1584 核农学报 2019,33(8):1584 ~ 1592 Journal of Nuclear Agricultural Sciences 文章编号 :1000-8551(2019)08-1584-09 肉蛋白 - 畜产源非肉蛋白互作的物理化学研究 1 蔡汝莹 1 李凌云 王 1, 鹏 1 吴长玲 1 徐幸莲 周 2 辉 ( 1 南京农业大学食品科技学院, 江苏南京 210095; 2 江苏雨润肉类产业集团有限公司, 江苏南京 210041) 摘要 : 为了研究典型畜产源非肉蛋白与肌原纤维蛋白 (MP) 的相互作用, 建立了模拟肉制品加工条件下二者等比例用量的溶液及热致凝胶模型, 将血浆蛋白 ( PPP) 鸡蛋白分离蛋白( EPI) 和酪蛋白酸钠 (SC) 分别与 MP 按照 1 1 比例混合, 以各单一蛋白为对照, 利用流变仪 质构仪和低场核磁等仪器测定各蛋白粘度 加热过程的动态粘弹性 凝胶强度和水分子状态等指标 结果表明,PPP 和 EPI 在加热过程中自身可形成凝胶, 但与 MP 相比, 储能模量 (G ) 较弱,SC 在加热过程中未能形成凝胶 将 PPP 和 EPI 分别与 MP 混合时, 流变结果显示,PPP+MP EPI+MP 相互作用指数均大于零, 与单独的 MP 相比, 其 G 无显著差异 ; 加入 PPP 未能显著改变 MP 的凝胶强度, 但加入 EPI 显著提高了 MP 的凝胶强度 (P< 0. 05);PPP EPI 的加入均能使凝胶保水性显著提高, 不易流动水比例增大 ( P<0. 05) SC 会对 MP 产生一定不利影响, 二者相互作用指数小于零, 其 G 凝胶强度及凝胶保水性显著降低( P<0. 05) 总体而言,PPP EPI 与 MP 之间在加热后均产生正向相互作用, 而 SC 对 MP 产生不利影响 本研究结果为凝胶乳化类肉制品中非肉蛋白的应用提供了一定的理论借鉴 关键词 : 血浆蛋白 ; 鸡蛋白分离蛋白 ; 肌原纤维蛋白 ; 相互作用 ; 凝胶特性 DOI:10. 11869 / j.issn.100-8551. 2019. 08. 1584 凝胶乳化肉制品具有良好的质构特性与口感, 是深受消费者喜爱的肉类食品之一 从凝胶乳化肉制品的原料角度看, 在较高盐浓度 ( >0. 5 mol L -1 NaCl) 下肌原纤维蛋白 (myofibrillar protein,mp) 可以从肉中被提取出来, 并发挥油 - 水乳化作用及热诱导凝胶作用 [1-3] 除了受盐浓度的影响外,MP 功能性的发挥还受到 ph 值 温度和非肉蛋白等的影响 [4-5], 其中非肉蛋白包括植物性大豆蛋白和动物性的血浆蛋白 酪蛋白酸钠 ( sodium caseinate,sc) 等 [6-8] 非肉蛋白添加到凝胶乳化体系中主要通过 2 种途径 : 一是在斩拌过程中加入, 以补充水相中蛋白总量 ; 二是利用非肉蛋白与植物油脂进行预乳化, 而后将预乳化液部分替代猪背膘从而降低产品总体的饱和脂肪含量 [9-10] 前者非肉蛋白起到强化乳化肉糜连续相网络的作用, 后者乳化球膜上的非肉蛋白与连续相肉蛋白相互作用对乳化体系的稳定性有很大影响 [7,11] 由此可见, 凝胶乳化产品中蛋白质之间的相互作用与乳化肉糜体系稳定 热诱导凝胶体系形成直接相关 与食品蛋白间互作的 [12] 研究相比, 肉蛋白相关的研究多集中在谷氨酰胺转 氨酶等对肉蛋白体系的交联增强作用 [13-14], 或单一非 肉蛋白与肉蛋白的互作研究 [15], 尚缺乏将肉蛋白与多 种非肉蛋白置于热致凝胶模型的系统性探索 从典型 非肉蛋白的营养价值和应用现状角度看, 血浆蛋白 (porcine plasma protein,ppp) 是屠宰后的重要产物 我国屠宰业发达, 畜禽血液资源丰富, 血液中 PPP 蛋 白含量高且脂肪含量低, 包括人体所必需的全部氨基 酸 [16], 具有良好的营养价值, 但因未得到开发而浪费 严重 [17] ; 鸡蛋白分离蛋白 ( egg-white protein isolate, EPI) 来源于蛋清, 蛋清中含有人体所必需的全部氨基 酸, 且其氨基酸组成与人体最为接近 [18], 是良好的蛋 白来源 ; 酪蛋白酸钠 (SC) 是从动物乳汁中分离出的一 种蛋白衍生物, 是廉价的优质蛋白源, 在食品行业已被 广泛应用 [19] 因此, 选取 PPP EPI 和 SC 3 种优质的 非肉蛋白作为本研究的非肉蛋白研究对象, 在模拟肉 收稿日期 :2018-03-01 接受日期 :2018-07-23 基金项目 : 国家重点研发计划项目 (2018YFD0401203), 国家自然科学基金 (31571769) 作者简介 : 蔡汝莹, 女, 主要从事蛋白质功能性质方向研究 E-mail:2016808128@ njau.edu.cn 通讯作者 : 王鹏, 男, 副教授, 主要从事畜产源功能性食品研究 E-mail:wpeng@ njau.edu.cn
