水基團(tuán)的溶劑化，從而降低疏水相互作用[17]。本實(shí)驗(yàn)中肌原纖維蛋白凝膠疏水相互作用隨尿素濃度增大而減弱，疏水基團(tuán)暴露增多，尿素通過(guò)與蛋白分子內(nèi)氨基酸的結(jié)合破壞二級(jí)結(jié)構(gòu)以及去水化作用來(lái)削弱疏水相互作用。

2.3 尿素對(duì)肌原纖維蛋白凝膠氫鍵的影響

表1 尿素對(duì)肌原纖維蛋白凝膠I850cm－1/I830 cm－1、N暴露和N包埋的影響Table 1 Effect of urea onI850cm-1/I830 cm-1ratio and molar fractions of exposed and buried tyrosine residues in myofibrillar protein

I850cm－1/I830cm－1可以反映苯環(huán)上—OH是與溶劑水分子生成氫鍵（“暴露”式）還是與蛋白質(zhì)分子其他殘基—COOH生成氫鍵（“埋藏”式）[6-7,10,18]。比值I850cm－1/I830cm－1≥1.25，說(shuō)明酪氨酸殘基是完全暴露在水環(huán)境或者極性環(huán)境中，如果I850cm－1/I830cm－1≤0.5，表明酪氨酸殘基處在一個(gè)包埋的疏水環(huán)境中或者作為強(qiáng)氫鍵的供體狀態(tài)中。比值在0.5～1.25之間，則表明一部分酪氨酸殘基屬于“暴露”式，一部分是“包埋”式的[6-7,10,19]。

由表1可知，與對(duì)照樣I850cm－1/I830cm－1為1.014 7相比，I850cm－1/I830cm－1在添加0.1 mol/L的尿素時(shí)下降到0.993 0（P＜0.05），隨著尿素濃度的進(jìn)一步增大（0.2～0.3 mol/L），比值逐漸上升，在尿素濃度0.4 mol/L達(dá)到最大值，為1.024 7（P＜0.05）。與N暴露的變化趨勢(shì)一致。表明酪氨酸暴露情況呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，酪氨酸殘基肌原纖維蛋白分子苯環(huán)上的—OH基團(tuán)與其他殘基—COOH生成的氫鍵逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榕c溶劑水分子生成的氫鍵，蛋白分子間的氫鍵作用隨尿素濃度增大而減弱，證明尿素破壞蛋白分子間的氫鍵。Zou Qin[20]也同樣得出尿素通過(guò)直接與多肽鏈上酰胺單元結(jié)合形成氫鍵而使蛋白質(zhì)變性的結(jié)論。

Hua Lan等[21]認(rèn)為高濃度尿素條件下尿素先破壞蛋白與水之間的氫鍵作用，再破壞蛋白分子內(nèi)的氫鍵。當(dāng)尿素濃度較高時(shí)，尿素破壞蛋白質(zhì)分子間氫鍵，同時(shí)削弱疏水相互作用，蛋白質(zhì)被誘導(dǎo)成為極度伸展的狀態(tài)，分子行為趨于無(wú)規(guī)卷曲[22]。從而推測(cè)尿素作用蛋白的機(jī)理可能是先少量破壞蛋白與水之間的氫鍵作用，再與蛋白分子內(nèi)部的氨基酸結(jié)合，破壞蛋白分子內(nèi)的氫鍵，從而破壞蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)，使蛋白變性。

2.4 尿素對(duì)肌原纖維蛋白凝膠硬度和彈性的影響

圖4 尿素對(duì)肌原纖維蛋白凝膠硬度和彈性的影響Fig. 4 Effect of urea on hardness and springiness of heat-induced myofibrillar protein gel

不同尿素濃度對(duì)肌原纖維蛋白凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響如圖4所示，肌原纖維蛋白在0.0～0.4 mol/L尿素的處理下，其熱誘導(dǎo)凝膠硬度發(fā)生顯著下降（P＜0.05），空白組的凝膠硬度最大，為28.57 g；在尿素達(dá)到0.4 mol/L時(shí)，硬度最小，為12.2 g。尿素濃度從0.0 mol/L增加到0.1 mol/L，其凝膠彈性沒(méi)有顯著性變化（P＞0.05）；尿素濃度進(jìn)一步增大（≥0.2 mol/L），凝膠彈性顯著下降，在尿素濃度達(dá)到0.4 mol/L時(shí)，彈性最小，為0.457。肌原纖維蛋白凝膠硬度和彈性的變化趨勢(shì)與文獻(xiàn)報(bào)道相似[23]。Lefevre等[24]利用應(yīng)變振動(dòng)測(cè)試證明維持肌原纖維蛋白硬度的主要作用力是靜電增強(qiáng)的疏水作用和二硫鍵作用。尿素通過(guò)破壞分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵，同時(shí)很大程度削弱了蛋白之間的疏水相互作用，蛋白之間的結(jié)合程度減弱，引起其凝膠硬度和彈性的降低。

