,, , ,

(東北農(nóng)業(yè)大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030)

鯉魚是北方餐桌上最常見的食材之一,用鯉魚肉做成的魚糜制品因口感細膩、營養(yǎng)豐富、富有彈性等特點而深受廣大消費者的喜愛。魚丸和魚香腸等以魚糜作為基礎(chǔ)原料的產(chǎn)品因具有獨特的結(jié)構(gòu)特性和較高的營養(yǎng)價值而受到越來越多的關(guān)注。魚糜凝膠形成過程中起主要作用的蛋白是肌原纖維蛋白,然而,魚肉中的蛋白質(zhì)變性溫度較低,導致在魚糜加工過程中蛋白容易發(fā)生變性從而降低了形成凝膠的能力。為了克服魚糜加工過程中凝膠形成能力差的缺點,常使用交聯(lián)酶如微生物轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(Transglutaminase,TG)[1-2]和天然交聯(lián)劑等來改善魚凝膠品質(zhì)[3]。

TG是一種催化?；D(zhuǎn)移反應(yīng)的酶,為球狀單體蛋白,能夠催化肽鏈上谷氨酰殘基的γ-?；w,而?；荏w可以為賴氨酸的ε-氨基、伯胺和水[4]。當?shù)孜镏写嬖贚ys殘基時,TG催化Gln殘基的γ-羧酰胺基與Lys殘基的ε-氨基反應(yīng),生成ε-(γ-Gln)-Lys肽鍵[5],從而使蛋白分子間或分子內(nèi)發(fā)生交聯(lián),從而增強蛋白凝膠的強度和持水性[6]。趙梅榮等[7]研究發(fā)現(xiàn)隨著TG添加量的增大,魚糜凝膠的彈性、粘聚性和回復性呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。這說明TG在適量的添加范圍內(nèi)能夠促進魚糜凝膠的形成,而添加過量的TG后,魚肉蛋白形成過量的交聯(lián)結(jié)構(gòu)從而導致魚糜凝膠質(zhì)地變差。鄧思楊等[8]將TG和淀粉復配添加到鯉魚肌原纖維蛋白中,觀察到隨著TG添加量的增加蛋白乳化活性降低而凝膠性增強。

關(guān)于TG對蛋白質(zhì)凝膠特性的影響已經(jīng)有一些報道[9-12]。但多側(cè)重于TG作用方式對蛋白凝膠特性的影響。而關(guān)于TG對蛋白乳化性和流變學特性的影響還鮮有報道。本實驗旨在探討向鯉魚肌原纖維蛋白中添加一定量的TG,分析其乳化活性、濁度、凝膠持水性和白度、凝膠強度及凝膠流變學特性的變化,為改善魚糜制品的品質(zhì)特性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮鏡鯉(三道鱗) 購于哈爾濱市好又多超市,用魚桶運至實驗室,宰殺去皮及內(nèi)臟后,4 ℃下放置4 h,取魚背部肌肉提取肌原纖維蛋白;TG(酶活力130 U/g) 江蘇一鳴生物股份有限公司;九三非轉(zhuǎn)基因大豆油 九三集團哈爾濱惠康食品有限公司;牛血清白蛋白 美國Sigma公司;哌嗪-N,N-雙(2-乙磺酸)/PIPES 源葉生物科技有限公司;氯化鈉、氫氧化鈉、五水硫酸銅、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉等均為化學分析純 購于國藥集團化學試劑沈陽有限公司。

T18 basic型高速勻漿機 德國IKA;TA-XT plus 型質(zhì)構(gòu)分析儀 英國Stable Micro System公司;CR-400色彩色差計 蘇州市宇宏光電儀器有限公司;冷凍離心機 美國Beckman Coulter公司;紫外可見分光光度計SPECORD 50 PLUS 德國Analytik Jena公司;DZKW電熱恒溫水浴鍋 蘇州江東精密儀器有限公司;MAL1038384流變儀 英國馬爾文儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 鯉魚肌原纖維蛋白提取及處理 根據(jù)Chin等[13]的方法提取肌原纖維蛋白,并稍加修改。先將魚肉切碎并立刻稱取200 g,加入800 mL的蛋白提取液(20 mmol/L,pH7.5的冰NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液),用均漿機勻漿4次,每次30 s,間隔10 s,得到的勻漿液4 ℃條件下9500×g離心15 min后,倒掉上清液,保留沉淀。重復以上步驟提取兩次后沉淀物中再加入800 mL 4 ℃洗液(0.1 mol/L NaCl溶液),重復以上步驟洗滌離心3次。最后一次勻漿離心前用四層紗布過濾,所得濾液4 ℃條件下9500×g離心15 min,沉淀即為鯉魚肌原纖維蛋白。肌原纖維蛋白濃度采用雙縮脲法測定,以牛血清蛋白做標準曲線。

