影響鴨肉肌原纖維蛋白凝膠保水性的因素研究

李亞楠，張坤生，任云霞

（天津市食品生物技術重點實驗室，天津商業大學 食品科學與工程系，天津 300134）

自古以來我國民間就有食鴨的習俗，鴨肉的蛋白含量高，脂肪和膽固醇較于其他肉類偏低，是很好的現代養生健康食品[1]。然而，我國的鴨肉的深加工技術落后，缺乏系統的研究。并且，在對肌原纖維蛋白熱誘導凝膠特性的研究方面，多以豬肉及禽肉中的雞肉[2-3]為研究對象。因此，本實驗以鴨肉為研究材料，為優化鴨肉的加工條件提供理論參考。

為了降低成本，并且盡量使產品保持優良的工藝特性，這就要求，肉制品中蛋白質和水的相互作用要達到最佳的狀態。這種相互作用，就包括蛋白質的水合和溶解作用[4]。同時，這些相互作用也是肌原纖維蛋白的重要功能特性。而這些相互作用會受到溶液環境和加熱方法的影響。目前，國內關于加熱方法對肌原纖維熱誘導凝膠方面的研究較少，且大多集中在加熱溫度方面進行研究。

因此，本實驗以鴨胸肉為材料，提取肌原纖維蛋白，并且探討溶液環境（蛋白濃度、NaCl濃度、pH）和加熱方法（加熱溫度、加熱時間、加熱速率），對肌原纖維蛋白熱誘導凝膠保水性的影響。

1 材料與方法

1.1 主要材料及儀器設備

冷凍鴨胸肉：購于天津迎賓放心肉超市；FA2004A型電子天平：上海精天電子儀器有限公司；J2-21臺式高速冷凍離心機：美國貝克曼公司；525BR電泳儀：美國BIO-RAD；pHS-3C數字pH計：天津市盛邦科學儀器技術開發有限公司；UV-7504紫外可見分光光度計：上海精密科學儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 肌原纖維蛋白的提取制備

肌原纖維蛋白的提取，根據Xiong及韓敏義等[5-6]的方法并稍加改動。將鴨胸肉解凍，添加4倍體積的0.01 mol/L Na2HPO4緩沖溶液,勻漿，冷凍離心，取沉淀；提取的沉淀按上述步驟反復提取。將多次提取的沉淀分散于4倍體積的0.1 mol/L NaCl溶液中，勻漿，冷凍離心，取沉淀。最后一次離心前，將沉淀與8倍體積NaCl溶液混合，調節pH為6，最終的沉淀即為肌原纖維蛋白沉淀，4℃儲存。蛋白質的濃度采用Folin-酚法進行測定。

1.2.2 溶液環境對蛋白溶解度和保水性的影響

結合文獻，選取蛋白濃度、溶解液pH、溶解液離子濃度為溶液環境的主要影響因素，測定鴨肉肌原纖維蛋白的溶解度和凝膠的保水性。采取單因素試驗，在改變其中的某個因素時，其2個因素的水平固定，即NaCl溶液濃度0.6 mol/L、溶解液pH 6.5、蛋白濃度40 mg/mL。

1.2.2.1 蛋白濃度的影響

將肌原纖維蛋白稀釋到20、30、40、50、60 mg/mL（溶于0.6 mol/L NaCl，50 mmol/L Na2HPO4緩沖溶液,pH 6.5），水浴加熱成膠，從20℃以0.5℃/min線性升溫到70℃，保溫20 min，4℃冷卻，留待測定。

1.2.2.2 NaCl濃度的影響

將肌原纖維蛋白稀釋到40 mg/mL（溶于0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mol/L NaCl，50 mmol/L Na2HPO4緩沖溶液,pH 6.5），水浴加熱成膠，4℃冷卻，留待測定。

1.2.2.3 pH的影響

將肌原纖維蛋白稀釋到40 mg/mL（溶于0.6 mol/L NaCl，50 mmol/L Na2HPO4緩沖溶,pH 5.0、5.5、6.0、6.5、7.0），水浴加熱成膠，4℃冷卻，留待測定。