8 期 肉蛋白 - 畜产源非肉蛋白互作的物理化学研究 1585 制品加工条件 (0. 6 mol L -1 NaCl,pH 值 6. 25) 下, 利用 质构 流变 低场核磁共振等物理化学表征手段, 以相 互作用指数衡量肉蛋白 - 非肉蛋白之间的相互作用程 度, 以期为畜产源非肉蛋白的深度利用 凝胶乳化肉制 品的品质调控及新型产品的开发提供理论借鉴 1 材料与方法 1. 1 材料与设备 鸡胸肉 ( 宰后 24 h 以内,0 ~ 4 贮藏 ), 购自南京 苏果超市, 江苏省苏食肉品有限公司生产 ; 猪血浆蛋白 ( 恩彼蛋白 NP -2009, 粗蛋白含量 78%), 购自宝迪 公司 ; 酪蛋白酸钠 ( 食品级, 粗蛋白含量 82%), 购自 江苏博美达生命科学有限公司 ; 鸡蛋白分离蛋白 ( 食 品级, 粗蛋白含量 81%), 购自厚德食品股份有限公 司 1. 2 主要仪器与设备 Ultra Turrax T25 BASIS 高速匀浆机, 德国 IKA 公 司 ;Beckman Avanti J-E 高速离心机, 美国 Beckman Coulter 公司 ;Physica MCR301 旋转流变仪, 奥地利安 东帕公司 ;HH-3D 水浴锅, 金坛市科析仪器有限公司 ; TA - XT2i 质构仪, 英国 Stable Micro Systems 公司 ; NMI20-025V-Ⅰ 核磁共振成像分析仪, 苏州纽迈电子 科技有限公司 ;Diamond 差式扫描热量仪, 珀金埃尔默 仪器有限公司 1. 3 试验方法 1. 3. 1 鸡胸肉中肌原纤维蛋白的提取参考 Han [13] 等的方法, 将鸡胸肉多余脂肪和结缔组织剔除, 切 碎成小块后称重, 使用绞肉机绞碎后加入 4 倍体积的 提取液 ( SSS, 含 100 mmol L -1 KCl 20 mmol L -1 K 2 HPO 4 / KH 2 PO 4 2 mmol L -1 MgCl 2 1 mmol L -1 EGTA 和 1 mmol L -1 NaN 3,pH 值 7. 0,4 ), 使用匀浆 机高速匀浆 30 s, 间隔 30 s, 重复匀浆 2 次, 然后将所 得肉浆用白色纱布过滤后 2 000 g 离心 10 min, 舍弃 表层漂浮物和上清液 取上述沉淀, 加入 4 倍体积混 合有 1% Triton X-100 的 SSS 溶液, 然后匀浆 30 s( 重 复均浆 2 次 ) 后过滤, 再经 2 000 g 离心 10 min, 保留 沉淀, 重复上述步骤 2 ~ 3 次 取所得沉淀, 加入 4 倍 体积 0. 1 mmol L -1 KCl, 匀浆后于 2 000 g 离心 10 min, 使用相同的 KCl 溶液重复上述操作 4 次, 最终得 到纯化的 MP, 于 4 冷库保存备用 选取标准的结晶牛血清白蛋白 ( albumin from bovine serum,bsa) 作为标准蛋白质, 采用双缩脲法测 定 MP 的蛋白质浓度 1. 3. 2 样品制备单一蛋白液组, 即将 PPP EPI 和 SC 溶于磷酸盐缓冲液 (phosphate buffered saline,pbs; 含 0. 6 mol L -1 NaCl 50 mmol L -1 Na 2 HPO 4 / NaH 2 PO 4, ph 值 6. 25), 蛋白质浓度为 4% ( w / w), 置于冷库搅 拌过夜, 使其充分溶解 将 4% ( w / w) MP 溶于 PBS 中, 置于 4 冷库保存备用 复合蛋白液组, 即将 3 种 蛋白液分别与 MP 蛋白液按 1 1 比例进行混合, 且最 终体系蛋白浓度为 4% (w / w), 制备好后置于冷库备 用 1. 3. 