1.2.2 TG-蛋白混合溶液的配制及其性質(zhì)的測定

1.2.2.1 TG-蛋白混合溶液的配制 用50 mmol/L哌嗪-N，N-雙(2-乙磺酸)/PIPES(pH6.25)將提取的肌原纖維蛋白配制成40 mg/mL的肌原纖維蛋白溶液,分成5組,每組200 mL。TG先用適量肌原纖維蛋白溶液溶解,然后再混入肌原纖維蛋白溶液中,TG添加量分別為蛋白質(zhì)溶液的0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%(W/V),并用磁力攪拌器常溫下混合5 min,得到TG-蛋白混合溶液。用于后續(xù)乳化活性和凝膠特性的測定。

1.2.2.2 乳化活性的測定 根據(jù)Agyare[14]的方法測定鯉魚肌原纖維蛋白的乳化活性(Emulsifying activity index,EAI),并稍作修改。取1.2.2.1中得到的TG-蛋白混合溶液用15 mmol/L哌嗪-N，N-雙(2-乙磺酸)/PIPES將肌原纖維蛋濃度稀釋成1 mg/mL。向50 mL離心管中加入8.0 mL蛋白溶液和2.0 mL大豆油,14000 r/min室溫下高速均質(zhì)1 min,即刻吸取距離心管底0.5 cm處的均漿液50 μL并添加到含有5 mL 0.1%SDS溶液的離心管中,漩渦振蕩混勻。吸取混合溶液于500 nm處測定吸光值記作A500,對照為0.1% SDS溶液。乳化活性(EAI，m2/g)按照以下公式計算表示:

式中:2為2倍;2.303為換算系數(shù);c為蛋白質(zhì)濃度;φ為油相體積分數(shù)(v/v)(φ=0.2);104為cm2和m2單位之間的換算值;A500為500 nm處的吸光值;100為稀釋倍數(shù)。

1.2.2.3 濁度的測定 鯉魚肌原纖維蛋白的濁度測定參考Benjakul[15]的方法。用15 mmol/L哌嗪-N，N-雙(2-乙磺酸)/PIPES將肌原纖維蛋白濃度稀釋成1 mg/mL,吸取5 mL加入到試管中,將試管分別放在30、40、50、60、70、80 ℃的水浴鍋中30 min后取出,室溫下冷卻,600 nm處測定吸光值,對照用不加TG的蛋白溶液吸光值表示。

1.2.2.4 流變性的測定 根據(jù)Wang[16]的方法測定肌原纖維蛋白凝膠流變特性并略作修改。在MAL1038384流變儀進行熱誘導凝膠化過程的檢測,使用直徑為30 mm的平行板實現(xiàn)小振幅的剪切測試,平行板間的空隙選擇1 mm,溫度從30 ℃升至80 ℃,升溫速率為1 ℃/min,振蕩頻率為0.1 Hz,受控最大振幅為0.02,為防止脫水,在樣品的暴露邊緣涂上一薄層硅油。

城市快速路和高速公路由于功能要求一般都會在道路兩側(cè)設(shè)置防止牛羊等牲畜和人進入的隔離護欄，還會在中央分隔帶設(shè)置波形梁護欄；其他城市道路，除了在為了防止對向車道借道行駛在道路中間設(shè)置隔離護欄和橋梁上設(shè)置防撞護欄，其他地方基本不設(shè)置護欄。其他公路由于地理位置特殊，在高填方和轉(zhuǎn)彎半徑較小的平曲線外側(cè)均需增設(shè)護欄。城市道路由于晚間有路燈，視線比較好，所以防眩和視線誘導基本不考慮；高速公路由于車速較快，為了保證晚上行車安全，還會在兩側(cè)隔離帶設(shè)置視線誘導，在中央分隔帶設(shè)置防眩設(shè)施。

1.2.3 凝膠的制備及其性質(zhì)的測定

1.2.3.1 凝膠的制備 取1.2.2.1中得到的TG-蛋白混合溶液(40 mg/mL)攪拌均勻后置于30 mm×50 mm磨口玻璃稱量瓶中。將稱量瓶置于80 ℃水浴鍋中加熱30 min后,迅速置于冰水中冷卻,然后放置在4 ℃冰箱中貯藏12 h。制備好的凝膠每次測定前室溫(20～25 ℃)平衡30 min,用于測定凝膠持水性、白度和質(zhì)構(gòu)。

