竇川林,林 靜,董 唯,尚永彪,3,4,*
(1.西南大學食品科學學院,重慶 400715;2.隆昌市農產品質量安全監督檢驗檢測站,四川 隆昌 642150;3.農業部農產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室(重慶),重慶 400715;4.重慶市特色食品工程技術研究中心,重慶 400715)
泥鰍(Misgurnus anguillicaudatus)屬于鯉形目鰍科泥鰍屬[1]。泥鰍食性雜,繁殖能力強,存活率高,生長快,抗病力強,是我國重要的名優經濟淡水魚類。泥鰍肉質細膩、味道鮮美、營養豐富、有水中人參之美譽[2]。每100 g泥鰍肉中約含有蛋白質22.6 g、脂肪2.9 g、碳水化合物2.5 g、灰分1.6 g、鈣51 mg、磷154 mg、鐵3 mg、硫黃素0.08 mg、核黃素0.16 mg、尼克酸5 mg,還有多種維生素、較多的不飽和脂肪酸[3]。
目前泥鰍主要是以水養鮮活的方式進行運輸和銷售,不僅損耗大、成本高,也不符合現代社會對食品衛生、環保及貯運物流的要求,由加工企業集中宰殺并通過冷鏈銷售必然會成為今后生鮮泥鰍的主要供應模式。微凍是近些年來開始使用的水產品保鮮技術,特點是將水產品保存在稍低于細胞汁液凍結點的溫度中,使水產品處于部分凍結或過冷卻的狀態[4]。相對于其他冷凍保鮮技術而言,微凍冷藏對魚體凍害不嚴重,設備簡單、費用低,能較好地保持淡水魚鮮度,魚體表面色澤好,且能有效地抑制細菌繁殖,延長保鮮期,延緩脂肪氧化,解凍汁液流失少,所需降溫耗能較少。因此,作為一種較好的中短期貯藏水產品的方法,微凍技術的應用受到越來越多的關注。茶多酚作為一種優質天然抗氧化劑,具有無異味、無毒副作用、安全性高、抗氧化性強等優點,是一種能夠延緩腐敗變質的食品添加劑,范文教等[5]研究表明,茶多酚處理能延長鰱魚的微凍保鮮時間。
肌原纖維蛋白是一類具有重要生理學功能特性的鹽溶性蛋白質,其溶解性、乳化性、表面疏水性、流變特性、凝膠特性等功能特性很大程度上決定了魚肉產品的組織學品質,是影響魚肉加工及產品保水性、保油性、凝膠質構、色澤、感官等品質的關鍵因素[6]。目前,部分學者已經展開了茶多酚在魚肉微凍貯藏中的應用研究,重點關注的是魚肉的感官特征、汁液流失率、剪切力、色澤、揮發性鹽基氮含量、硫代巴比妥酸值等理化及微生物品質指標[7-8],然而對茶多酚在泥鰍微凍貯藏技術中的應用,尤其是對泥鰍肌原纖維蛋白功能特性的影響鮮見報道。本實驗采用茶多酚和微凍相結合的技術,研究了在微凍條件下不同質量濃度茶多酚處理的泥鰍肌原纖維蛋白的溶解性、乳化性、表面疏水性、巰基含量以及流變學性質的變化。旨在為泥鰍的初級加工保鮮和深加工、烹飪的原料品質控制提供參考。
泥鰍由重慶市梁平縣水生農業養殖公司提供,選擇體態完好、體型均勻、體質量100~110 g的泥鰍為實驗材料。
茶多酚(食用級,純度為99%) 西安康之樂生物技術有限公司。
UltraScan PRO型色差儀 美國HunterLab公司;PHS-4C+型pH計 成都世紀方舟科技有限公司;DW-25W518型冰箱 青島海爾電器有限公司;XHF-D型勻漿機 寧波新芝生物科技股份有限公司;DHP-420型電熱恒溫培養箱 北京永光明醫療儀器廠;722-P型可見分光光度計 上海現科儀器有限公司;Avanti J-30I型冷凍離心機 美國貝克曼庫爾特公司;KjelFlex K-360型全自動凱氏定氮儀 瑞士Buchi公司;SX-4-10型馬弗爐 北京中興偉業儀器有限公司;RZ-288c型絞肉機美的集團;HR-1型流變儀 美國TA公司。
