冻藏对肌原纤维蛋白结构特性与功能特性的影响.pdf

收稿日期:2013 05 06;修稿日期:2013 05 13基金项目:黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12511053)作者简介:丁一(1988 )，男，硕士，研究方向为农产品加工，E-mail:dingyi1110796163 com。通信作者:夏秀芳(1973 )，女，博士，副教授，研究方向为畜产品加工，通信地址:150030 黑龙江哈尔滨市香坊区木材街59 号 东北农业大学食品学院，E-mail:xxfang524163 com。冻藏对肌原纤维蛋白结构特性与功能特性的影响丁一，黄莉，夏秀芳，孙常雁，郭园园，王瑞(东北农业大学食品学院，哈尔滨 150030)摘要:冷冻贮藏是肉类食品重要的贮藏方法，但在冻藏会引起肉类食品中的主要蛋白肌原纤维蛋结构发生变化，引起蛋白质发生变性，从而影响其功能特性，降低肉类制品的品质。论述了肌原纤维蛋白的冷冻变性机理，并对冷冻贮藏期间肌原纤维蛋白结构与功能特性的变化进行论述。关键词:冻藏;肌原纤维蛋白;结构特性;功能特性中图分类号:TS205 7文献标识码:A文章编号:1005 1295(2013)04 0055 05doi:10 3969/j issn 1005 1295 2013 04 015Effect of Frozen Storage on the Structure and Function of Myofibrillar ProteinDING Yi，HUANG Li，XIA Xiu-fang，SUN Chang-yan，GUO Yuan-yuan，WANG ui(College of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China)Abstract:Frozen storage is an important method for meat preservation，however，myofibrillar protein thatthe major protein of meat food could be denatured because of the structural change of the protein during thefrozen storage，therefore，deteriorate the functionality of the protein and quality of the meat products In thispaper，the mechanisms of denaturation and the changes in structural and functional properties of myofibrillarproteins during frozen storage have been extensively discussedKey words:frozen storage;myofibrillar protein;structral property;functional property0引言肉类食品水分含量高，容易发生腐败变质，如果加工处理不得当，蛋白质、氨基酸等在微生物和酶的作用下会发生分解，并且释放大量的热，影响肉类食品的质量，因此为了保证原料肉的质量，需要用冷藏或冻藏的方法对肉进行保存。肉类蛋白的主要成分是肌原纤维蛋白，肌原纤维蛋白在冻藏过程中一方面可以降低自身内部的各类生化反应速率，另一方面也可以抑制微生物的繁殖1，降低酶的活性，从而延长肉类食品的货架期2。然而肌肉在冷冻储藏过程中会发生一系列显著地变化，最主要的是肌原纤维蛋白的变性以及由此引起蛋白质结构特性和功能性的下降3 4。