線性與非線性多糖對雞肉肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

肖雄等

摘 要：將不同質(zhì)量濃度（0.15～0.30 g/100 mL）的線性魔芋膠（konjac glucomannan，KGM）和非線性支鏈淀粉（amylopectin，AP）添加到雞胸肉肌原纖維蛋白（myofibrillar protein，MP）溶液中，通過測定MP凝膠的保水性、凝膠硬度、流變特性和橫向弛豫時間變化，研究不同分子鏈形態(tài)多糖對其凝膠特性的影響。結(jié)果表明：與未添加多糖的對照組相比，線性多糖能明顯增強MP凝膠硬度（P<0.05），且添加量大于0.30 g/100 mL時，凝膠的保水性顯著提高（P<0.05）；而非線性多糖對持水性和凝膠硬度影響不顯著（P>0.05），且其對儲能模量（G）和耗能模量（G）的提高作用也不及線性多糖。同時，兩種多糖（0.30g/100 mL）均在一定程度上降低了T22和T23值，但變化不明顯（P>0.05）。因此，線性多糖對雞胸肉肌原纖維蛋白凝膠特性的改善作用大于非線性多糖。

關(guān)鍵詞：肌原纖維蛋白；凝膠特性；線性多糖；非線性多糖

Effects of Linear and Non-Linear Polysaccharides on the Gel Properties of Chicken Breast Myofibrillar Protein

XIAO Xiong， SHI Kefu， WU Shuangshuang， YAO Jing， XIE Tingting， CHEN Conggui*

（School of Biotechnology and Food Engineering， Hefei University of Technology， Hefei 230009， China）

Abstract： The effects of polysaccharides of different molecular chain types on the properties of chicken breast myofibrillar protein （MP） gels were investigated by addition of linear konjac glucomannan （KGM） and non-linear amylopectin （AP） into MP solution at addition levels 0.15 ? 0.30 g/100 mL. Water holding capacity （WHC）， gel hardness， rheological properties and transverse relaxation time of MP gel samples were measured. Results showed that linear polysaccharide could significantly enhance gel hardness and dramatically improved WHC at addition levels > 0.30 g/100 mL （P < 0.05）， compared with control group， while non-linear polysaccharide had no apparent influence on these parameters

（P > 0.05）. Moreover， the AP-induced enhancement of storage modulus G and loss modulus G was inferior to that induced by KGM， though the transverse relaxation time of WHC. T22 and T23 values were faintly reduced by both polysaccharides （P > 0.05）. Consequently， linear polysaccharide was more beneficial to improve the gel properties of chicken breast MP.

Key words： myofibrillar protein； gel properties； linear polysaccharide； non-linear polysaccharide

中圖分類號：TS251.51 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-8123（2015）01-0001-05

doi： 10.7506/rlyj1001-8123-201501001

多糖類物質(zhì)是肉制品生產(chǎn)中常用的一種輔料，可作為脂肪替代物，在低脂肉制品開發(fā)中扮演著重要的角色；魔芋膠（konjac glucomannan，KGM）[1]、卡拉膠、刺槐豆膠、淀粉[2]、海藻酸鈉、結(jié)冷膠[3]、亞麻籽膠、黃原膠[4]等多糖應(yīng)用于肉制品，可降低肉制品的生產(chǎn)成本，顯著改善肉糜制品的凝膠特性、持水性，并可延長產(chǎn)品貨架期[5-6]。肌原纖維蛋白（myofibrillar protein，MP）約占原料肉總蛋白的40%～60%，是最重要的一類鹽溶蛋白[7]；主要由肌球蛋白、肌動蛋白、肌動球蛋白、原肌球蛋白等組成[8]，其熱誘導(dǎo)凝膠的性能決定了肉制品的保水、質(zhì)構(gòu)及黏著性等[9]。