1.3.1 實驗設計
將泥鰍帶頭宰殺去內臟處理后,用水洗凈,瀝水30 min。GB 2760—2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》[9]規定,在水產品中茶多酚的最大使用量為0.3 g/kg。本實驗中處理組選取的茶多酚溶液質量濃度為1、2、3 g/L(預實驗中發現進一步增加茶多酚的質量濃度會導致剛浸泡的泥鰍體表色澤急劇變差,對泥鰍的味道、體表光滑度、色澤影響較大)。實驗分為對照組(蒸餾水浸泡泥鰍)、處理組(1、2、3 g/L茶多酚溶液浸泡泥鰍),各組在4 ℃冰箱中放置30 min后取出,瀝干后攤晾5 min,待泥鰍表面水分晾干后分裝在硬塑托盤中,用聚氯乙烯保鮮膜覆膜包裝,每盤約200 g,先在-18 ℃條件下速凍至-2.5 ℃,之后放入-2.5 ℃控溫冰箱中貯藏。貯藏過程中,分別在0、5、10、15、20、25、30 d隨機取泥鰍試樣,在4 ℃冰箱中解凍之后測定泥鰍肌原纖維蛋白的理化指標。
1.3.2 肌原纖維蛋白質的提取
參考Wang Xu等[10]的Tris-HCl法提取魚肉肌原纖維蛋白,并做一定修改。取出泥鰍樣品,剔骨去皮,取凈肉攪碎,稱取一定量肉糜于離心管中,加入5 倍體積的4 ℃蒸餾水,使用高速勻漿機(10 000 r/min)勻漿60 s后,用紗布過濾2 次去除結締組織,取濾液,然后用冷凍離心機4 ℃、8 000 r/min離心15 min后,除去上清液。沉淀物用3 倍體積、pH 7.0的緩沖液(0.1 mol/L KCl、20 mmol/L Tris-HCl,4 ℃)懸浮,再10 000 r/min勻漿30 s后,4 ℃、8 000 r/min冷凍離心10 min;重復3 次上述懸浮、勻漿、離心、清洗沉淀的過程。最后所得沉淀物,即為肌原纖維蛋白。肌原纖維蛋白貯存在4 ℃冰箱中待用。
1.3.3 肌原纖維蛋白質溶解性的測定
參考周茹等[11]的方法測定肌原纖維蛋白質溶解度,并做適當的修改。用天平稱取1 g的肌原纖維蛋白于離心管中,然后加入40 mL 4 ℃磷酸鹽緩沖液(50 mmol/L Na2HPO4、0.6 mol/L NaCl,pH 6.25),2 000 r/min、4 ℃勻漿30 s使蛋白質充分溶解,混合均勻,分散過程中盡量避免產生氣泡,配制成2.5 mg/mL的溶液。將配制好的溶液于4 ℃冰箱中靜置1 h,然后取出冷凍離心(5 500 r/min、4 ℃)15 min,取上清液。肌原纖維蛋白質量濃度的測定采用雙縮脲法,空白對照為磷酸鹽緩沖液。肌原纖維蛋白溶解度的計算如公式(1)所示。

1.3.4 肌原纖維蛋白質表面疏水性的測定
參考Agyare等[12]的方法測定肌原纖維蛋白疏水性。用天平稱取1 g肌原纖維蛋白于離心管中,然后加入20 mL的4 ℃磷酸鹽緩沖液(0.02 mol/L K2HPO4,pH 7.0)中,2 000 r/min、4 ℃勻漿30 s使蛋白質混合均勻,充分溶解,在分散過程中避免產生氣泡,配制成5 mg/mL蛋白溶液。取200 μL 1 mg/mL溴酚藍溶液和1 mL蛋白樣液于離心管中,于室溫下振蕩10 min使溶液充分混勻,在2 000 r/min下離心15 min。取上清液1 mL,加入9 mL磷酸鹽緩沖液稀釋10 倍后,于595 nm波長處測定吸光度A,空白對照為用磷酸鹽緩沖液代替樣品。肌原纖維蛋白表面疏水性用肌原纖維蛋白結合溴酚藍的質量來表示,溴酚藍的結合量越大,表面疏水性越大。溴酚藍結合量計算如公式(2)所示。

1.3.5 肌原纖維蛋白乳化性和乳化穩定性的測定