肌原纤维蛋白冷冻变性是由贮藏时间、贮藏温度、冻融速率、温度波动、反复冻融及产品包装等很多因素决定的，肌原纤维蛋白的变性会影响肉类食品的口感和风味，降低其营养价值及商品价值5，因此有必要对在冻藏中肌原纤维蛋白结构与功能特性的变化进行详细地研究，以便更好地控制肉中蛋白的变性6 8。本文主要对冻藏过程中肌原纤维蛋白结构特性与功能特性的变化进行了论述，并对引起这些变化的机理进行阐述。55冻藏对肌原纤维蛋白结构特性与功能特性的影响 丁一，黄莉，夏秀芳，孙常雁，郭园园，王瑞1肌原纤维蛋白在冻藏过程中的变性及变性机理肉类蛋白质的冷冻变性，是指蛋白质在冻藏过程中受物理或化学因素的影响，改变了蛋白质分子内部原有高度规律性的空间结构，导致蛋白质的结构特性和功能特性发生改变，但并不破坏蛋白质的一级结构，此现象称为蛋白质变性9。肌原纤维蛋白作为肉类蛋白的最主要成分，一般占到肉类蛋白的 70%的左右。冻藏过程中肉类蛋白的变性主要是肌原纤维蛋白的变性10。目前关于肌原纤维蛋白冷冻变性机理的学说有三种，即结合水分离学说、细胞液浓缩学说及水与水合水相互作用的水化作用学说。1 1结合水分离学说结合水分离学说认为水分子的冻结导致了肌原纤维蛋白的冷冻变性。蛋白在冻藏过程中，水分子由于冰晶的形成会重新进行分布，游离的水分子在解冻时无法返回到原来的位点(尤其是与蛋白质相结合的水)而离开组织，即肌原纤维蛋白的复水能力在冻藏条件下受到阻止，引起蛋白质的变性11。1 2细胞液浓缩学说细胞液浓缩学说即在冻藏条件下，肌原纤维蛋白中的自由水与结合水会先后结冰，使蛋白质的立体结构发生改变。此外，形成的冰结晶会破坏细胞内外的组织结构，增大肌肉中水溶液的浓度，改变其离子强度和 pH 值，最终导致蛋白质变性12，然而这种变性几乎是不可逆的。此说法常被用来研究细胞内外冰晶的生长状态及生成量同肌原纤维蛋白变性之间的关系。1 3水化作用学说水化作用即为水与水合水的相互作用。蛋白质分子中复杂的三级、四级结构依靠分子内的疏水结合作用及分子间的氢键来维持。这些键的分布状态同肌原纤维蛋白周围水分子的状态密切相关。冻藏过程中冰晶的生成会改变结合水与蛋白质的结合状态，破坏蛋白质分子内部的一些键，而有些键又会重新生成，这改变了蛋白质分子的内部构造，从而导致蛋白质发生变性。此外，细胞内外生成的冰结晶会破坏肌肉组织结构，肌肉组织蛋白酶对蛋白质的水解作用，冻藏过程中 ATP 降解导致的 pH 值下降、氧化三甲胺还原产生的二甲胺、脂肪氧化生成的醛酮类物质等因素均会造成肌原纤维蛋白发生变性。2肌原纤维蛋白在冻藏过程中结构特性的变化结构特性作为肌原纤维蛋白的主要特性在冻藏过程中会发生很大变化，其表现为肌原纤维蛋白 Ca2+-ATPase 活性下降、盐溶性含量、总巯基含量低降低及二硫键含量增加等。冻藏引起的结构特性的劣变同时会造成其功能特性发生改变，降低肉类食品的品质。2 1肌原纤维蛋白 Ca2+-ATPase 活性的变化Ca2+-ATPase 活性是表示肌球蛋白分子完整性的一个良好指标13。肌球蛋白头部区域与Ca2+-ATPase 活性变化密切相关。在整个冻藏期，Ca2+-ATPase 活性下降说明肌球蛋白变性，特别是头部区域变性。其原因可能是球状肌球蛋白头部构象改变及蛋白质聚集。Kittima 研究表明蜥鱼经过 12 周的冻藏，Ca2+-ATPase 活性下降了 59 7%14。Jiang 等同样报道了冻藏期间鲭鱼和琥珀鱼肌动球蛋白中Ca2+-ATPase 活性持续降低15。Benjakul 等报道了黄花鱼在 20 下冻藏，其 Ca2+-ATPase 活性在前 6 周显著地降低，而后期只有轻微的降低16。酶的活性的降低是由于冰结晶造成结构变化所导致的17 18，冻藏过程中冰晶的形成及由此引起的体系离子强度的加强都会致使肌球蛋白头部结构发生改变，从而导致 Ca2+-ATPase 活性下降。2 2肌原纤维蛋白盐溶性的变化肌原纤维蛋白主要包括肌球蛋白、肌动蛋白(肌动球蛋白)、原肌球蛋白、肌钙蛋白等，这些蛋白质均溶于离子强度高于 0 5 的中性盐溶液，所以也称为盐溶性蛋白。