3 动态流变的测定采用旋转流变仪进行样品 的动态流变测试, 测试指标包括弹性模量 粘性模量和 黏度 [20] 流变 : 参考 Zhao 等的方法并作适当修改 采 用 50 mm 平板进行测试, 将样品均匀涂布于测试台, 去除样品中的气泡, 并于 20 下平衡 3 min 在样品 与空气接触处加液体石蜡密封, 防止蛋白液的蒸发 上下狭缝设定为 1 mm, 角频率 1 Hz, 应变为 3%, 从起 始温度 20 升温至 80, 升温速率为 2 min -1, 温度 达到 80 后保温 10 min 测试指标为储能模量 (G ) 损失模量 (G ) 和相位角 (δ) [21] [22] 黏度值 : 参考 Picotti 等和赵颖颖的方法并 作适当修改 将样品涂布于 50 mm 平板上, 使其分布 均匀并去除气泡, 平衡 30 s 后达到测试温度 25 总 剪切时间为 330 s, 记录从 0. 1 s -1 到 1 000 s -1 剪切速率 的黏度值 1. 3. 4 差示扫描量热法的测定通过差式扫描热量 仪 ( differential scanning calorimeter, DSC) 测定 PPP EPI SC 和 MP 的蛋白质性质 称量约 5 mg 样品加入 坩埚, 然后密封完好, 取一个空坩埚作为空白对照组 样品扫描参数 : 温度范围为 15 ~ 95, 升温速率为 10 min -1 通过仪器配带的软件进行分析计算蛋白 质的最大转变温度 1. 3. 5 蛋白凝胶的制备分别取各组蛋白液置于 50 ml 离心管中, 于 2 000 g 条件下离心 5 min 以去除气 泡, 离心后各取 10 g 样品加入 10 ml 烧杯中, 每组作 3 个平行样品 将样品进行水浴加热, 从 20 以约 2 min -1 速度线性升温至 80, 并在 80 保温 10 min, 以便形成凝胶, 然后将样品取出并迅速放入冰屑 中冷却, 最后于 4 冷库中放置 24 h [23] 1. 3. 6 蛋白凝胶质构的测定参考吴满刚的方法 并略作修改 取出 1. 3. 5 中放在 4 冷库中的蛋白凝 胶, 于室温下静置 30 min 后进行质构测试 质构仪参 数为 : 探头类型 P / 5; 测前速度 2. 00 mm s -1 ; 测试速度 0. 30 mm s -1 ; 测后速度 2. 00 mm s -1 ; 穿刺距离 10. 0
1586 核农学报 33 卷 mm 蛋白凝胶的穿透力即凝胶强度 [24] 1. 3. 7 凝胶保水性的测定参考李庆云的方法 将制备好的蛋白凝胶在 0 ~ 4 条件下进行离心 (10 000 g,10 min), 离心后去除液体部分, 分别测定 离心前后蛋白凝胶质量 按照公式计算凝胶保水性 ( water holding capacity,whc): WHC = M 1 M 2 100% (1) 式中,M 1 表示离心后蛋白凝胶的质量 ;M 2 表示离 心前蛋白凝胶的质量 1. 3. 8 自旋 - 自旋弛豫时间的测定采用低场 NMR 弛豫测定蛋白凝胶的横向弛豫时间 (T 2 ) 称取 2 g 蛋 白凝胶置于核磁管中进行测试, 测试条件为 : 质子共振 频率为 22 MHz, 测量温度为 32,T 2 用 Carr-Purcell- Mebiboom-Gill(CPMG) 序列进行测量, 扫描 16 次, 每 次间隔 0. 299 s, 得到 10 000 个回波 1. 3. 9 蛋白间相互作用指数的计算方法按照公式 计算 PPP EPI SC 与 MP 间相互作用指数 [25] : 相互作用指数 = 实际值 - 理论值理论值 100% (2) 式中, 实际值为各组复合凝胶所测得的储能模量 值或凝胶强度值 ; 理论值为复合凝胶组中各组分蛋白 储能模量或凝胶强度值按浓度比例的加和 1. 3. 10 数据统计运用 SAS 统计软件进行单向方 差分析和多重比较, 其中方差分析采用 ANOVA 法, 多 重比较采用 Duncan 法 2 结果与分析 2. 1 肉蛋白 - 非肉蛋白相互作用对凝胶黏度的影响 由图 1 可知,PPP EPI 和 SC 3 种单一蛋白液的剪 切黏度均较小, 其中,SC 在剪切速率小于 1. 74 s -1 时, 黏度从 -0. 008 Pa s 迅速增长到 0. 001 Pa s, 呈现显著 的剪切增稠现象, 随后黏度缓慢增长, 最终达到 0. 002 Pa s, 表明在旋转过程中 SC 能够形成较为紧密的结 构, 从而不断增强其抵抗剪切力的能力 随着剪切速 率的增加,PPP 和 EPI 黏度分别从 0. 13 0. 02 Pa s 减 小到 0. 002 0. 001 Pa s MP 的最初黏度为 291. 2 Pa s, 在剪切速率小于 1. 74 s -1 时, 黏度迅速减小到 20. 38 Pa s, 随后缓慢减小直至 0. 08 Pa s 旋转过程中, 蛋白液间发生相互作用越明显, 其黏 度越高 与 3 种单一蛋白液相比, 含有 MP 的蛋白组 均表现出相对较高的剪切黏度 (P<0. 