以乳化活性指數(emulsifying activity index,EAI)和乳化穩定性指數(emulsifying stability index,ESI)分別表示肌原纖維蛋白的乳化性和乳化穩定性,具體測定參考吳菊清[13]的方法,并做適當修改。用天平稱取1 g的肌原纖維蛋白質,然后加入50 mL、4 ℃磷酸鹽緩沖溶液(0.1 mol/L KH2PO4/K2HPO4,pH 6.5),4 ℃、2 000 r/min勻漿30 s使蛋白質混合均勻且充分溶解,勻漿過程中避免產生氣泡,配制成1 mg/mL 的蛋白溶液。取5 mL大豆油于離心管中,加入配制好的蛋白溶液20 mL,10 000 r/min、4 ℃勻漿60 s后,從距管底0.5 cm處吸取50 μL乳濁液,加入到5 mL質量分數0.1%十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfate,SDS)溶液的試管中。在靜置0、10 min時分別用分光光度計在500 nm波長處測定吸光度,分別記為A0、A10。肌原纖維蛋白EAI和ESI的計算如公式(3)、(4)所示。

式中:A500nm表示所測吸光度,在0、10 min時分別為A0、A10;φ表示油相體積分數/%;ρ表示蛋白質量濃度/(g/mL)。
1.3.6 肌原纖維蛋白巰基含量的測定
1.3.6.1 總巰基含量的測定
參考崔素萍等[14]的方法測定肌原纖維蛋白總巰基含量,并做適當的修改。在50 mL離心管中加入25 mL 4 ℃緩沖液C(10 mmol/L乙二胺四乙酸、0.6 mol/L KCl、8 mol/L尿素、50 mol/L磷酸鹽緩沖液,pH 7.0),然后加入1 g的肌原纖維蛋白質,2 000 r/min、4 ℃勻漿30 s,使蛋白質混合均勻且充分溶解,勻漿過程中避免產生氣泡,配制成4 mg/mL的蛋白溶液。取配制好的蛋白溶液1 mL與9 mL的緩沖液C混合,取4 mL混合液,加入0.4 mL、質量分數0.1%的5,5’-二硫雙(2-硝基苯甲酸),空白對照為10 mL緩沖液C和0.4 mL 0.1%的5,5’-二硫雙(2-硝基苯甲酸),在40 ℃的恒溫水浴鍋中保溫25 min,最后在412 nm波長處測定溶液吸光度A。總巰基含量的計算如公式(5)所示。

式中:ε表示吸光系數(13 600 L/(mol·cm));D表示稀釋倍數;ρ表示肌原纖維蛋白質量濃度/(mg/mL);b表示光程(1 cm)。
1.3.6.2 活性巰基含量的測定
參考總巰基含量的測定方法測定活性巰基的含量。將緩沖液C替換為緩沖液D(10 mmol/L乙二胺四乙酸、0.6 mol/L KCl、50 mmol/L磷酸鹽緩沖液,pH 7.0),混合溶液在4 ℃下反應1 h后,利用分光光度計在412 nm波長處測定吸光度,計算同公式(5)。
1.3.7 肌原纖維蛋白質流變學性質的測定
參考劉琴[15]的方法測定肌原纖維蛋白流變學性質,并做適當的修改。在燒杯中加入20 mL的4 ℃磷酸鹽緩沖液(0.6 mol/L NaCl、50 mmol/L Na2HPO4,pH 6.25),然后加入5 g的肌原纖維蛋白,2 000 r/min、4 ℃勻漿30 s使蛋白質混合均勻,充分溶解,勻漿過程中避免產生氣泡,配制成40 mg/mL的蛋白溶液。用HR-1型流變儀進行肌原纖維蛋白流變學性質的測定,采用40 mm的夾具,振蕩頻率1 Hz,應變0.002 5,狹縫寬度0.5 mm,樣品以1 ℃/min的速率從20 ℃升溫至85 ℃,在85 ℃保持3 min,最后以5 ℃/min的速率從85 ℃降溫至5 ℃。