1.2.3.2 凝膠持水性的測定 肌原纖維蛋白凝膠持水性(Water holding capacity,WHC)的測定參考Salvador[17]的方法。稱取5 g蛋白凝膠添加到50 mL離心管中,冷凍(4 ℃,3000 r/min)離心10 min后除去離心出的水分,測定離心管中凝膠離心前后的重量。所有樣品重復三次取平均值。WHC按照以下公式計算表示:

式中:m0是離心管重量,g;m1是離心前離心管和凝膠重量,g;m2是離心后離心管和凝膠重量,g。

1.2.3.3 凝膠白度值的測定 根據(jù)Park[18]的方法測定凝膠的L值、a值和b值。白度值計算公式表示如下:

1.2.3.4 凝膠質(zhì)構(gòu)的測定 根據(jù)Buamard等[19]的方法進行凝膠質(zhì)構(gòu)的測定。將樣品放置在物性分析儀的基座上平衡30 min,利用質(zhì)構(gòu)剖面分析方法(Texture profile analyse,TPA)測定凝膠的硬度、彈性、粘聚性和回復性。物性分析儀參數(shù)如下:測試前速度為3 mm/s,測試速度為0.5 mm/s,測試后速度為3 mm/s,下壓高度為原高度的50%,觸發(fā)力為5 g,探頭型號選擇P/0.5。

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對鯉魚肌原纖維蛋白乳化性的影響

2.1.1 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對鯉魚肌原纖維蛋白乳化活性的影響 蛋白濃度標準曲線如圖1，以蛋白濃度(mg/mL)為X軸，OD650吸光值為Y軸，得y=0.0475x+0.0787(R2=0.999),蛋白濃度測量范圍為0～10 mg/mL。蛋白質(zhì)具有一定的表面活性、溶解性和良好的抗凝聚能力[20],可以作為乳化劑應(yīng)用于O/W型食品乳狀液中。蛋白質(zhì)的乳化特性可用EAI進行評價。其中EAI是指顆粒的界面面積與乳化劑質(zhì)量之比[21]。不同TG添加量對鯉魚肌原纖維蛋白EAI的影響如圖2所示,鯉魚肌原纖維蛋白EAI隨TG添加量的增大而逐漸降低,且與對照相比差異顯著(p<0.05)。在TG添加量為0.1%、0.2%、0.3%和0.4%時,其EAI值與對照組相比分別下降了17.4%、25.4%、37.8%、46.1%。這是因為TG是一種催化酰基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的酶,為球狀單體蛋白,當添加到蛋白溶液以后,破壞了蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)-溶劑相互作用之間的熱力學平衡導致蛋白質(zhì)溶解度降低。另一方面可能是因為TG促進蛋白之間交聯(lián)導致蛋白溶解度降低,使得蛋白在乳化過程中乳化粒子數(shù)目減少,平均粒子直徑增大,從而導致乳化活性降低。且隨著TG添加量的增大蛋白質(zhì)之間交聯(lián)形成較穩(wěn)定的凝集團進一步降低了蛋白溶液的乳化活性。Ramírez-Suárez等[22]研究了添加TG對肌原纖維蛋白溶液乳化性的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)蛋白溶液中不含NaCl時乳化活性略微降低,而含有0.6 mol/L NaCl時會顯著降低蛋白溶液乳化活性。而鄧思楊等[8]將TG和淀粉復配添加到鯉魚肌原纖維蛋白中發(fā)現(xiàn),當?shù)矸酆恳欢〞r，增大TG濃度蛋白乳化活性顯著降低。

圖1 蛋白質(zhì)標準曲線Fig.1 Standard curve of protein

圖2 TG對鯉魚肌原纖維蛋白乳化活性的影響Fig.2 Influence of TG on emulsifying properties of common carp myofibrillar protein注:圖形上方不同大寫字母表示差異顯著(p<0.05),相同大寫字母表示差異不顯著(p>0.05)；圖5～圖6同。