1.2.3 加熱方法對蛋白保水性的影響

結合文獻，選取加熱溫度、加熱時間、加熱速率為加熱方法的主要影響因素，測定鴨肉肌原纖維蛋白凝膠的保水性。采取單因素試驗，在改變其中的某個因素時，其他2個因素的水平固定，即加熱溫度70℃、加熱時間20 min、加熱速率0.5℃/min。

1.2.3.1 加熱溫度的影響

將肌原纖維蛋白稀釋到40 mg/mL（溶于0.6 mol/L NaCl，50 mmol/L Na2HPO4緩沖溶液,pH 6.5），水浴加熱成膠，從20℃以0.5℃/min線性升溫到50、60、70、80、90、100℃，保溫20 min，4℃冷卻，留待測定。

1.2.3.2 加熱時間的影響

將肌原纖維蛋白稀釋到40 mg/mL，水浴加熱成膠，從20℃以0.5℃/min線性升溫到70℃，保溫0、10、20、30、40分鐘，4℃冷卻，留待測定。

1.2.3.3 加熱速率的影響

將肌原纖維蛋白稀釋到40 mg/mL，水浴加熱成膠，分別采用恒溫70℃加熱、非線性升溫到70℃、線性升溫（0.2、0.5、1.0、1.5、2 ℃/min）到70 ℃，保溫20 min，4 ℃冷卻，留待測定。

1.2.4 溶解度的測定

將處理過的肌原纖維蛋白溶液，按比例稀釋到適當的濃度，震蕩使蛋白顆粒均勻分散，在4℃7000 r/min離心15 min。取上清液測定蛋白濃度，溶解度根據以下公式計算。

溶解度=離心后上清液中的蛋白濃度/離心前的蛋白濃度×100

1.2.5 SDS-PAGE電泳

根據Ramirez-Saurez[7]等的方法，進行SDS-PAGE凝膠電泳試驗，分離膠12%、濃縮膠4%，觀察不同NaCl濃度和不同pH下，肌原纖維蛋白溶液的圖譜變化。

1.2.6 保水性的測定

參照Kocher和Foegeding的離心法測量[8],制備的肌原纖維蛋白凝膠，冷凍離心后稱總重，將離心后的水分除去，再稱重，然后計算保水性。

WHC/%=（W1-W）/（W2－W）×100

式中：W1為離心管+除去水分后的凝膠質量，g；W2為離心管+包含水分的凝膠的總質量，g；W為離心管的質量，g。

1.2.7 數據處理

本實驗每個處理設3個重復，實驗數據的統計分析采用SPSS 11.5軟件進行分析處理。

2 結果與討論

2.1 溶液環境對蛋白溶解度和保水性的影響

2.1.1 蛋白濃度的影響

蛋白濃度的影響見圖1。

圖1 蛋白濃度的影響Fig.1 The effect of protein concentration

由圖1可以看出，在其他因素不變的情況下，凝膠的保水性隨著肌原纖維蛋白濃度的升高而顯著升高（P<0.05）。Xiong[5]和徐幸蓮等[9]都曾提出：增大蛋白質的溶解度，能夠提高凝膠的保水性。如圖1所示，隨著蛋白濃度的增加，肌原纖維蛋白的溶解度也逐漸增大，因此，凝膠的保水性也隨之升高。

2.1.2 NaCl濃度的影響

NaCl濃度的影響見圖2。不同NaCl的濃度處理的肌原纖維蛋白電泳圖見圖3。

圖2 NaCl濃度的影響Fig.2 The effect of NaCl concentration

圖3 不同NaCl濃度處理的肌原纖維蛋白電泳圖Fig.3 SDS-PAGE pattern of duck myofibrillar proteins with different NaCl concentration