每個實驗重復3 次,每次3 個平行。采用WPS 2016軟件對數據進行統計處理,結果以表示,采用Origin 8.6軟件作圖,采用SPSS 17.0軟件的方差分析(analysis of variance,ANOVA)對數據進行差異顯著性分析,P<0.05表示差異顯著。

圖1 不同處理對泥鰍貯藏過程中肌原纖維蛋白溶解度的影響Fig.1 Effects of different treatments on loach myofibrillar protein solubility during storage
由圖1可知,隨著微凍貯藏時間的延長,所有組別泥鰍肌原纖維蛋白的溶解度均呈顯著下降趨勢(P<0.05),且在貯藏前10 d下降速率最快,10 d后溶解度下降速率有所減緩,30 d時,對照組和1、2、3 g/L茶多酚處理組溶解度分別下降到了26.55%、33.78%、36.01%、38.28%。另外,不同質量濃度茶多酚處理對泥鰍肌原纖維蛋白溶解度變化有顯著影響(P<0.05),3 個不同質量濃度茶多酚處理組的肌原纖維蛋白的溶解度在整個微凍過程中均顯著大于對照組(P<0.05);且3 g/L茶多酚處理組顯著高于1、2 g/L茶多酚處理組(P<0.05)。
凍藏過程中蛋白質微環境變化和蛋白質的變性導致不溶性大分子質量蛋白質聚集體的形成,這是肌原纖維蛋白溶解性不斷下降的重要原因[16]。從熱力學上來看,蛋白質溶解性的降低是由于凍藏過程中蛋白質與水之間、蛋白質與蛋白質之間相互作用的平衡發生變化,導致了蛋白質與蛋白質分子間的作用力增強而蛋白質與水間的作用力減弱,即蛋白質與結合水之間的結合狀態被破壞[17]。本實驗中,隨著微凍時間的延長,蛋白質結構發生改變,使蛋白質疏水基團不斷暴露,相互作用導致蛋白質產生凝聚和沉淀,導致蛋白質溶解度逐漸減小;而3 個茶多酚處理組的溶解度下降速率顯著低于對照組(P<0.05),是因為茶多酚具有的較強的抗氧化性,抑制了蛋白質的氧化變性,從而降低蛋白質溶解度的下降速率。另外,茶多酚對微生物生長和繁殖具有一定的抑制作用,致使微生物對蛋白的破壞能力減弱,也可減緩蛋白質溶解度下降趨勢。茶多酚處理泥鰍可抑制其在微凍貯藏過程中肌原纖維蛋白溶解性能的劣變,3 g/L茶多酚處理效果最佳。

圖2 不同處理對泥鰍貯藏過程中肌原纖維蛋白表面疏水性的影響Fig.2 Effects of different treatments on loach myofibrillar protein hydrophobicity during storage
由圖2可知,隨著微凍貯藏時間的延長,對照組和3 個不同質量濃度茶多酚處理組泥鰍肌原纖維蛋白的溴酚藍含量均呈不斷上升的趨勢,且上升趨勢明顯。對照組和1、2、3 g/L茶多酚處理組泥鰍肌原纖維蛋白與溴酚藍結合量初始分別為13.01 μg和12.95、12.99、12.87 μg,貯藏30 d后,分別上升到了56.01 μg和52.07、47.22、45.31 μg,比初始含量分別增加了3.31 倍和3.02、2.64、2.52 倍。在整個貯藏過程中,茶多酚處理組泥鰍溴酚藍含量均顯著小于對照組(P<0.05),且茶多酚質量濃度越大,與溴酚藍的結合量越小。肌原纖維蛋白與溴酚藍的結合量越大,說明其疏水性越強[18]。茶多酚處理組與肌原纖維結合的溴酚藍質量顯著低于對照組(P<0.05),表明茶多酚處理組泥鰍的肌原纖維蛋白表面疏水性更弱。