05); 而以 MP 为 对照组, 分别加入 3 种蛋白后的黏度与对照组趋势一 图 1 肉蛋白 - 非肉蛋白相互作用对蛋白凝胶黏度的影响 Fig.1 Effect of interaction between meat and non-meat proteins on the viscosities of protein gels 致, 从初始 85. 00 ~ 106. 00 Pa s 的黏度范围减小至 0. 041~0. 043 Pa s, 均随着剪切速率的增大逐渐降低 3 种复合溶液剪切变稀的出现, 可能是因为旋转过程中蛋白间发生微弱的絮凝, 而随着剪切速率的不断增大絮凝结构被破坏, 最终出现黏度降低的现象 2. 2 肉蛋白与非肉蛋白流变特性的分析由图 2 可知,PPP EPI 和 SC 3 种单一蛋白的储能模量 (G ) 值显著低于含有 MP 的蛋白组 ( P < 0. 05) 在初始升温过程,PPP EPI 和 SC 3 种蛋白的 G 和损耗模量 (G ) 均缓慢上升, 且其中 G 值略低于 G, 这与前人的研究结果相似 [26-28] 单一蛋白液的相位角 (δ) 较大且均大于 39,PPP 达到 69. 88 的最大值, 表明此时蛋白液以黏性为主 随着温度的不断升高,G 和 G 同时增大, 但 G 的增幅更大, 出现了 G 大于 G 的现象, 说明蛋白液开始向凝胶态转变, 且弹性大于黏性 当升温至 80 时, PPP EPI 和 SC 的 G 分别达到 1. 93 7. 69 0. 05 Pa, 分别是 G 的 5. 36 7. 93 和 2. 50 倍, 此时 3 种蛋白液的 δ 分别为 10. 55 7. 29 和 21. 22 ;80 保温过程中 PPP 和 EPI 的 G 和 G 迅速增长, 而 SC 的 G 和 G 呈现缓慢增长趋势 ; 保温结束后,PPP EPI 和 SC 的 G 分别达到 44. 73 94. 80 0. 09 Pa, 分别达到 G 的 10. 42 13. 32 和 3. 00 倍, 表明此时 PPP 和 EPI 以弹性为主, 同时其 δ 分别为 5. 37 和 5. 00, 也证明了这一点 此外,SC 因受其自身蛋白性质影响, 仍以黏性为主, 未形成凝胶 MP+PPP 组 MP +EPI 组 MP +SC 组的 G 始终高于 G 以 MP 为对照组, 温度从 20 升至 45 时,MP +PPP 组和 MP +EPI 组的 G 值有所降低, 但变化趋势
8 期 肉蛋白 - 畜产源非肉蛋白互作的物理化学研究 1587 Fig.2 图 2 肉蛋白 - 非肉蛋白相互作用对蛋白凝胶热扫描流变的影响 Effect of interaction between meat and non-meat proteins on thermal scan rheology properties of protein gels 与 MP 组基本一致 ;45 到 50 升温过程中,MP 组 G 急剧上升并达到最大值 (285 Pa), 表明凝胶化结构开始形成, 而 MP + PPP 组和 MP + EPI 组分别上升至 58. 70 Pa 和 155. 00 Pa;50 到 59 的升温过程中, MP 组 G 迅速降低并达到最低值 45. 30 Pa, 而 MP + PPP 组和 MP+EPI 组 G 持续降低并达到最低值, 分别为 8. 08 Pa 和 5. 98 Pa;59 至 80 保温结束, 各试验组 G 均呈持续上升趋势, 且复合蛋白组上升幅度更为显著,MP 的最终 G 达到 187. 00 Pa,MP+PPP 组和 MP +EPI 组分别为 182. 00 Pa 和 166. 00 Pa, 是 PPP 和 EPI 单一蛋白液 G 的 4. 07 倍和 1. 75 倍, 表明当 MP 中分别加入 PPP 和 EPI 时, 两种蛋白会分别与 MP 发生交联进而未对 MP 凝胶性质产生显著影响 ( 图 2) 由表 1 可知,PPP 与 MP 的相互作用指数达到最大值, 为 57. 07%, 表明 PPP 与 MP 间相互作用显著 EPI 加入后与 MP 发生一定相互作用, 但相互作用指数低于 PPP, 为 17. 