圖2可以看出：NaCl的離子濃度為0時，蛋白的溶解度和保水性都非常低。而加入NaCl溶液能使纖維蛋白上的負電荷增加，蛋白間的斥力加強，蛋白和水的相互作用加強，促進肌原纖維蛋白的溶解，提高凝膠的保水性。不同的離子濃度的NaCl溶液能提高凝膠保水性的程度也不一樣，溶解度和保水性隨著NaCl的離子濃度的升高而升高，但是在0.6 mol/L時，上升趨勢變緩，和0.8 mol/L時差異不顯著（P>0.1）。

圖3的電泳圖譜很好的證實了這個結果。NaCl濃度在0.2 mol/L時，幾乎看不到蛋白分子條帶，因為蛋白沒有溶解；NaCl濃度從0.2 mol/L～0.6 mol/L，蛋白條帶明顯變深，表明蛋白溶解度變大；從0.6 mol/L～0.8 mol/L，蛋白條帶沒有太大的變化，說明溶解度上升速度變緩；1.0 mol/L時，蛋白的溶解度繼續上升，而保水性則顯著下降（P<0.05），這可能是因為鹽濃度過高，使得蛋白的溶解度增高，但凝膠卻過度脫水導致。因此，NaCl的離子濃度0.6 mol/L～0.8 mol/L的范圍內，保水性較好，根據實際生產的成本和人們的身體健康考慮，采用較低的鹽濃度較好，因此，選定0.6 mol/L。

2.1.3 pH的影響

溶液環境的pH是影響蛋白凝膠保水性的重要因素。

圖4 pH的影響Fig.4 The effect of pH

由圖4可以看出，pH5.0～7.0范圍內，pH為5.0時，凝膠的溶解度和保水性最低。這是由于蛋白溶液的pH靠近肌肉蛋白等電點的緣故，此時，蛋白所含的靜電荷最少，蛋白間結合較緊密，蛋白溶解少，凝膠的保水性也低。隨著pH的升高，蛋白偏離了等電點，增加的電荷之間的靜電斥力使蛋白質結構松散，溶解度增大，蛋白束縛水的能力大大提高，使得保水性逐漸升高，到6.5～7.0間達到平緩，上升幅度變小，差異不顯著（P<0.05）。

圖5 不同pH值處理的肌原纖維蛋白電泳圖Fig.5 SDS-PAGE pattern of duck myofibrillar proteins with different pH

圖5的電泳圖譜也證實了這個結果，pH5.5～6.5，蛋白條帶由淺入深，蛋白溶解度增大；繼續升高，6.5～7.0，蛋白條帶變化不明顯，說明蛋白溶解度達到平緩。從實際生產考慮，并不能為了追求保水性而無限提高肉的pH，這是因為肉制品在堿性條件下不易防腐。因此，可以選擇pH的范圍為6.5～7.0。

2.2 加熱方法對蛋白保水性的影響

2.2.1 加熱溫度的影響

熱變溫度對蛋白凝膠保水性的影響如圖6所示。

圖6 加熱溫度的影響Fig.6 The effect of heating temperature

加熱到溫度50℃時的凝膠保水性最低，隨后，在50℃～60℃的溫度范圍內，保水性顯著升高（P<0.05）；溫度60℃～70℃的范圍內，保水性雖然繼續升高，但趨于平緩（P>0.1）；70℃～100℃溫度范圍內，保水性逐步下降。這是因為加熱溫度直接影響肌原纖維蛋白熱誘導凝膠的形成。

2.2.2 加熱時間的影響

加熱時間也會影響蛋白的變性和其他一些因素，見圖7。

圖7 加熱時間的影響Fig.7 The effect of warming-up time

由圖7實驗結果可以看出，不同加熱時間對凝膠的保水性不同。其中，0～10 min，10 min～20 min，2個區間內，加熱時間對保水性的影響都是差異顯著的（P<0.05）；20 min～40 min，這段時間的加熱時間對保水性的影響差異并不顯著（P>0.1）。其原因可能是因為，合適的加熱保溫時間可以提供蛋白足夠的變性機會，形成更為致密均勻的網絡結構，導致蛋白凝膠的保水性也較好。但是，當蛋白變性完成時，再提供更多的加熱時間也沒有了意義，保水性并沒有太大的差異。因此，本實驗得出，加熱保溫凝膠20 min，能夠得到良好的凝膠保水性，同時節省了時間。