蛋白質分子表面疏水性氨基酸的相對含量反映了蛋白質的表面疏水性的大小,表面疏水性基團暴露得越多,蛋白質的疏水性也越大。肌原纖維蛋白分子發生聚集,導致蛋白質的變性是不可逆的;因此蛋白質的變性程度也可以用表面疏水性來衡量[19]。本實驗泥鰍肌原纖維蛋白表面疏水性隨微凍時間的延長而增大,是由于貯藏過程中蛋白質變性程度不斷增加,引起蛋白質構象發生變化,表面疏水性氨基酸基團不斷暴露,從而導致表面疏水性不斷增大,結果與Mutilangi等[20]研究蛋白質的降解變性作用使埋藏在蛋白質內部的分子暴露出來,導致疏水性的增加的結果相一致。而茶多酚處理泥鰍后,微凍貯藏過程中表面疏水性增大趨勢有所減緩,這一研究結果則表明茶多酚能有效減緩蛋白質的降解以及變性,這也與呂衛金等[19]采用3 g/L茶多酚處理大黃魚能夠延緩其肌原纖維蛋白表面疏水性的增加結果相一致。
由圖3A、B可知,隨著微凍貯藏時間的延長,對照組和3 個不同質量濃度茶多酚處理組泥鰍肌原纖維蛋白EAI和ESI均呈不斷下降的趨勢。不同質量濃度茶多酚處理對泥鰍肌原纖維蛋白EAI和ESI均具有顯著影響(P<0.05);3 個不同質量濃度茶多酚處理組的ESI和EAI的下降速率在整個貯藏過程中均顯著小于對照組(P<0.05),且茶多酚質量濃度越高,下降速率越慢。研究結果表明茶多酚處理泥鰍能夠延緩其乳化性能的劣變,且質量濃度越大效果越明顯。

圖3 不同處理對泥鰍貯藏過程中肌原纖維蛋白EAI(A)、ESI(B)的影響Fig.3 Effects of different treatments on EAI (A) and ESI (B) of loach myofibrillar protein during storage
蛋白質的乳化能力體現在其既能與水又能同脂肪相互作用。乳化能力是衡量在一定條件下蛋白質溶液所能乳化脂肪的能力[21]。研究表明,蛋白質的乳化能力與其溶解度有關,溶解度越高,乳化能力越好[22]。本實驗中,微凍泥鰍在貯藏過程中肌原纖維蛋白乳化能力的下降與溶解度的降低有著較大的關系。另外也有研究表明,在微凍過程中蛋白質氧化變性引起肌球蛋白交聯程度慢慢增加,進一步使蛋白質喪失了表面吸附脂肪顆粒的靈活性,從而使乳化能力降低[23]。經過茶多酚溶液處理后的泥鰍在微凍過程中蛋白質的氧化變性及微生物破壞引起的蛋白質變性都受到了一定的抑制,進而有效延緩了肌原纖維蛋白溶解性的降低及蛋白質表面吸附脂肪顆粒能力的減弱,因此乳化能力的下降也明顯低于對照組。
由圖4A、B可知,隨著微凍貯藏時間的延長,對照組和3 個不同質量濃度茶多酚處理組泥鰍肌原纖維蛋白的總巰基和活性巰基含量整體上均呈逐漸下降的趨勢(P<0.05),變化趨勢與Mutilangi等[20]的測定結果相似。茶多酚處理組的泥鰍在微凍過程中肌原纖維蛋白總巰基、活性巰基含量的下降速率均慢于對照組(P<0.05),茶多酚質量濃度對總巰基、活性巰基含量的變化均有顯著性影響(P<0.05)。

圖4 不同處理對泥鰍貯藏過程中肌原纖維蛋白總巰基(A)、活性巰基(B)含量的影響Fig.4 Effects of different treatments on total sulfhydryl (A) and active sulfhydryl (B) contents of loach myofibrillar protein during storage
