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不同凍結方式對高白鮭肌原纖維蛋白理化特性和功能特性的影響

2017-08-12 07:39:59高澤磊張建
江蘇農業科學 2017年11期

高澤磊+張建

摘要:為了研究不同凍結方式對高白鮭肌原纖維蛋白理化特性和功能特性的影響,取高白鮭背部肌肉,一部分置于普通冷柜-18、-24 ℃凍藏5周,另一部分利用液氮快速冷凍的方法置于-18、-24 ℃溫度下,利用FeCl3/H2O2/Asc氧化系統模擬對高白鮭肌原纖維蛋白的氧化,每隔1周測定魚肉理化指標及功能性指標的變化情況。結果表明:高白鮭在4種溫度條件下凍藏1~5周后,羰基含量和表面疏水性含量上升,總巰基含量和游離氨含量下降,氮溶性指數降低,乳化性及乳化穩定性下降,起泡性降低,蛋白質發生不同程度的氧化。貯藏的溫度越低,防止蛋白質氧化的效果越好。利用液氮快速冷凍的方法有助于高白鮭的貯藏保鮮,提高魚肉品質。可見,不同的凍結方式對高白鮭肌原纖維蛋白理化特性和功能特性有顯著影響,液氮快速冷凍的方法可有效提高魚肉品質。

關鍵詞:高白鮭;凍結方式;蛋白質氧化;肌原纖維蛋白;液氮速凍

中圖分類號: TS254.4文獻標志碼: A

文章編號:1002-1302(2017)11-0129-06[HS)][HT9.SS]

高白鮭是一種高好氧性冷水魚類,肉味鮮美,無肌間刺,生長迅速,是新疆冷水魚中的一大重要產業。目前低溫冷凍貯藏是高白鮭主要的保存方式之一,這種方式可以使原料中酶的活性、脂肪和蛋白質的氧化速率、微生物的生長代謝等都受到一定程度抑制。研究發現,凍肉品質的變化與凍藏條件有密切關系。國內外關于凍藏對水產品品質的影響研究較多,主要集中在不同凍藏條件下水產品的生化、功能特性以及加工特性的變化規律[1-6]。通常情況下,肉類品質隨著凍藏時間的延長而逐漸劣變。凍藏過程中,組成肉的各種化學成分之間會發生一系列復雜的物理、生物、化學變化,如蛋白質聚集變性、脂肪氧化、腐敗變質等。通常在相同溫度下畜肉凍藏的時間較長,禽肉和水產品的凍藏時間則相對較短,因為禽肉和水產品中易被氧化的不飽和脂肪酸含量相對較多[7-11]。但由于高白鮭肉質鮮嫩,極易受蛋白質氧化的影響,因此普通的低溫貯藏會造成魚肉品質的下降。

液氮是將空氣中的氮氣液化,得到無色、無味、透明、微溶于水的液體,化學性質穩定,而且無毒、無刺激性。美國最先將液氮應用于速凍食品,目前已廣泛應用于蝦、銀魚、蟹及鮑魚等水產品的速凍[12-15]。研究表明,液氮速凍處理的水產品可以保持較高的鮮度、味道和色度,而且可以殺死部分細菌,達到較高的衛生要求[16-18]。因此,本試驗利用液氮快速冷凍的方法,通過測定肌原纖維蛋白理化特性和功能特性來考察高白鮭肌肉蛋白氧化的情況,以期為高白鮭的貯藏保鮮提供依據。

1材料與方法

1.1材料與儀器

高白鮭魚(質量1 000~1 500 g,體長30~35 cm)由新疆賽湖漁業科技開發有限公司提供。氯化鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、2,4-二硝基苯肼、乙酸乙酯、乙醇、鹽酸胍、三氯乙酸、β-巰基乙醇、甘氨酸等均為分析純。