多糖特性不同，對肉蛋白凝膠特性的影響有差異。Zhou等[10]研究發(fā)現(xiàn)，陰離子多糖（如卡拉膠）和中性多糖（如刺槐豆膠）更適合作為脂肪替代物，用于改善低脂肉制品品質(zhì)；而陽離子多糖（如殼聚糖）對雞胸肉肌球蛋白凝膠的保水、硬度和黏彈性作用并不明顯。閔維等[11]研究在相同添加量下，隨著葡聚糖分子質(zhì)量的增加，大豆7S蛋白混合體系的黏彈性顯著增加。吳滿剛等[12]在研究不同淀粉對肌纖維蛋白凝膠強度和微觀結(jié)構(gòu)的影響時發(fā)現(xiàn)，淀粉顆粒大小與糊化溫度會影響復(fù)合凝膠的強度，并會影響淀粉在凝膠中的充填效應(yīng)。但比較分析不同分子鏈型多糖對肌原纖維蛋白凝膠特性的影響研究，尚未見文獻報道。本研究以雞肉肌原纖維蛋白為對象，選擇兩種代表性的線性與非線性多糖，研究其對MP凝膠特性的影響，旨在為低脂肉制品開發(fā)中多糖的篩選提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

雞胸肉 合肥家樂福超市；KGM 湖北強森魔芋科技有限公司；支鏈淀粉（amylopection，AP） 日本Tokyo Chemical Industry公司。

所有化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

BC/BD-241冰柜 青島海爾集團公司；BSA/24S Sartorius電子分析天平 德國賽多利斯股份公司；

SCX-8/2A絞肉機 上海雙蝶廚具有限公司大溪分公司；DS-1組織搗碎勻漿機 上海越磁電子科技有限公司；FA25高剪切乳化機 德國Fluko公司；B260/B220恒溫水浴鍋 上海亞榮生化儀器廠；8S-1磁力攪拌器 江蘇省金壇市金城國勝實驗儀器廠；GL-21M高速冷凍離心機 湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；CT14RD冷凍離心機 上海天美生化儀器設(shè)備有限公司；TA-XT Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro System公司；MiniMR-60微型核磁共振成像儀 上海紐邁電子有限公司；HR-3型Discovery流變儀 美國TA公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

1.3.1.1 MP標(biāo)準提取液的制備

參照Liu[13]、Westphalen[14]等的方法，從雞胸肉中提取MP；并用0.6 mol/L KCl-K3PO4鹽緩沖液（pH 7.0），將MP提取液的蛋白質(zhì)量濃度標(biāo)準化至3.5 g/100 mL，得到MP標(biāo)準提取液。

1.3.1.2 多糖-MP混合溶液的制備

取100 g的MP標(biāo)準提取液，按質(zhì)量濃度0、0.15、0.30、0.45、0.60 g/100 mL，分別添加KGM和AP兩種多糖。在4 ℃條件下攪拌混合，并于10 000 r/min條件下均質(zhì)2 min；再在4 ℃條件下放置12 h，使MP和多糖充分混勻，分別制成KGM-MP和AP-MP混合液。

1.3.1.3 多糖-MP混合凝膠的制備

分別稱取10 g上述兩種多糖-MP混合溶液，置于10 mL小燒杯（內(nèi)徑約27 mm，高度約35 mm）內(nèi)；放入20 ℃水浴中，以2.5 ℃/min的升溫速率，加熱至80 ℃后保溫30 min；取出小燒杯，冰水浴冷卻，于4 ℃條件下冷藏12 h，即得到KGM-MP凝膠和AP-MP凝膠。

1.3.2 指標(biāo)測定

1.3.2.1 保水性

參照Kocher[15]、Zhou[10]等的方法。稱取約3 g的凝膠樣品，置于離心管中，于4 ℃、1 000×g條件下離心10 min。實驗重復(fù)3 次。