2.2.3 加熱速率的影響

加熱速率對肌原纖維蛋白凝膠保水性的影響如圖8、9所示。

圖8 加熱速率的影響Fig.8 The effect of heating rate

圖9 加熱速率的影響Fig.9 The effect of heating rate

線性升溫、非線性升溫、恒溫3種溫度加熱方法，對保水性的影響是非常差異顯著的（P<0.05）。其中，線性升溫的凝膠保水性最好，達到87.16%，其次是非線性升溫，保水性為76.74%，效果最不好的是恒溫加熱40.45，保水性很低。原因可能是線性升溫跟非線性升溫和恒溫相比，給了蛋白質變性足夠的時間。當線性升溫加熱速率為0.2℃/min時，保水性最高，但與0.5℃/min相比，差異不顯著（P>0.1）；隨著加熱速率的加快，保水性隨之降低，且差異顯著（P<0.05）。

同樣是因為加熱速率較低時，給了肌原纖維蛋白變性充足的時間，保水性較高；而速率加快，蛋白變性可能不充分，因此保水性降低。

3 結論

1）溶液環境對鴨肉肌原纖維蛋白的溶解度和凝膠的保水性有很大的影響。蛋白濃度越大，蛋白的溶解度越大，凝膠的保水性越好。

2）蛋白的溶解度隨著NaCl的離子濃度的升高而變大；保水性則在NaCl的離子濃度0.6 mol/L～0.8 mol/L的范圍內得到較好的結果，根據實際生產的成本和人們的身體健康考慮，采用較低的鹽濃度0.6 mol/L。

3）pH偏離蛋白等電點越遠，保水性越好，為了避免由于pH堿性條件下增大防腐的難題，選擇pH的范圍為6.5～7.0。

4）加熱方法對鴨肉蛋白凝膠的保水性有著直接的影響。加熱溫度為70℃，加熱時間為20 min，加熱速率0.2℃/min～0.5℃/min，凝膠保水性最好。

[1]段修軍，陳章言.番鴨及其雜交鴨屠宰性能及胴體中某些常量營養成分的比較[J].養禽與禽病防治，2002(11):8－10

[2]楊龍江,南慶賢.肌肉蛋白質的熱誘導凝膠特征及影響因素[J].肉類工業,2001(10):39

[3]XIONG Y L，C J Brekke.Gelation properties of chicken myofibrils treated with calcium and magnesium chlorides[J].Meat foods,1991(2):21-36

[4]韓敏義.兔骨骼肌肌球蛋白濁度、溶解度及熱誘導凝膠強度研究[D].南京:南京農業大學,2003

[5]XIONG Y L,BREKKE C J.Changes in protein solubility and gelation properties of chicken myofibrils during storage[J].Journal of foodscience,1989,54(5):1141-1146

[6]韓敏義,費英,徐幸蓮,等.低場NMR研究pH對肌原纖維蛋白熱誘導凝膠的影響[J].中國農業科學,2009,42(6):2098-2104

[7]RAMIREZ-SUAREZ J C，XIONG Y L.Effect of transglutaminas-einduced cross-linking on gelation of myofibrillar/soy protein mixtures[J].Meat science,2003,65(2):899-907

[8]Kocher P N,Foegeding E A.Microcentrifuge-based method for measuring water-holding of protein gels[J].Journal of food science,1993,58(5):1040-1046

[9]徐幸蓮,周光宏,黃鴻兵,等.蛋白質濃度、pH值、離子強度對兔骨胳肌肌球蛋白熱凝膠特性的影響[J].江蘇農業學報,2004,20(3):159-163