冻藏过程中肌原纤维蛋白盐溶性的减少是蛋白质变性的一个主要指标，这与氢键和疏水键的结构及二硫键同离子的相互作用有关19。在冻藏过程中，肌原纤维蛋白部分结合水形成冰晶，这使得肌动球蛋白分子之间可以相互形成非共价键(疏水键和氢键)，进而形成超大分子的不溶性凝集体，导致在冻藏过程中其溶出量不断下降20。Sultanbawa 研究表明，18 冻藏120d，蓝 鳕 鱼 蛋 白 盐 溶 性 含 量 从 60%降 至19%21。曾 名 勇 将 鳙 鱼 在 10、20、65包装与食品机械2013 年第 31 卷第 4 期30和 40 下冻藏 90d，得到结果为在 10和 20下其蛋白盐溶性一直迅速下降，在前 45d 尤为明显。在 30 下冻藏，其溶出量在前 30d 变化并不明显，在此后下降迅速，特别是在75 90d。而 40下，蛋白盐溶性在整个冻藏期变化均不显著。Sych 研究发现大西洋鳕鱼在 20 下 冻 藏 6 周 后，蛋 白 盐 溶 性 下 降 了47 5%22。2 3肌原纤维蛋白总巯基和二硫键含量的变化肌原纤维蛋白分子中的活性巯基分为三类，即 SH1、SH2和 SHa。SH1与 SH2分布于肌球蛋白的头部，与 Ca2+-ATPase 活性相关。而 SHa的位置则在轻酶解肌球蛋白部分，与肌球蛋白重链的氧化和二聚物的形成有关。在冻藏期间总巯基含量的减少是由于肌原纤维蛋白巯基氧化所导致的。在冻藏期间肌球蛋白分子变性加剧，特别是头部构象发生变化，以及活性巯基暴露氧化，会使得二硫键增加。此外，还有一些巯基隐藏于肌球蛋白分子的内部23，同样会导致二硫键增加。在冻藏过程中肌原纤维蛋白的蛋白分子构象发生变化，会暴露出活性巯基，使巯基易氧化为二硫键，进而总巯基的含量减少，二硫键的含量上升。所以，巯基对于稳定肌原纤维蛋白质的空间结构有着重要的意义24。曾名勇研究表明鲫鱼肌原纤维蛋白总巯基含量随冻藏时间的延长不断减少，冻藏温度越高，其巯基含量下降的幅度越大25。Benjakul 将软壳蟹冻藏12 周，在第1 周总巯基含量迅速下降，随后在 2 8 周只有轻微地下降，而后期下降幅度显著26。amirez 等研究表明罗非鱼在 20 存储 15d，总巯基持续下降至初始值的 33%，同时伴随着二硫键含量不断增加，Benjakul 研究石首鱼、鲅鳊鱼同样得到这样的结论27。3肌原纤维蛋白在冻藏过程中功能特性的变化肌原纤维蛋白功能特性是影响肉类食品质地、口感最直接的指标。在冻藏过程中，蛋白质变性会导致肌原纤维蛋白功能特性的降低，其表现为乳化能力和乳化稳定性的下降、表面疏水性增加、凝胶强度及起泡性下降等。因此，深入研究冻藏过程中肌原纤维蛋白功能特性的变化对改善肉类食品的质量具有很重要的意义。3 1肌原纤维蛋白乳化能力与乳化稳定性的变化乳化性是指两种或两种以上互不相溶的液体，经机械搅拌或添加乳化剂后，形成乳浊液的能力28。肉的乳化是由从肉中提取的蛋白质、绞碎的脂肪颗粒、水不溶性物质及各种水合物质所组成的多相复合体系。影响肉制品乳化能力及乳化稳定性因素有很多，例如肉的质量、脂肪的比例、pH 值、离子强度、肉的温度及斩拌时间等。乳化能力及乳化稳定性作为肌原纤维蛋白的功能特性，对于肉制品的加工具有很重要现实意义。肉制品加工中具有代表性的乳化型肉类制品有法兰克福香肠、博洛尼亚香肠以及乳化型火腿等29。Capillas 将飞鱼在 20 下冻藏 6 个月，得出在整个冻藏期其乳化能力会轻微地减少30，这是由于蛋白质的聚集而导致的，而鱼的不同部分其肌原纤维蛋白乳化的能力也是不同的31。郭延娜研究得出随着冻融次数的增加，猪肉肌原纤维蛋白的乳化活力及乳化稳定性不断降低，待冻融结束后，其指数分别从 18 777、22 103 降至17447、13 41232。而将猪肉肌原纤维蛋白在 20冻藏 50d，相比第 0d，第 50d 的样品其乳化活力及乳化稳定性分别下降了 5 5%和 47 1%。这是由于冻藏过程中蛋白质的变性导致肌原纤维蛋白溶解性的降低，而乳化能力和乳化稳定性与蛋白质溶解性密切相关33，乳化能力和乳化稳定性由于