主要儀器:85-1磁力攪拌器(江蘇金壇市醫療儀器廠)、BL-206-Ⅱ高速冷凍離心機(金壇市恒豐儀器廠)、BS210S精密電子天平(北京賽多利斯儀器系統有限公司)、DK-8B電熱恒溫水槽(上海精宏實驗設備有限公司)、PHS-3CpH計(上海精密科學儀器有限公司)、Mini-protein Ⅲ紫外可見分光光度計(美國Bio-Rad公司)、T80冷凍食品中心溫度計(深圳市拓爾為電子科技有限公司)。

1.2試驗方法

1.2.1原料處理

將高白鮭魚解剖,用刀將魚脊背肌肉分割成大小均勻的肉塊(15 g),隨機取一部分分成4份,按照以下條件進行冷凍處理:(1)-18 ℃普通冷柜冷凍(以下溫度均按照中心溫度計算);(2)-24 ℃普通冷柜冷凍;(3)-18 ℃液氮快速冷凍;(4)-24 ℃液氮快速冷凍。分別包裝、封口,經1、2、3、4、5周凍藏后,在每個處理組中隨機取3份,定期測定理化指標和功能性指標。

1.2.2肌原纖維蛋白的提取

魚背部肌肉中的肌原纖維蛋白的提取參考Chin等的方法[19]并適當修改,提取液分別為磷酸鹽緩沖液A(50 mmol/L Na2HPO4、50 mmol/L NaH2PO4,pH=7.5),8 000 r/min,15 min,4 ℃條件下提取2次,棄去上清液,保留沉淀,再用磷酸鹽緩沖液B(50 mmol/L Na2HPO4、50 mmol/L NaH2PO4,0.6 mol/L NaCl,pH=7.5),5 000 r/min、15 min、4 ℃條件下提取2次,合并為上清液,即為肌原纖維蛋白。

1.2.3FeCl3/H2O2/Asc氧化系統

參照田童童等報道的方法[20]采用羥基自由基氧化體系(hydroxyl radical-generating system,簡稱為HRGS),即由0.1 mmol/L FeCl3,0.1 mmol/L維生素C和20 mmol/L H2O2組成。將提取的肌原纖維蛋白溶解在含有以上氧化體系的50 mmol/L磷酸鹽緩沖液中(pH=6.0),使蛋白的最終濃度為20 mg/mL。然后將樣品放置在4 ℃下 5 h,使高白鮭魚肌原纖維蛋白發生不同程度的氧化。通過添加丁基羥基茴香醚/水溶性維生素E/乙二胺四乙酸(butyk hydroxy anisd/trolox/ethylene diamine tetraacetic acid,簡稱BHA/Trolox/EDTA)使其最終濃度為1 mmol/L,中止氧化反應,氧化產物經過磷酸鹽緩沖液洗滌和離心處理去掉上清液,得到的沉淀用于測定理化和功能性指標。

1.3羰基含量的測定方法

參照Oliver等的方法[21]并加以改動,取5 mL的蛋白樣品溶液放進離心管中,每管中加入5 mL 10 mmol/L的2,4-二硝基苯肼(2,4-dinitrophenylhydrazine,簡稱DNPH),室溫下反應1 h(每10 min渦旋振蕩1次)后,添加5 mL 20% 三氯乙酸(trichiloro acetic acid,簡稱TCA),8 000 r/min離心 5 min,棄清液,用5 mL體積比為1 ∶[KG-*3]1的無水乙醇和乙酸乙酯混合溶液清洗沉淀3次,除去多余的試劑,再向沉淀中加入3 mL 6 mol/L 酸胍溶液后置于水浴鍋中(37 ℃,15 min),將沉淀溶解,8 000 r/min離心5 min除去不溶物質,取離心后的上清液用紫外分光光度計在370 nm處測吸光度。使用摩爾消光系數22 000 L/(mol·cm)計算羰基含量。

1.4總巰基含量的測定方法

參照di Simplicio等的方法[22]并加以改動,方法如下:取1 mL的蛋白樣品溶液,加入8 mL的三羥甲基氨基甲烷(Tris)-甘氨酸(pH=8,每升該溶液中含有10.4 g Tris、69 g甘氨酸、1.2 g EDTA、8 mol/L尿素),然后經均質,8 000 r/min 離心 15 min,除去不溶蛋白,在溶液中加入 0.5 mL 10 mmol/L Ellman試劑,反應0.5 h后,用紫外可見分光光度計在412 nm處測定吸光度,使用摩爾消光系數 13 600 L/(mol·cm) 計算總巰基含量,采用Biuret法測定蛋白質的含量。參照組除了不加蛋白溶液處,其他處理方法均如上所述。