81%, 表明 PPP 和 EPI 的添加均对 MP 形成的凝胶特性发挥着积极作用, 与上述结果一致 此外, 因 SC 未与 MP 发生相互作用, 故其相互作用指数为负值 表 1 蛋白凝胶 Protein gel 肉蛋白 - 非肉蛋白相互作用的储能模量相互作用指数 Table 1 Interaction index of storage modulus between meat and non-meat proteins 实际值 Actual value / Pa 理论值 Additive value / Pa 相互作用指数 Interaction index / % PPP 44. 73 - - EPI 94. 80 - - SC 0. 09 - - MP 187. 00 - - MP+PPP 182. 00 115. 87 +57. 07 MP+EPI 166. 00 140. 90 +17. 81 MP+SC 51. 30 93. 55-45. 16 注 : - 表示无法计算 Note: - indicates the values couldn t be calculated. DSC 可以测定蛋白质的变性温度, 最大峰值即为 蛋白质变性温度, 蛋白质的变性对凝胶的形成具有重 要作用 由图 3 可知, 各蛋白均出现明显吸热峰, 其 中,PPP EPI 和 MP 含有一个峰值, 分别为 74. 05 72. 5 和 68. 37,SC 则出现 2 个吸热峰, 第 1 个峰值
1588 核农学报 33 卷 为 59. 73, 低于 MP 变性温度, 第 2 个峰值为 [29] 68. 82 MP 的变性温度与陈昌等的研究结果基 本一致, 这一温度下的变性可能是由于肌球蛋白的轻 链和尾部的解开造成的 比较各蛋白的 DSC 结果与 流变结果可知, 两种测定方法所得的蛋白变性温度基 本一致 ; 各单一蛋白变性温度与各蛋白复合 MP 后溶 胶的变性温度相比,PPP EPI 和 SC 的复合 MP 溶胶的 变性温度均发生位移, 分别位移至 74 77 和 80 保温 阶段 2. 3 肉蛋白 - 非肉蛋白相互作用对蛋白凝胶强度的 影响 凝胶强度是一种重要的凝胶性质, 对重组肉制品 品质有重要影响 [30] 由 2. 2 可知,SC 加热后不能单 独形成凝胶, 因此未对 SC 进行质构测定 由图 4 可 知,EPI 的凝胶强度达到 22. 20 g, 显著高于 PPP(8. 40 g) 和 MP(10. 63 g)(p<0. 05) 以 MP 为对照组, 当在 MP 中加入 PPP 时, 其凝胶强度分别为 11. 30 g, 与对 照组无明显差异 ; 当加入 EPI 时, 其凝胶强度为 20. 77 g, 与对照组相比存在显著差异 ( P<0. 05); 当加入 SC 后, 其凝胶强度显著下降 (P<0. 05) 由表 2 可知,EPI 与 MP 的相互作用指数最大, 为 26. 57%, 表明 EPI 与 MP 间相互作用最为显著 PPP 加入后也与 MP 发生一定相互作用, 但相互作 用指数低于 EPI, 为 18. 70%, 说明 PPP 和 EPI 的添 加均对 MP 形成的凝胶的凝胶强度发挥积极作用 SC 未与 MP 发生相互作用, 因此其相互作用指数为 负值 综上, 当加入 PPP 后,PPP 与 MP 相互作用, 但在减少 MP 含量的同时其凝胶强度未发生明显 变化 ;EPI 与 MP 相互作用后可明显提高 MP 的凝 胶强度 表 2 肉蛋白 - 非肉蛋白相互作用的凝胶强度相互作用指数 Table 2 Interaction index of gel strength between meat and non-meat proteins 蛋白凝胶 Protein gel 实际值 Actual value / g 理论值 Additive value / g 相互作用指数 Interaction index / % PPP 8. 40±0. 92 - - EPI 22. 20±1. 44 - - MP 10. 63±0. 70 - - MP+PPP 11. 30±0. 69 9. 52 +18. 70 MP+EPI 20. 77±1. 68 16. 41 +26. 57 Fig.3 图 3 肉蛋白与非肉蛋白的 DSC 变化曲线 DSC curves of meat protein and non-meat proteins MP+SC 5. 01±0. 64 5. 32-5. 83 2. 4 肉蛋白 - 非肉蛋白相互作用对凝胶保水性的影响 由图 5 可知,PPP EPI 及 MP+PPP MP+EPI 的凝 胶保水性均显著高于 MP ( P <0. 05) 分别加入 PPP 和 EPI 后,MP 凝胶的保水性从 70. 36% 分别增加到 83. 40% 和 82. 30%, 表明添加 PPP 和 EPI 可以显著增强 MP 凝胶保水性 (P<0. 05) 但添加 SC 后 MP 凝胶