1.3.2.2 凝膠硬度

參照Zhou等[10]的方法。采用質(zhì)構(gòu)儀的GMIA凝膠程序測定。實驗重復(fù)8 次。

1.3.2.3 流變特性

參照Verbeken等[16]的方法并作修改。流變儀采用振蕩模式，其他檢測參數(shù)為平行板直徑60 mm，狹縫0.55 mm，應(yīng)變2%，振動頻率0.795 Hz。測試過程包括升溫和降溫2 個階段，溫度變化范圍為20～80 ℃，升溫速率2 ℃/min，降溫速率4 ℃/min。分別記錄升溫、降溫過程中的儲能模量（G）、耗能模量（G）及相位角（δ）正切值的變化。

1.3.3 橫向弛豫時間

參照Han等[17]的方法并作修改。采用低場核磁共振技術(shù)檢測，在微型核磁共振成像儀上進行，約1～5 g樣品放入直徑25 mm核磁管中，質(zhì)子共振頻率為23.318 MHz，自旋-自旋弛豫時間T2用Carr-Purcell-Mebiboom-Gill （CPMG）序列進行測量，其中回波時間（TE）值為400 μs，18 000 個回波，重復(fù)掃描4 次，重復(fù)等待時間為8 000 ms，得到的指數(shù)衰減圖形，且使用SIRT算法擬合得到T2譜圖。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)分析；采用t-檢驗進行顯著性分析；采用Origin 8.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 添加線性KGM和非線性AP對雞胸肉MP保水性的影響

小寫字母不同，表示同一種多糖不同水平之間差異顯著（P<0.05）；大寫字母不同，表示同一水平下不同多糖之間差異顯著（P<0.05）。下同。

由圖1可知，對于非線性、高度分支化的AP，由于其存在空間位阻和無定形區(qū)，不容易暴露分子內(nèi)部基團，對水的吸附能力較弱；但在受熱膨潤及糊化后，其分子結(jié)構(gòu)會一定程度向外擴散，轉(zhuǎn)變成不規(guī)則的松散結(jié)構(gòu)，形成具有較高黏度的溶膠，利于提高AP-MP凝膠的保水性。兩種多糖的分子鏈型、分子側(cè)鏈基團種類及含量的不同，可能導(dǎo)致與MP之間形成不同的結(jié)合方式，進而對MP凝膠產(chǎn)生了不同的保水效果。本研究結(jié)果與Chin等[1]研究KGM影響草魚MP凝膠保水性、Xiong等[18]研究KGM影響豬肉MP凝膠保水性時的實驗結(jié)果一致，這可能同KGM的強吸水能力以及KGM與MP之間的交聯(lián)作用有關(guān)。Petracci[19]、Rolland-Sabate[20]等報道了AP能夠抑制淀粉回生及其凝膠結(jié)構(gòu)中汁液的流失。KGM的線性分子結(jié)構(gòu)容易為其分子鏈上的羥基與水的相互作用提供大量的結(jié)合位點，空間阻礙小；且KGM受熱后形成熱不可逆的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也可進一步保留水分[21-22]。

2.2 添加線性KGM和非線性AP對雞胸肉MP凝膠硬度的影響

由圖2可知，隨著線性多糖KGM添加量的增多，KGM-MP凝膠硬度依次顯著增加（P<0.05）。而對于非線性多糖AP，其添加量超過0.30 g/100 mL時，可顯著提高AP-MP凝膠的硬度（P<0.05）；若進一步提高AP添加水平，其混合凝膠硬度值無顯著變化（P>0.05）。可見，添加線性分子鏈多糖KGM更有利于提高多糖-MP混合凝膠的硬度。據(jù)Prestes等[23]研究報道，AP含量較高的淀粉受熱凝膠化后，具有較低的凝膠強度，其原因在于AP的分支化結(jié)構(gòu)使得淀粉顆粒不容易在溶液狀態(tài)下進行分子自組裝。而線性結(jié)構(gòu)的KGM則容易形成彈性凝膠[20]，且添加量越大，彈性越大。Liu[24]、Park[25]等研究也發(fā)現(xiàn)，添加KGM可以提高低質(zhì)量魚糜的凝膠硬度；而在豬肉MP中添加KGM和淀粉，也均能提高其凝膠硬度[18，26]。因此，AP的非線性、高度分支化結(jié)構(gòu)可能會影響其在蛋白凝膠過程中與體系成分的相互作用；而線性的KGM較容易與體系組分進行有序化結(jié)合，或容易發(fā)生纏繞、交聯(lián)作用，并由此增加了的凝膠硬度值。