1.5游離氨含量的測定方法

參照Brands等的方法[23]并加以改動,準確稱取40 mg的鄰苯二甲醛(o-phthalaldehyde,簡稱OPA),溶解于1 mL的甲醇中,分別加入2.5 mL 20%的十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfate,簡稱SDS)、25 mL 0.1 mol/L的硼砂、100 μL β-巰基乙醇后用蒸餾水定容到50 mL。將200 μL蛋白樣品液分別注入到含有4 mL空白液和4 mL OPA試劑的試管中,兩者混合均勻后在35 ℃條件下反應2 min,在340 nm下測吸光度D340 nm,二者之差ΔD340 nm為游離氨基的凈吸光度。氧化蛋白的吸光度與未氧化蛋白的吸光度相比所占百分比為游離氨的相對含量,計算公式如下,用游離氨基的相對含量進行作圖。

[JZ]游離氨相對含量=[SX(]ΔD340 nmD未氧化[SX)]×100%。

1.6表面疏水性的測定方法

參照Chelh等的方法[24]并加以改動,取1 mL的蛋白樣品溶液,加入200 μL 1 mg/mL的溴酚藍(bromophenol blue,簡稱BPB),混勻,室溫下攪拌10 min,然后8 000 r/min離心 15 min,取上清液在595 nm下測定吸光度,記作D595 nm。溴酚藍空白樣是用1 mL 20 mmol/L的磷酸鹽緩沖液(pH=6.0)加200 μL溴酚藍,磷酸鹽緩沖液作空白樣,在595 nm下測定吸光度,記作D0。計算公式如下:

[JZ]溴酚藍(μg)=[SX(]200 μg×(D0-D595 nm)D0[SX)]。

1.7氮溶性指數的測定方法

稱取10 mL蛋白樣品分散于10 mL的蒸餾水中,使用磁力攪拌器攪拌30 min,接著用1 mol/L NaOH或HCl溶液調節溶液的pH值至7.0,攪拌30 min后,4 ℃離心(8 000r/min,20 min)。采用雙縮脲法測定蛋白質的含量,以牛血清蛋白為標準蛋白,制作標準曲線。蛋白質的氮溶性指數用上清液蛋白濃度(mg/mL)占總蛋白濃度(mg/mL)的百分比表示。氮溶性指數(nitrogen solubility index,簡稱NSI)的計算公式:

[JZ]NSI=[SX(]上清液中的蛋白含量(mg/mL)樣品中總蛋白含量(mg/mL)[SX)]×100%。

1.8乳化性及乳化穩定性的測定方法

取大豆油和蛋白溶液按體積比1 ∶[KG-*3]4放入50 mL的塑料離心管中,使其混合均勻,然后從距離心管底部0.5 cm的位置取50 μL(剩余的混合液備用)混合均勻的溶液,放入到含有5 mL 0.1%十二烷基硫酸鈉溶液中,使用漩渦振蕩器使其混勻后用紫外可見分光光度計在500 nm處測定吸光度,記作D1;勻漿后10 min再次在相同位置取勻漿液50 μL,加入到 5 mL 0.1%十二烷基硫酸鈉溶液中,振蕩混勻后測定吸光度,記作D2,用0.1%十二烷基硫酸鈉溶液作空白對照。肌肉蛋白勻漿液的乳化性(emulsifying activity index,簡稱EAI)和乳化穩定性(emulsifying stability index,簡稱ESI),分別由下面公式來表示:

[JZ]EAI(m2/g)=[SX(]2×2.303C×(1-Φ)×104[SX)]×D1×L;ESI=[SX(]D2D1[SX)]×100%。

式中:L表示比色杯光徑,1 cm;Φ表示油相體積分數(Φ=02);C表示蛋白質濃度;D1表示乳狀液在0 min的吸光度;D2表示乳狀液在10 min的吸光度。

1.9起泡性的測定方法

在室溫25 ℃下,取20 mL的肌肉蛋白溶液,磁力攪拌 30 min,取10 mL(V0)溶液于50 mL塑料量筒中,高速勻漿機攪打1 min,立刻讀取泡沫的總體積(V1)。肌肉蛋白的起泡性Fc由下面公式來表示:

[JZ]Fc=[SX(]V1-V0V0[SX)]×100%。

1.10數據處理

數據分析及作圖分別采用SPSS 17.0、Origin 8.0軟件,所有試驗至少重復3次。

2結果與分析

2.1不同凍結方式對高白鮭肌原纖維蛋白羰基含量的影響

蛋白質發生氧化以后,醛基和酮基反應生成羰基。羰基的含量是反映蛋白質被氧化程度的重要指標。由圖1可知,貯藏4周時,-18 ℃、-24 ℃普通冷柜,-18 ℃、-24 ℃液氮速冷4組處理的樣品羰基含量分別為7.405、7.392、6.392、5.824 nmol/mg;凍藏5周時羰基含量分別達到8.271、8.181、7.838、6.324 nmol/mg。說明4種冷凍方式下,液氮冷凍比普通冷柜防止蛋白質氧化的效果要好,液氮速冷可以更有效地防止蛋白質氧化,但是試驗過程中發現,使用液氮快速冷凍時,必須及時控制速冷時間,否則會造成樣品嚴重的凍傷;同時貯藏溫度對防止蛋白質氧化造成高白鮭肌肉劣變有明顯影響,經-24 ℃普通冷柜貯藏后肌原纖維蛋白質中的羰基含量要比-18 ℃普通冷柜貯藏的低;-24 ℃液氮速冷也比 -18 ℃ 液氮速冷的蛋白質羰基含量低。

[HTK]2.2不同凍結方式對高白鮭肌原纖維蛋白總巰基含量的影響[HT]

由圖2可知,經不同冷凍方式下高白鮭肌原纖維蛋白中的總巰基含量隨著貯藏時間的延長而降低。-18 ℃普通冷柜凍藏1周高白鮭肌原纖維蛋白總巰基的含量是 64.26 μmol/mg,經過2、3、4、5周凍藏后,總巰基的含量下降到50.18、30.72、26.52、14.37 μmol/mg,分別下降21.91%、52.19%、58.73%、77.64%;-24 ℃普通冷柜經過2、3、4、5周凍藏后,高白鮭肌原纖維蛋白總巰基含量由 69.41 μmol/mg 分別下降20.21%、45.37%、59.88%、76.42%;-18 ℃液氮冷凍經過2、3、4、5周凍藏后,高白鮭肌原纖維蛋白總巰基含量由74.78 μmol/mg分別下降 30.82%、48.01%、63.47%、79.38%;-24 ℃液氮冷凍經過2、3、4、5周凍藏后,高白鮭肌原纖維蛋白總巰基含量由 78.29 μmol/mg 分別下降26.73%、41.60%、62.66%、76.09%。總巰基含量的降低代表蛋白質發生了變性,或者由于分子間的二硫鍵發生聚集,或者受到了氧化。Lund等指出,巰基含量的降低一定程度上代表了蛋白氧化的程度[25]。

[HTK]2.3不同凍結方式對高白鮭肌原纖維蛋白游離氨含量的影響[HT]

由圖3可知,經不同冷凍方式下高白鮭肌原纖維蛋白中的游離氨含量隨著貯藏時間的延長而降低。與冷藏后1周相比,-18 ℃普通冷柜凍藏2、3、4、5周后,高白鮭肌原纖維蛋白中游離氨的相對含量分別下降14.43、21.65、29.90、35.05百分點;-24 ℃普通冷柜經過2、3、4、5周凍藏后,高白鮭肌原纖維蛋白中游離氨的相對含量分別下降11.22、19.39、2347、29.59百分點;-18 ℃液氮冷凍經過2、3、4、5周凍藏后,高白鮭肌原纖維蛋白中游離氨的相對含量分別下降[JP2]1066、15.74、19.80、26.90百分點;-24 ℃液氮冷凍經過2、3、4、5周凍藏后,高白鮭肌原纖維蛋白中游離氨含量分別下降606、1313、18.18、20.20百分點。游離氨相對含量的降低可能是由于側鏈的—NH或—NH2氨基酸參與了羰基的形成。[JP]