8期 1589 肉蛋白-畜产源非肉蛋白互作的物理化学研究 6 200 ms 出现 T23 小峰 PPP 和 EPI 的 T21 分别出现在 1 ~ 4 ms 和 1. 5 ~ 3 ms,t22 分别出现在 117 ~ 357 ms 和 166 ~ 581 ms,ppp 未出现 T23 峰,EPI 凝胶的 T23 峰出现 在 2 866 ~ 7 575 ms SC 与 MP 复合凝胶的 T22 弛豫时 间最长,出现在 31 ~ 1 336 ms 各状态水所占的百分含量为各峰与横坐标面积 的百 分 比, 分 别 记 为 P 21 P 22 P 23 ( 表 3) 与 MP 相 比,PPP 和 EPI 的 P 21 和 P 23 均 显 著 减 小 ( P < 0. 05), P 22 比例显著增大( P < 0. 05) 当在 MP 中 分 别 加 入 PPP 和 EPI 后, 其 P 22 对 应 的 峰 均 显 著 增 大 ( P < 0. 05),P 23 对 应 的 峰 均 显 著 减 小 ( P < 0. 05), 说 明 添 注:不同小写字母表示差异显著( P<0. 05) 下同 Note: Different lowercase letters indicate significant 图4 difference at 0. 05 level. The same as following. 肉蛋白-非肉蛋白相互作用对蛋白凝胶强度的影响 Fig.4 加 PPP 和 EPI 后 MP 的 水 分 流 动 性 降 低 加 入 SC 后,其 P 22 对应的峰显著减小( P<0. 05),P 23 对应的峰 显著增大 ( P < 0. 05),说 明 SC 添 加 后 MP 凝 胶 的 水 分流动性增大 Effect of interaction between meat and non-meat proteins on protein gel strength 的保水性降低至 66. 26%, 说明添加 SC 会 显 著 降 低 MP 凝胶保水性( P<0. 05) 图6 Fig.6 Relaxation time( T2 ) of water in protein gels 表3 Table 3 图5 2. 5 蛋白热诱导凝胶水分子分布状态 States of water molecular of heat-induced protein gelation 肉蛋白-非肉蛋白相互作用对蛋白 凝胶保水性的影响 Fig.5 蛋白热诱导凝胶水分的弛豫时间 Effect of interaction between meat and non-meat 蛋白凝胶 Protein gel /% P 21 P 22 P 23 proteins on water holding capacity of protein gels PPP 0. 62±0. 13bc 99. 31±0. 11a 0. 15±0. 10c 蛋白凝胶 NMR 弛豫时间及水的分布状态 MP 0. 92±0. 11a 87. 80±4. 23b 11. 22±4. 15b 0. 40±0. 12de 99. 00±0. 14a 0. 53±0. 10c NMR 弛豫时间( T2 ) 可以反映蛋白凝胶中的水环 境,T2 越大说明水分子所受 的 束 缚 越 小 由 图 6 可 知,蛋白凝胶在 0. 1 ~ 10 000 ms 弛豫时间内分布有 3 个峰,分别对应水的 3 种不同形态,其中第 1 个峰为凝 胶中的结合水( T21 ),第 2 个峰为凝胶中的不易流动水 ( T22 ),第 3 个峰为凝胶中的自由水( T23 ) [31] 在 1 ~ 5 ms 出现 T21 小峰,150 ~ 820 ms 出现 T22 小峰,1 800 ~ EPI MP+PPP MP+EPI MP+SC 0. 54±0. 02cd 0. 33±0. 16e 0. 73±0. 04b 99. 17±0. 51a 97. 51±0. 29a 3. 07±0. 96c 注:同列不同小写字母表示差异显著( P<0. 05) 0. 35±0. 47c 1. 79±0. 21c 96. 21±0. 94a Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at 0. 05 level.