2.5 尿素對(duì)肌原纖維蛋白凝膠保水性的影響

圖5 尿素對(duì)肌原纖維蛋白凝膠保水性的影響Fig. 5 Effect of urea on WHC of heat-induced myofibrillar protein gel

由圖5可見(jiàn)，尿素濃度在0.1 mol/L時(shí)，肌原纖維蛋白凝膠的保水性為49.77%，與空白組相比基本沒(méi)有顯著性變化（P＞0.05）。尿素濃度從0.2 mol/L增大到0.4 mol/L，凝膠保水性顯著降低，最終下降到45.35%（P＜0.05）。肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠形成過(guò)程中，蛋白先經(jīng)過(guò)變性再通過(guò)互相交聯(lián)形成有序的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并把水分包含在其中[25]。低濃度尿素主要破壞蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)使肽鏈伸展，高濃度時(shí)則嚴(yán)重破壞蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)。尿素破壞蛋白質(zhì)分子間氫鍵和疏水相互作用，減弱蛋白與水分子的結(jié)合，同時(shí)由氫鍵和疏水作用維持的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，網(wǎng)格膠孔中束縛水的能力減弱，從而降低了凝膠的保水性。高靜電斥力條件下，使得肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)變得松散、膨脹，并且電荷增加意味著能結(jié)合水分子的氫鍵結(jié)合位點(diǎn)增加，從而使更多的水保留在凝膠中[26-28]。本實(shí)驗(yàn)中肌原纖維蛋白凝膠的保水性隨著尿素濃度增大與凝膠靜電相互作用力降低而顯著降低，這是因?yàn)楫?dāng)?shù)鞍追肿颖砻鎯粝嗤姾奢^少時(shí)，蛋白分子間的靜電斥力降低，分子間相互接近并發(fā)生絮凝，形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中膠孔數(shù)下降且孔徑更小，無(wú)法容納更多的水分；同時(shí)由于蛋白質(zhì)分子所帶的負(fù)電荷減少，蛋白質(zhì)與水分子間通過(guò)偶極-離子作用結(jié)合的水分子顯著減少；因此凝膠的靜電作用降低是凝膠保水性降低的最主要原因。另外尿素導(dǎo)致結(jié)合水分子的氫鍵結(jié)合位點(diǎn)減少，蛋白和水形成氫鍵的能力降低，也使得凝膠的保水性降低。

2.6 相關(guān)性分析

表2 肌原纖維蛋白凝膠非共價(jià)作用力、特性與尿素濃度之間的相關(guān)性Table 2 Correlation of non-covalent intermolecular forces and properties of heat-induced myofibrillar protein gel with urea concentration

由表2可見(jiàn)，尿素濃度與凝膠靜電作用、表面疏水性、疏水相互作用及凝膠保水性和質(zhì)構(gòu)特性顯著相關(guān)（P＜0.05，P＜0.01），表明尿素濃度顯著影響靜電、疏水作用、保水性和質(zhì)構(gòu)特性。靜電作用和疏水相互作用與凝膠的保水性、硬度和彈性顯著相關(guān)（P＜0.05，P＜0.01），表明靜電作用和疏水作用是決定肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠保水性和質(zhì)構(gòu)特性的主要作用力。疏水相互作用降低導(dǎo)致其與靜電作用等共同維持的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，對(duì)凝膠特性產(chǎn)生一定影響。氫鍵與尿素濃度、保水性、凝膠硬度均無(wú)顯著相關(guān)性（P＞0.05），說(shuō)明低濃度尿素處理對(duì)氫鍵影響較小，其引起的氫鍵變化也不是導(dǎo)致凝膠保水性、硬度和彈性降低的主要原因。