[HTK]2.4不同凍結方式對高白鮭肌原纖維蛋白表面疏水性的影響[HT]

蛋白質表面疏水性反映了蛋白質分子表面疏水性氨基酸的相對含量,一般來說,它通常用來衡量蛋白質的變性程度。由于它能反映出蛋白位點在化學或物理上的微妙變化,所以疏水性被作為評價蛋白變性的一個重要參數[26]。從圖4中可看出,不同的冷凍方式對高白鮭肌原纖維蛋白的表面疏水性含量有明顯的影響,液氮速冷相比普通冷柜更能抑制蛋白質[CM(25]表面疏水性含量的增加。-18[KG*3]℃普通冷柜凍藏2、3、4、5[CM)]

周后,高白鮭肌原纖維蛋白表面疏水性由 28.58 μg 分別增加到37.83、63.25、70.21、78.92 μg;-24 ℃普通冷柜經過2、3、4、5周凍藏后,高白鮭肌原纖維蛋白表面疏水性由24.21 μg分別增加到35.72、60.32、68.72、73.32 μg;-18 ℃液氮冷凍經過2、3、4、5周凍藏后,高白鮭肌原纖維蛋白表面疏水性由[JP2]26.63 μg分別增加到31.93、50.25、62.13、70.35 μg;-24 ℃液氮冷凍經過2、3、4、5周凍藏后,高白鮭肌原纖維蛋白表面疏水性由27.28 μg分別增加到30.82、48.73、5625、67.45 μg。[JP]

[HTK]2.5不同凍結方式對高白鮭肌原纖維蛋白氮溶性指數的影響[HT]

一般蛋白質溶解程度的強弱用氮溶性指數的大小來反映。從圖5中可以看出,隨著貯藏時間的延長,高白鮭魚肌原纖維蛋白氮溶性指數在不斷下降。當貯藏時間為4周時,-18 ℃、-24 ℃普通冷柜和-18 ℃、-24 ℃液氮冷凍4組樣品中肌原纖維蛋白的氮溶性指數較貯藏后1周分別下降2778%、24.00%、21.05%、21.52%;-18 ℃液氮冷凍相比-18 ℃普通冷柜冷凍條件下在凍藏1、2、3、4、5周后,氮溶性指數分別上升5.56%、2.82%、8.33%、15.38%、1304%;在-24 ℃液氮冷凍條件下,高白鮭經過1、2、3、4、5周貯藏后氮溶性指數與-24 ℃普通冷柜冷凍貯藏相比分別上升5.33%、4.17%、7.94%、8.77%、14.00%。說明利用液氮快速冷凍的方式可以延緩高白鮭魚肌原纖維蛋白氮溶性指數的下降。

[HTK]2.6不同凍結方式對高白鮭肌原纖維蛋白乳化性及乳化穩定的影響[HT]

蛋白質氧化破壞蛋白質結構的穩定性,使蛋白質失去交聯能力,造成蛋白質乳化活性和乳化穩定性的下降。從圖6中可以看出,隨著貯藏時間的延長,高白鮭魚肌原纖維蛋白乳化性和乳化穩定性在不斷下降。與貯藏后1周相比,當貯藏時間為4周時,-18 ℃、-24 ℃普通冷柜和-18 ℃、-24 ℃液氮冷凍4組樣品中肌原纖維蛋白的乳化性分別下降1282%、11.39%、12.50%、8.54%,而乳化穩定性分別下降33.90%、31.15%、22.22%、21.54%;-18 ℃液氮冷凍與 -18 ℃ 普通冷柜冷凍條件下相比在凍藏1、2、3、4、5周后,乳化性分別上升2.56%、2.60%、2.74%、2.94%、6.25%,而乳化穩定性分別上升 6.78%、3.57%、23.81%、25.64%、2571%;在-24 ℃液氮冷凍條件下,高白鮭經過1、2、3、4、5周貯藏后乳化性與 -24 ℃ 普通冷柜冷凍貯藏相比分別上升3.80%、3.85%、541%、7.14%、7.69%,乳化穩定性分別上升6.56%、1.69%、12.5%、21.43%、12.20%。Lizarraga等認為,蛋白質和低分子量的表面活性劑是反映乳化特性和乳濁液穩定性的主要依據[27]。蛋白質受到不同程度的氧化,乳化特征也會發生相應程度的變化。[FL)]