1590 核农学报 33 卷 3 讨论 根据蛋白质间构象的差异程度及介质的物理化学 条件, 不同蛋白相互作用后可能形成不规则凝聚物 凝 胶或者纤维状产物等 [12] 本研究通过使用流变仪表 征了不同蛋白单独及混合后的热扫描粘弹性变化,MP [20,32] 的单独流变结果与前人研究基本一致 本试验 结果表明, 当在 MP 中加入 SC 后,SC+MP 组储能模量 始终低于 MP 组, 表明 SC 的添加会对 MP 成胶性产生 不利影响, 阻碍了蛋白与蛋白间的相互作用 由 DSC 和流变结果可知,PPP 和 EPI 的变性温度高于 MP, 而 SC 的变性温度低于 MP 的变性温度, 将 3 种非肉蛋白 分别加入 MP 后, 随着加热的进行,PPP EPI 与 MP 间 疏水基团不断暴露, 促进了二硫键的形成 由于巯基 和二硫键的存在, 蛋白间不断发生相互作用直至 MP 变性完成, 增强了蛋白分子间的结构, 有利于提高蛋白 的凝胶强度 ; 而 SC 在 MP 达到变性温度前, 已有部分 结构发生变性, 阻碍了蛋白间的相互作用 同时 SC 是酪蛋白经过碱处理的产物, 碱处理虽然增加了产品 的溶解度及乳化性, 但使得其热凝胶性质丧失, 因此, SC 仅以吸附和填充状态形成凝胶, 未发生自身或者与 MP 相互交联 PPP 和 EPI 均可自身成胶且具有良好 的凝胶强度 羊血浆蛋白 - 羊肉 MP 复合凝胶的研究 结果表明, 疏水相互作用 二硫键是二者之间的主要作 用力 [15] PPP 和 EPI 在加热过程中与 MP 可能发生 交联作用, 进而形成了与单一 MP 凝胶相似的流变结 果 本研究中,PPP 和 EPI 的储能模量和凝胶强度的 作用指数均大于 0, 而 SC 与 MP 的相互作用指数均小 于 0, 表明 PPP 和 EPI 均与 MP 发生良好的相互作用, 发生了非肉蛋白 - 肉蛋白间的正向相互作用 保水性是凝胶的一个重要性质 研究表明, 血液 自身在加热条件下可形成凝胶从而保持住水分, 其中 起到交联作用的主要是 PPP [33] EPI 在加热后形成 的紧密聚集体对保持水分起着重要的作用 [34] 自由 水是蛋白凝胶中的最易流动水, 同时也是在离心过程 中最易除去的水分, 这部分水分的相对含量越高意味 着蛋白凝胶的保水性越差 本试验中, 添加 SC 后的 MP 凝胶具有最大的 P 23, 说明 MP +SC 凝胶保水性最 弱, 且加入 PPP 和 EPI 后显著增加了 P 22 对应的峰面 积, 同时 P 23 均显著减小, 说明 PPP 与 EPI 通过促进自 由水向不易流动水的转化, 提高了 MP 凝胶保水性 此外, 蛋白凝胶 NMR 弛豫时间测定结果与保水性结 [35] 果一致, 但与张铁涛等的试验结果相反, 这可能是 由于椰肉蛋白为植物蛋白, 而 PPP 和 EPI 为动物蛋白, 二者变性温度不同造成的 本研究结果表明,PPP 和 EPI 可与 MP 形成良好的凝胶体系, 在实际应用中, 对改善肉类制品的凝胶特性具有一定的应用潜力, 同时可以提高畜禽副产品 PPP 和 EPI 的利用率 综上, 今后在预乳化体系中进行脂肪替代品研究具有一定借鉴作用, 同时 PPP 和 EPI 作为脂肪替代品与 MP 的相互作用效果有待进一步研究 4 结论 本试验探讨了 PPP EPI 和 SC 3 种不同畜产源蛋白对 MP 在流变 质构 保水和核磁的影响, 发现 PPP 和 EPI 在加热过程中可以形成凝胶, 而 SC 加热后不能形成凝胶 ;PPP EPI 与 MP 会发生相互作用且相互作用指数均大于 0, 加入 PPP 所形成的 MP+PPP 凝胶与 MP 相比无明显差异, 而加入 EPI 后的形成的 MP + EPI 凝胶强度显著高于 MP, 加入 SC 不能对 MP 的凝胶性质起到较好的作用效果, 未能发生良好的交联, 与 MP 凝胶强度存在明显差异 在保水性方面, 添加 PPP EPI 后均能较好地改善 MP 的保水性, 与 MP 保水性存在明显差异 综上所述, 在肉类制品中, 可自身成胶的 PPP EPI 具有一定的应用潜力, 对未来凝胶类肉制品的质构调节及基于预乳化的脂肪替代品研究有一定借鉴作用 参考文献 : [ 1 ] Gordon A, Barbut S. Effect of chloride salts on protein extraction and interfacial protein film formation in meat batters[ J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2010, 58(2): 227-238 [ 2 ] 周光宏. 肉品加工学 [M]. 北京 : 中国农业出版社, 2008: 150-153 [ 3 ] Ni N, Wang Z Y, He F, Wang L C, Pan H, Li X, Wang Q, Zhang D Q. Gel properties and molecular forces of lamb myofibrillar protein during heat induction at different ph values [ J ]. Process Biochemistry, 2014, 49(4): 631-636 [ 4 ] 金淼, 周逸, 徐亦及, 唐剑波, 杨文鸽, 张进杰. 响应面法优化秘鲁鱿鱼 (Dosidicus gigas) 肌肉盐溶蛋白的提取和凝胶形成条件 [J]. 核农学报, 2016, 27(7): 1003-1011 [ 5 ] 王丽丽, 杨文鸽, 徐大伦, 张问. 外源添加物对鱼糜及其制品凝胶性能影响的研究 [J]. 核农学报, 2015, 29(10): 1985-1990 [ 6 ] 张兴, 杨玉玲, 马云, 王静宇. ph 对肌原纤维蛋白及其热诱导凝胶非共价键作用力与结构的影响 [ J]. 中国农业科学, 2017, 50(3): 564-573 [ 7 ] 华晓南. 酪蛋白酸钠预乳化对低饱和脂肪 蛋白质体系乳化凝胶特性的影响 [D]. 南京 : 南京农业大学, 2012