2.1.2 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對鯉魚肌原纖維蛋白濁度的影響 濁度是光通過物質(zhì)后引起散射或吸收而不是透射的光學特性[23]。測定鯉魚肌原纖維蛋白的濁度是為了闡明轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶結(jié)合加熱處理所引起的蛋白質(zhì)聚集以及粒徑大小變化。不同TG添加量下鯉魚肌原纖維蛋白濁度變化如圖3所示,所有樣品的濁度均隨著TG添加量的增加而增大。當TG添加量為0.1%和0.2%時,蛋白濁度值與對照組相比差異不顯著(p>0.05);而TG添加量為0.3%和0.4%時會顯著的增加濁度值(p<0.05),表明TG在較高的濃度下能增大蛋白的聚集程度;此外,在30、40 ℃時,溫度的變化對蛋白濁度影響不顯著(p>0.05),當溫度升至60 ℃時,此時蛋白濁度明顯升高,這是因為熱動能的增加導致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)展開(變性)、非極性基團暴露導致蛋白質(zhì)疏水性增大使得溶解度降低,此時蛋白質(zhì)的溶解平衡被打破,使得蛋白聚集從而引起光散射;另一方面也說明轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的加入在很低的溫度下便可催化蛋白質(zhì)分子中的谷氨酰胺和賴氨?；g形成ε-(γ-谷氨酰胺)賴氨?；宦?lián)[24],轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶在高溫下易失活。Bigelow[25]認為蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的平均疏水性直接影響蛋白質(zhì)的溶解度。當TG添加量大于0.2%時顯著的提高蛋白濁度,說明蛋白質(zhì)發(fā)生了聚集,而聚集的蛋白質(zhì)由于蛋白溶解度降低,蛋白質(zhì)顆粒增大,這可能是其乳化性降低的主要原因。另外蛋白質(zhì)加熱過程中濁度增加,會使蛋白質(zhì)容易在加熱過程中發(fā)生交聯(lián)和聚集,有利于肌原纖維蛋白凝膠特性的改進。

圖3 TG對鯉魚肌原纖維蛋白濁度的影響Fig.3 Influence of transglutaminase on turbidity of common carp myofibrillar protein

2.1.3 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對鯉魚肌原纖維蛋白流變性質(zhì)的影響 從流變學角度來看,凝膠屬于一種隨著時間和溫度改變而形成具的有彈性特性的物質(zhì)。儲能模量(G′)是用來判定蛋白質(zhì)樣品在剪切過程中能量的變化,表現(xiàn)了蛋白質(zhì)在形成凝膠過程中的一種彈性特征。不同TG下鯉魚肌原纖維蛋白G′的變化如圖4所示。TG添加量為0.1%和0.2%時與對照相比,G′具有相同的變化趨勢,且組間差異不顯著(p>0.05)。當溫度升高至40 ℃時,肌球蛋白開始變性,G′在溫度增大至40 ℃時肌球蛋白開始變性,達到起始凝膠溫度,45 ℃時達到一個峰值,此時蛋白開始變性轉(zhuǎn)變成預凝膠狀態(tài)。同時,在預凝膠狀態(tài)下蛋白功能性基團如疏水基團開始暴露展開,并形成凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。45～50 ℃ G′值緩慢下降,然后趨于平緩,直到溫度達到80 ℃。這表明溫度在50 ℃以后凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成。TG添加量為0.3%和0.4%時具有相同的變化趨勢,且與對照相比差異顯著(p<0.05),G′的起始凝膠溫度下降至34 ℃,顯著低于對照組(p<0.05),說明此時蛋白質(zhì)加熱更易形成凝膠。此外也說明TG添加量為0.1%和0.2%時,只有少部分蛋白與TG之間形成交聯(lián);而TG添加量為0.3%和0.4%時,TG與蛋白之間充分交聯(lián)形成致密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這與下文中TG添加量為0.3%和0.4%時凝膠彈性值顯著高于其他組相一致。在當溫度達到48 ℃,G′趨于平緩直到溫度達到51 ℃,這表明TG添加量增大時蛋白變性溫度也增高。隨后從51 ℃開始蛋白凝膠G′隨加熱溫度的增加而迅速增加,當溫度達到60 ℃以后趨于平緩。G′初期緩慢增大可能是蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生改變導致蛋白粘聚性增大而非蛋白交聯(lián)[26]。隨后G′迅速增加,說明此時蛋白功能性基團暴露展開,TG催化蛋白之間發(fā)生交聯(lián)形成良好的凝膠網(wǎng)絡(luò)。

圖4 TG對鯉魚肌原纖維蛋白流變學性質(zhì)的影響Fig.4 Effect of TG on the rheological properties of common carp myofibrillar protein