3 結(jié) 論

本研究表明，肌原纖維蛋白在0.0～0.4 mol/L尿素處理下，其熱誘導(dǎo)凝膠的靜電相互作用和疏水相互作用以及凝膠的保水性、硬度和彈性都有明顯下降。用此濃度范圍的尿素處理肌原纖維蛋白并沒(méi)有顯著影響凝膠的氫鍵，而是顯著改變了凝膠的靜電和疏水相互作用，尿素通過(guò)轉(zhuǎn)變?yōu)榍杷猁}、氨等與蛋白質(zhì)中的氨基酸反應(yīng)從而降低其凝膠表面電荷分布，進(jìn)而降低凝膠的靜電作用力；尿素通過(guò)與蛋白氨基酸的結(jié)合破壞二級(jí)結(jié)構(gòu)以及去水化作用來(lái)削弱凝膠的疏水相互作用。尿素濃度與靜電作用、表面疏水性、疏水相互作用以及保水性、質(zhì)構(gòu)特性顯著相關(guān)，凝膠靜電作用降低和蛋白分子間疏水相互作用被破壞是添加尿素導(dǎo)致凝膠保水性、硬度和彈性顯著下降的主要原因，也說(shuō)明凝膠的靜電作用和疏水在很大程度上影響凝膠的特性。由此可見(jiàn)凝膠特性由多種非共價(jià)鍵作用力共同影響決定，尿素也顯著改變離子之間相互作用，故僅通過(guò)添加尿素測(cè)定凝膠的某種特性來(lái)反映氫鍵或疏水作用力變化的方法仍有待完善。

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Effect of Urea Addition on Non-Covalent Intermolecular Forces and Properties of Heat-Induced Myofibrillar Protein Gel

ZHANG Xing, YANG Yuling*, WANG Jingyu, ZHANG Ziye
(Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety, Key Laboratory of Grains and Oils Quality Control and Processing, College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics, Nanjing 210023, China)

The effect and regulatory mechanism of urea on the properties and non-covalent intermolecular forces of heat-induced myofibrillar protein gel were studied. The relationship between intermolecular forces and gel properties was explored. This study discussed whether urea addition is a scientific method for studying gel hydrogen bonding and hydrophobic interaction. Heat-induced myofibrillar protein gels containing 0.0- 0.4 mol/L urea were prepared. The electrostatic interaction was measured using a zeta potential analyzer. The hydrophobic interaction and hydrogen bonding were measured using a Raman spectrometer. The water-holding capacity, hardness and springiness of the gels were measured by a centrifugation method and a texture analyzer. As urea concentration increased, the absolute value of zeta potential of the gels decreased from 7.83 to 5.55 mV, and the surface hydrophobicity (S0-ANS) of myofibrillar protein increased from 698.5 to 885.3. The I760cm-1/I1003cm-1ratio (normalized intensity) decreased from 0.957 1 to 0.849 3, while the I850 cm-1/I830 cm-1ratio declined first and then increased. The water-holding capacity, hardness and springiness exhibited a declining trend. Correlation analysis showed that electrostatic interaction, surface hydrophobicity and hydrophobic interaction had a significant effect on water-holding capacity and texture characteristics of heat-induced protein gel.

myofibrillar protein gel; urea; electrostatic interaction; hydrophobic interaction; hydrogen bond

10.7506/spkx1002-6630-201711003

TS201.2

A

1002-6630（2017）11-0012-06

張興, 楊玉玲, 王靜宇, 等. 尿素對(duì)肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠非共價(jià)鍵作用力及特性的影響[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(11): 12-17. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201711003. http://www.spkx.net.cn

ZHANG Xing, YANG Yuling, WANG Jingyu, et al. Effect of urea addition on non-covalent intermolecular forces and properties of heat-induced myofibrillar protein gel[J]. Food Science, 2017, 38(11): 12-17. (in Chinese with English abstract)

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201711003. http://www.spkx.net.cn

2016-05-29

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31371798）；江蘇省高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目

張興（1990—），男，碩士，研究方向?yàn)槭称反蠓肿咏Y(jié)構(gòu)和功能特性。E-mail：zhangxingnufe@163.com

*通信作者：楊玉玲（1964—），女，教授，博士，研究方向?yàn)槭称反蠓肿咏Y(jié)構(gòu)和功能特性。E-mail：yulingy@sina.com