2.3 添加線性KGM和非線性AP對流變特性的影響

由圖3可知，在加熱初期（<40 ℃），未添加多糖的MP組G變化很小，意味著MP還未變性；42～46 ℃時，G急劇增加，并于46 ℃時達到峰值點；而在46～58 ℃范圍內(nèi)，G又迅速降低。由此可知，42～58 ℃是雞胸肉MP的熱變性溫度范圍。58 ℃后，G值呈現(xiàn)持續(xù)增加趨勢，但在70～80 ℃范圍內(nèi)，變化較平緩。G在加熱終點溫度80 ℃時達到最大值533.26Pa，且總體呈現(xiàn)出先增加后降低再增加的變化趨勢。G在60 ℃之前的變化規(guī)律和G類似，但是60 ℃以后變化幅度不及G。

由圖4可知，冷卻過程中，G和G相對空白組持續(xù)增加，表明熱凝膠冷卻過程中，凝膠彈性在持續(xù)增強。無論是加熱還是冷卻過程，KGM-MP組凝膠過程中G和G均相對空白組依次升高，且G增加程度遠大于G增加程度，說明熱誘導(dǎo)后的MP形成了彈性凝膠。在MP中加入線性KGM，KGM-MP混合體系的峰值點位置普遍右移了2～6 ℃（圖3），即MP熱變性溫度增大，反映出KGM與MP之間可能存在某種作用，并提高了體系的熱穩(wěn)定性。總之，KGM-MP組凝膠彈性隨著KGM含量的增加而迅速增加，這正好可解釋圖2KGM-MP組凝膠硬度值的顯著增加。由圖5可知，單獨的KGM緩沖液，經(jīng)熱誘導(dǎo)后形成了彈性凝膠[20]，和蛋白作用后，可加強蛋白凝膠的彈性。

由圖6可知，AP-MP組具有和MP組高度相似的黏彈性變化圖，說明加入AP后并不影響凝膠過程中MP的主導(dǎo)地位。同樣的現(xiàn)象也在KGM-MP組流變圖中發(fā)現(xiàn)。不同的是AP-MP組黏彈性變化不及KGM-MP組強烈；而且隨著AP的增加，G逐漸降低，但是AP-MP組G值總體仍呈大于MP組。AP-MP組的熱變性溫度相對空白組只增加了2～4 ℃，小于KGM-MP組，說明線性KGM比非線性AP對MP熱穩(wěn)定性的改善作用更大。這可能是因為KGM的線性分子結(jié)構(gòu)，相比無規(guī)則的AP分子，更容易與蛋白支鏈發(fā)生交聯(lián)、包埋，且KGM分子上豐富的羥基和酰基與體系中其他成分作用，從而影響蛋白的變性。AP-MP凝膠在冷卻過程中，G和G變化趨勢與KGM-MP相似，只是增加程度不及KGM-MP。以上分析說明非線性多糖對MP流變行為的影響不及線性多糖。

2.4 添加線性KGM和非線性AP對橫向弛豫時間的影響

由圖7可知，MP凝膠的T2水分分布圖上有4 個特征峰，對應(yīng)的弛豫時間分別為：0.12～0.50 ms（T20）、10.72～21.54 ms（T21）、100.00～351.12 ms（T22）和811.00～1629.75 ms（T23）。其中T20代表與蛋白質(zhì)極性基團緊密結(jié)合的結(jié)合水；T21是介于結(jié)合水和不易流動水之間的組分；T22代表被截留在MP分子中的不易流動水，是體系中水分的主要存在形式；T23代表MP晶格中的自由水。這與過去在雞肉干[27]、醬牛肉[28]和鱈魚[29]中觀察到的低場核磁共振技術(shù)水分分布結(jié)果類似，但在具體的弛豫時間上有所差別，這可能與原料、低場核磁共振技術(shù)測試條件、反演方法及數(shù)據(jù)分析方法等因素的不同有關(guān)。而添加0.30g/100mL的線性KGM和非線性AP均可改變MP凝膠的T2弛豫時間分布；且導(dǎo)致多糖-蛋白混合凝膠的T22和T23減小，但這種減少并不顯著（P>0.05）