[FL(2K2]2.7不同凍結方式對高白鮭肌原纖維蛋白起泡性的影響

由圖7可知,隨著貯藏時間的延長,高白鮭魚肌原纖維蛋白起泡性在不斷下降。當貯藏時間為4周時,-18 ℃、-24 ℃ 普通冷柜和-18 ℃、-24 ℃液氮冷凍4組樣品中肌原纖維蛋白的起泡性分別下降40.00%、35.29%、33.33%、35.00%;-18 ℃液氮冷凍與-18 ℃普通冷柜冷凍條件下相比,在凍藏1、2、3、4、5周后,起泡性分別上升20.00%、4167%、40.00%、33.30%、25.00%;在-24 ℃液氮冷凍條件下,高白鮭經過1、2、3、4、5周貯藏后起泡性與-24 ℃普通冷柜冷凍貯藏相比分別上升17.65%、12.50%、15.38%、1818%、37.50%。起泡性的降低反映了蛋白質的溶解性和黏度下降,這與蛋白質的乳化性及乳化穩定性是相對應的,反映了蛋白質的變性程度。

2.8不同凍結方式下各指標之間的相關性分析

高白鮭肌原纖維蛋白在不同凍結方式下物化特性和功能性質之間的相關性分析如表1至表4所示。由表1至表4可知,各指標之間有著顯著的相關性(P<0.05),大部分指標有極顯著的相關性(P<0.01)。當樣品在-18 ℃普通冷柜冷凍條件下,羰基含量與表面疏水性含量呈極顯著正相關(相關系數為0.95),與其他指標呈極顯著負相關;當樣品在-24 ℃ 普通冷柜冷凍條件下,總巰基含量與羰基含量、疏水性[CM(25]含量呈極顯著負相關(相關系數分別為-0.94、-0.99),[CM)]

與其他指標呈顯著正相關;當樣品在-18℃液氮快速冷凍條件下,表面疏水性含量與羰基含量呈極顯著正相關(相關系數為0.92),與其他指標呈負相關;當樣品在-24 ℃液氮快速冷凍條件下,所有指標之間均顯示出了極顯著的相關性(P<0.01)。因此,不同的冷凍條件下各指標之間的變化是相互聯系的。[FL)]

3結論

在不同凍結方式下高白鮭肌原纖維蛋白的理化特性和功能特性都發生了明顯變化,具體表現在隨著貯藏時間的延長,羰基含量和表面疏水性含量增加,總巰基含量和游離氨含量逐漸下降,蛋白質起泡性和氮溶性指數不斷降低,乳化性及乳[FL)]

[FL(2K2]化穩定性也呈下降趨勢。采用-18 ℃、-24 ℃液氮速冷貯藏時,高白鮭肌原纖維蛋白質羰基和疏水性的含量明顯比 -18 ℃、-24 ℃ 普通冷柜冷凍貯藏時含量低;而總巰基、游離氨、氮溶性指數、乳化性及乳化穩定性和起泡性明顯要高于同溫度下普通冷柜冷凍貯藏,說明液氮速冷的凍結方式對延緩蛋白質氧化具有一定作用;同時溫度越低越有利于延緩高白鮭肌肉的劣變。由于蛋白質的理化特性改變會嚴重影響高白鮭的品質、營養風味及生產加工性能,所以在加工、貯藏和運輸環節中考慮新型的凍結方式以及適當降低溫度有利于提高高白鮭的品質。

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