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1592 Journal of Nuclear Agricultural Sciences 2019,33(8):1584~ 1592 Physical and Chemical Research on the Interaction Between Meat Protein and Non-meat Proteins From Animals CAI Ruying 1 LI Lingyun 1 WANG Peng 1, WU Changling 1 XU Xinglian 1 ZHOU Hui 2 ( 1 Institute of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing, Jiangsu 210095; 2 Jiangsu Yurun Meat Industry Group Co., Ltd, Nanjing, Jiangsu 210041) Abstract:The purpose of this study is to explore the interaction between typical non-meat proteins from animals and myofibrillar protein ( MP). Solutions and heat-induced gelation models were established at equal proportion of these two kinds of proteins under simulated meat conditions (0. 6 mol L -1 NaCl, ph 6. 25). In this study, porcine plasma proteins ( PPP), egg-white protein isolate ( EPI) and sodium caseinate ( SC) were mixed with MP at the ratio of 1 1, respectively, and each single protein was used as the control. The viscosity, dynamic viscoelasticity during heating, gel strength and state of water molecule were measured by means of rheometer, texture analyzer and low field nuclear magnetic, respectively. The results showed that, PPP and EPI could form gels independently during the heating process, although the storage modulus ( G ) was relatively weak, compared with MP. In the meantime, inversely, SC kept as liquid after heating. After the addition of PPP and EPI, the interaction between these two proteins and MP would occur and resulted in a similar structure of gelation network to MP from interaction indexes. The G of mixed protein did not differ significantly (P>0. 05) with MP. Compared with strength of pure MP gel, gel strength of the gel adding PPP did not change significantly (P>0. 05), and EPI could enhance the gel strength of MP gel significantly(p<0. 05). The addition of PPP or EPI resulted in a significant increase in the water holding capacity of the heat-induced gelations ( P< 0. 05) with, increased immobile wate( P < 0. 05). The addition of SC would cause negative affections on rheological properties, texture properties and water holding capacities( P<0. 05), and the interaction index between SC and MP was negative. In conclusion, addition of PPP and EPI was positively correlated with MP after heating, and at the same time SC played negative roles during the formation process of gel network. This research provide experimental rate on using non-meat proteins in the processing emulsified of meat products. Keywords:porcine plasma proteins, egg-white protein isolate, myofibrillar protein, interaction, gelation properties