（表1）。Bertram等[30]研究認為，持水性和T2弛豫時間分布有很大的相關(guān)性；而T22和T23的降低，說明添加的多糖會增強阻滯凝膠體系中水分流動的程度，進而提高凝膠的保水性。

3 結(jié) 論

與非線性的支鏈淀粉AP相比，具有直鏈線性分子結(jié)構(gòu)的多糖KGM，更容易與MP蛋白發(fā)生交聯(lián)等作用，使得線性多糖KGM-MP混合體系的G和G均顯著高于非線性多糖AP-MP體系，進而提高了KGM-MP混合凝膠的保水能力和凝膠硬度。

參考文獻：

[1] CHIN K B， GO M Y， XIONG Y L. Konjac flour improved textural and water retention properties of transglutaminase-mediated， heat-induced porcine myofibrillar protein gel： effect of salt level and transglutaminase incubation[J]. Meat Science， 2009， 81： 565-572.

[2] ELIZABETH G G， ALFONSO T. Low-fat sodium-reduced sausages： effect of the interaction between locust bean gum， potato starch and κ-carrageenan by a mixture approach[J]. Meat Science， 2008， 78（4）： 406-413.

[3] 張慧旻， 陳從貴， 聶興龍. 結(jié)冷膠與海藻酸鈉在低脂豬肉凝膠改性的影響[J]. 食品科學(xué)， 2007， 28（10）： 80-82.

[4] 孫健， 王鵬， 徐幸蓮， 等. 豬肉腸中亞麻籽膠、卡拉膠和黃原膠的相互作用[J]. 食品科學(xué)， 2012， 33（13）： 134-139.

[5] 賈娜， 陳倩， 韓齊， 等. 食用膠對豬肉肌原纖維蛋白功能特性的影響[J]. 食品工業(yè)科技， 2013（23）： 282-285.

[6] 張國叢， 李美桃， 劉歡， 等. 親水膠體及其復(fù)配膠在肉制品中應(yīng)用的研究進展[J]. 肉類研究， 2008， 22（4）： 7-9.

[7] 楊速攀， 彭增起. 肌原纖維蛋白凝膠研究進展[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2003（增刊1）： 160-163.

[8] 夏秀芳， 孔保華， 張宏偉. 肌原纖維蛋白凝膠形成機理及影響的研究進展[J]. 食品科學(xué)， 2009， 30（9）： 264-268.

[9] MACFARLANE J J， SCHMIDT G R， TURNER R H. Binding of meat pieces： a comparison of myosin， acto-myosin and sarcoplasmic proteins as binding agents[J]. Food Science， 1977， 42： 1603-1606.

[10] ZHOU Y Z， CHEN C G， CHEN X， et al. Contribution of three ionic types of polysaccharides to the thermal gelling properties of chicken breast myosin[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2014， 62： 2655-2662.

[11] 閔維， 楊曉泉. 不同分子量葡聚糖與大豆7S蛋白混合凝膠的流變學(xué)性質(zhì)[J]. 食品科學(xué)， 2010， 31（1）： 43-47.

[12] 吳滿剛， 熊幼翎， 陳潔. 不同淀粉對肌纖維蛋白凝膠強度和微觀結(jié)構(gòu)的影響[J]. 食品工業(yè)科技， 2010， 31（9）： 95-97.