2.2 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對鯉魚肌原纖維蛋白凝膠性的影響

2.2.1 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對鯉魚肌原纖維蛋白凝膠持水性和白度的影響 TG對鯉魚肌原纖維蛋白凝膠保水性和白度值的影響如圖5所示,隨著TG添加量的增加蛋白凝膠持水性呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,且當TG添加量為0.1%時凝膠持水性與對照組相比顯著降低(p<0.05)。這說明凝膠基質(zhì)中未結(jié)合的過量水通過離心被釋放出來[27]。隨著TG添加量的增加,TG催化蛋白發(fā)生交聯(lián)而TG通過形成異肽鍵[28]將蛋白聚合在一起形成較穩(wěn)定的蛋白-TG復合物,使得在加熱時形成較良好的凝膠三維網(wǎng)絡(luò),從而鎖住更多水分;另一方面,TG的添加導致乳狀液凈電荷含量增大為周圍水分子提供了更多氫鍵結(jié)合位點,增大了水合作用表面積[29]。從凝膠白度變化來看,隨著轉(zhuǎn)TG添加量的增加凝膠白度值顯著降低(p<0.05)。TG加入到蛋白溶液后與蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)導致光反射率降低,從而導致凝膠白度值下降;另一方面是因為酶本身的黃褐色影響了凝膠白度值。Benjakul等[30]和Rawdkuen等[31]認為魚糜凝膠的顏色特征在很大程度上取決于所添加的添加劑的類型和含量。通常認為魚糜凝膠的白度值超過75是可以接受的[32]。

圖5 TG對鯉魚肌原纖維蛋白凝膠持水性和白度值的影響Fig.5 Influence of TG on the WHC and Whiteness of common carp myofibrillar protein gel注：不同小寫字母代表差異性顯著(p<0.05),相同小寫字母代表差異性不顯著(p>0.05)；圖6同。

2.2.2 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對鯉魚肌原纖維蛋白質(zhì)構(gòu)特性的影響 鯉魚肌原纖維蛋白凝膠硬度和彈性變化如圖6所示,隨著TG添加量的增加，蛋白凝膠硬度和彈性顯著增大(p<0.05)。TG添加量為0.1%組與對照組間不顯著(p>0.05)。當TG添加量為0.2%、0.3%、0.4%組的硬度顯著高于對照組(p<0.05),硬度值分別提高了18.24%、23.53%和36.51%。從彈性變化來看,TG添加量為0.1%和0.2%時與空白組相比彈性分別提高了3.63%和5.90%,差異不顯著(p>0.05)。當TG添加量為0.3%和0.4%時與對照組相比彈性提高了11.89%和27.08%,且差異顯著(p<0.05)。添加TG可以提高肌原纖維蛋白凝膠的硬度和彈性,這可能是由于蛋白帶凈電荷,加入TG后與蛋白發(fā)生交聯(lián)降低了蛋白質(zhì)分子之間的靜電斥力,此外,在加熱過程中蛋白質(zhì)內(nèi)部的非極性多肽會暴露出來,從而增強了臨近多肽非極性片段的疏水相互作用[33]。

圖6 TG對鯉魚肌原纖維蛋白凝膠質(zhì)構(gòu)的影響Fig.6 Influence of TG on the TPA of common carp myofibrillar protein gel

可用粘聚性模擬表示樣品內(nèi)部的粘合力[34]?；貜托杂脕肀硎咀冃螛悠坊謴偷某潭取２煌琓G下鯉魚肌原纖維蛋白凝膠粘聚性和回復性的變化如圖6所示,蛋白凝膠粘聚性和回復性隨著TG添加量的增加顯著增大(p<0.05)。當TG添加量為0.4%時與對照組相比粘聚性提高了66.18%,回復性提高了35.27%。這表明TG的添加使得凝膠內(nèi)部粘合力增大,回復性增強。蛋白凝膠粘聚性的增大可能是TG催化蛋白發(fā)生交聯(lián)使得肌球蛋白尾部通過尾對尾相互作用發(fā)生連接,從而產(chǎn)生永久性的線和絲狀凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

肌原纖維蛋白溶液乳化活性隨著TG添加量的增加而降低。添加TG能夠增大蛋白濁度,而降低蛋白的乳化性。蛋白流變學結(jié)果表明,TG添加量的增加顯著增大儲能模量(G′),而且還能降低起始凝膠溫度,提高蛋白變性溫度。與對照相比,TG對凝膠保水性影響不大,但能夠顯著降低凝膠白度。凝膠質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果顯示,隨著TG添加量的增加改進了凝膠質(zhì)構(gòu),提高了凝膠硬度和彈性。