巰基基團是肌原纖維蛋白的功能基團,在所有的功能基團中,巰基基團最活潑、最具反應活性,對于肌原纖維蛋白空間結構的穩定具有非常重要的意義,巰基含量的降低是由于肌原纖維蛋白質變性后結構發生變化,導致巰基暴露,巰基容易被氧化為二硫鍵,從而導致肌原纖維蛋白質中巰基含量明顯降低[24]。蛋白質氧化變性的程度可以由巰基含量間接反映,并且巰基對蛋白質的凝膠功能性質、乳化性有一定的影響[25]。本實驗結果顯示,3 個茶多酚處理組泥鰍在微凍過程中肌纖維蛋白質總巰基和活性巰基含量相對于對照組保持較高水平,說明茶多酚能夠有效減緩肌原纖維蛋白氧化變性和降解,且處理的質量濃度越大,效果越明顯。這一結果也符合上述溶解度、乳化性、表面疏水性的結果。與Ramirez等[26]報道的抗氧化劑可結合蛋白質,從而使蛋白質的降解和氧化減緩的結果相似。


圖5 不同處理對泥鰍貯藏過程中肌原纖維蛋白彈性模量的影響Fig.5 Effects of different treatments on elastic modulus of loach myofibrillar protein during storage

表1 貯藏過程中泥鰍肌原纖維蛋白最大彈性模量的變化Table1 Change in maximum elastic modulus of loach myofibrillar protein during storage Pa
流變學是指從應變、應力、時間和溫度等方面來研究物質流動和(或)形變的物理力學,表現為形變、力及時間之間的函數,肌原纖維蛋白凝膠的流變學性質能夠反映肌原纖維蛋白在加熱過程中蛋白分子性質和形態的變化[27]。彈性模量(G’)是衡量蛋白質凝膠能力的一個重要指標,G’值越高,反映蛋白質凝膠能力越強。由圖5A~G和表1可知,微凍貯藏過程中,對照組和3 個茶多酚處理組泥鰍肌原纖維蛋白的G’值總體上均呈先緩慢上升后下降再顯著上升最后趨于平穩的趨勢。對于G’值這一變化趨勢,通常的解釋是:加熱過程中隨著溫度的升高,肌球蛋白結構發生變化,初步形成較弱的三維網絡結構,G’值第一次達到最大;之后隨著維持網絡結構的氫鍵在加熱過程中大量斷裂,蛋白質發生變性,破壞了最初形成的較弱的網絡結構;內源性蛋白酶被激活,蛋白質發生水解,G’值又降至最小;最后隨著溫度的升高,變性的蛋白質凝聚最終形成了穩定的、不可逆的三維網狀結構凝膠,G’值又開始增加直到最后趨于穩定[28-31]。
在整個微凍過程中,5~30 d的每個實驗時間點上,G’值曲線整體均隨茶多酚質量濃度的增大而上移,對照組G’值的變化曲線總體處于最下方,少部分時間處于1、2 g/L茶多酚處理組上方;這是加熱升溫過程中蛋白結構的不規則變化導致的。同時由表1可知,對照組G’的最大值始終低于茶多酚處理組,表明對照組蛋白凝膠性能最差。茶多酚處理組和對照組G’的最大值隨著微凍貯藏時間的延長整體上均呈減小的趨勢,但與對照組相比,3 個不同質量濃度茶多酚處理組G’的最大值變化趨勢受到了明顯的抑制;且3 g/L茶多酚處理抑制效果最明顯,表明3 g/L茶多酚處理更能有效保持肌原纖維蛋白的流變學性能。這也表明茶多酚處理泥鰍后能夠有效延緩其在微凍貯藏過程中肌原纖維蛋白凝膠能力的減弱,反映出茶多酚能夠有效抑制蛋白質的變性和降解,并且在本實驗條件下,茶多酚質量濃度越高效果越好。
本研究發現茶多酚對微凍貯藏過程中泥鰍的肌原纖維蛋白功能性質有顯著影響。隨著微凍貯藏時間的延長,茶多酚處理組和對照組泥鰍的溶解性、乳化性、巰基含量均呈不斷下降的趨勢,表面疏水性呈不斷上升的趨勢,茶多酚處理組的變化趨勢均小于對照組,且茶多酚質量濃度越大,變化幅度越小。G’曲線整體上均隨茶多酚質量濃度的增大而上移,對照組G’的最大值始終低于茶多酚處理組,3 g/L茶多酚處理更能有效保持肌原纖維蛋白的流變學性能。茶多酚處理可顯著抑制泥鰍在微凍貯藏肌原纖維蛋白功能性質的劣變,且3 g/L茶多酚處理效果較佳。