[13] LIU W J， STEVENSON C D， LANIER T C. Rapid heating of Alaska Pollock and chicken breast myofibrillar proteins as affecting gel rheological properties[J]. Journal of Food Science， 2013， 78（7）： 971-977.

[14] WESTPHALEN A D， BRIGGS J L， LONERGAN S M. Influence of pH on rheological properties of porcine myofibrillar protein during heat induced gelation[J]. Meat Science， 2005， 70： 293-299.

[15] KOCHER P N， FOEGEDING E A. Microcentrifuge-based method for measuring water-holding of protein gels[J]. Journal of Food Science， 1993， 58（5）： 1010-1046.

[16] VERBEKEN D， NEIRINCK N， MEEREN V P D， et al. Influence of κ-carrageeenan on the thermal gelation of salt-soluble meat proteins[J]. Meat Science， 2005， 70： 161-166.

[17 ] HAN M Y， ZHANG Y J， FEI Y， et al. Effect of microbial transglutaminase on MNR relaxometry and microstructure of pork myofibrillar protein gel[J]. European Food Research and Technology， 2009， 228（4）： 665-670.

[18] XIONG G Q， CHENG W， YE L X， et al. Effects of konjac glucomannan on physicochemical properties of myofibrillar protein and surimi gels from grass carp[J]. Food Chemistry， 2009， 116： 413-418.

[19] PETRACCI M， BIANCHI M， MUDALAL S， et al. Functional ingredients for poultry meat products[J]. Trends in Food Science and Technology， 2013， 33（1）： 27-39.

[20] ROLLAND-SABATE A， SANCHEZ T， BULEON A， et al. Structural characterization of novel cassava starches with low and high-amylose contents in comparison with other commercial sources[J]. Food Hydrocolloids， 2012， 27（1）： 161-174.

[21] YING W C， ZHANG H B， HUANG L. Effects of SDS on the sol-gel transition of konjac glucomannan in SDS aqueous solutions[J]. Colloid Polymer Science， 2008， 286： 663-672.

[22] CHEN J， LI J， LI B. Identification of molecular driving forces involved in the gelation of konjac glucomannan： effect of degree of deacetylation on hydrophobic association[J]. Carbohydrate Polymers， 2011， 86： 865-871.

[23] PRESTES R C， SILVA L B， TORRI A M P， et al. Sensory and physicochemical evaluation of low-fat chicken mortadella with added native and modified starches[J]. Journal of Food Science and Technology， 2014. doi： 10.1007/s13197-014-1496-2.

[24] LIU J H， WANG X P， DING Y T. Optimization of adding konjac glucomannan to improve gel properties of low-quality surimi[J].Carbohydrate Polymers， 2013， 92（1）： 484-489.

[25] PARK J W. Temperature-tolerant fish protein gels using konjac flour[J]. Journal of Muscle Food， 1996， 7： 165-174.

[26] SHON S R， CHIN K B. Evaluation of rheological properties of pork myofibrillar protein with tapioca starch and its utilization to the pork model sausages[J]. Korean Journal for Food Science of Animal Resources， 2012， 32（3）： 323-329.

[27] LI M Y， WANG B H， ZHAO G M et al. Determining the drying degree and quality of chicken jerky by LF-NMR[J]. Journal of Food Engineering， 2014， 139： 43-49.

[28] 朱曉紅， 李春， 胡海濤， 等. 結(jié)合LF-NMR研究不同處理對醬牛肉保水性的影響[J]. 食品工業(yè)科技， 2012（4）： 92-96.

[29] SANCHEZ-ALONSO I， MORENO P， CARECHE M. Low field nuclear magnetic resonance （LF-NMR） relaxometry in hake （Merluccuis merluccius L.） muscle after different freezing and storage conditions[J]. Food Chemistry， 2014， 153： 250-257.

[30] BERTRAM H C， ANDERSEN H J， KARLSSON A H. Comparative study of low-field NMR relaxation measurements and two traditional methods in the determination of water holding capacity of pork[J]. Meat Science， 2001， 57： 125-132.