不同类型卡拉胶美拉德产物的制备及其对鲅鱼鱼糜凝胶品质的影响.pdf
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1、食品与发酵工业FOODANDFERMENTATIONINDUSTRIESD0I:10.13995/ki.11-1802/ts.032424引用格式:石瑞桃,许晓敏,许喆,等.不同类型卡拉胶美拉德产物的制备及其对鲮鱼鱼糜凝胶品质的影响J.食品与发酵工业,2023,49(17):230-236.SHI Ruitao,XU Xiaomin,XU Zhe,et al.Preparation of different carrageenan Maillard productsand their effects on quality of Spanish mackerel surimi gelJ.Food
2、 and Fermentation Industries,2023,49(17):230-236.不同类型卡拉胶美拉德产物的制备及其对鱼鱼糜凝胶品质的影响石瑞桃,许晓敏,许喆,马堃,邹宇,李瑶瑶,韩世英,李婷婷*,韩玲钰*(大连民族大学生命科学学院,辽宁大连,116 6 0 0)摘要该文以鳕鱼鱼皮胶原蛋白肽和3种不同构型的卡拉胶(k型、型、入型)为原料,通过干热法制备不同反应时间的美拉德产物,运用红外光谱、褐变程度、接枝度、荧光强度和表面疏水性对反应产物进行结构表征。并将美拉德产物添加到鲮鱼鱼糜中,分析卡拉胶构型对其影响机制,并探究提高鱼糜制品品质的最优配比。结果表明,3种美拉德产物随着孵育时
3、间的增加,产物的接枝率、褐变程度逐渐提高,荧光强度在4d达到最大,随后下降,而表面疏水性随时间的延长而降低。将3种美拉德产物添加入鲮鱼鱼糜中,相较于空白组,鱼糜的凝胶强度和硬度都有显著提升,其中添加孵育6 d的K-卡拉胶美拉德产物的鱼糜,其凝胶强度和硬度最大,分别为1825.48gmm和31.31N。因此,经美拉德反应改性的肽能增强鱼糜的凝胶强度和硬度,且孵育6 d的k-卡拉胶美拉德产物使鱼糜的凝胶强度和硬度最大。关键词鳕鱼鱼皮肽;卡拉胶;美拉德反应;鱼糜凝胶;鱼糜凝胶强度我国拥有丰富的鱼类资源,随着我国水产养殖及鱼类产品加工产业的不断发展,鱼糜制品的消费量也越来越大。鱼糜制品因其食用简便、营
4、养价值高、保质期长而受到消费者喜爱。我国大连地区盛产鲮鱼,是北方重要的经济鱼,其具有产量高、肉质肥厚、刺少等特点,是鱼糜加工的主要原材料。但由于冷藏保鲜过程中鱼肉蛋白容易变质,从而使鱼肉的保水性、凝胶性等性能下降,影响产品的质量和营养价值2 。关于开发能够提升鱼糜制品品质添加剂的研究有待进一步深人。随着水产业的快速发展,水产品生产中的鱼皮、鱼头、鱼鳞等废弃物也随之产生,而国内的鳕鱼产量大,加工时所产生的鱼皮废弃物占总重量的7%8%,既浪费了资源,又对环境造成了极大的污染。研究表明,鳕鱼皮中胶原蛋白含量占总蛋白含量的70%以上3。鳕鱼鱼皮肽由鱼皮经蛋白酶酶解获得,具有保水性等良好的功能特性4。卡
5、拉胶是从红海藻的细胞外基质中提取的主要多糖成分,具有优异的稳定性和凝胶形成性能,已广泛应用于食品和化妆品行业。当前用于鱼糜产品加工的卡拉胶类型多是Kappa(k-型)与Iota(t-型),而对于Ramota(入-型)的应用研究较少。其中,K-卡拉胶已被广泛应用于改善鱼糜凝胶品质。CHEN等5 研究表明k-卡拉胶能第一作者:硕士研究生(李婷婷教授和韩玲钰讲师为共同通信作者,E-mail:;)基金项目:辽宁省自然科学基金项目(2 0 2 1-MS-147);大连市高层次人才创新、科技人才创业和重点领域创新团队支持项目(2 0 2 0 RQ122)收稿日期:2 0 2 2-0 5-2 3,改回日期:
6、2 0 2 2-10-0 82302023 Vol.49 No.17(Total 485)显著提高鲤鱼鱼糜的凝胶强度。当前对k-型、L-型、入-型3种不同类型卡拉胶之间的性质差异研究并不充分。美拉德反应是由蛋白质的游离氨基和还原糖的羰基发生的非酶促褐变的化学反应,刘建华等6 研究表明蛋清蛋白与刺槐豆胶和瓜尔豆胶的美拉德产物显著增强鱼糜制品的凝胶特性。许亚彬等7 研究表明糖基化改性蛋清粉能提高鲢鱼鱼糜凝胶的凝胶强度和白度。何进武等8 研究表明糖基化大豆分离蛋白能显著提高鲤鱼鱼糜凝胶的硬度、弹性和黏结性。本实验采用干法美拉德反应,将3种不同构型的卡拉胶与鳕鱼鱼皮胶原蛋白肽进行糖基化反应,以鱼鱼糜作
7、为对象,探究3种不同构型的卡拉胶制备的糖基化产物对鱼糜凝胶产生的性能影响,为保障2 次成型鱼糜产品的质量提供方法。1材料与方法1.1材料与试剂鳕鱼鱼皮胶原蛋白肽,滨州万嘉生物科技有限公司;k-型、-型、入-型卡拉胶,源叶生物科技有限公司;KBr(光谱纯),科密欧;-巯基乙醇、1-苯胺基-8-萘磺酸(8-anilino-1-naphthalenesulfonic acid,ANS),阿拉丁试剂有限公司;其他化学品和试剂均为分析级。研究报告1.2仪器与设备浓度稀释至0.0 12 5、0.0 2 5、0.0 5、0.1、0.2 mg/mLFD-1C-50型冷冻干燥机,北京博医康实验仪器(0.0 2
8、m o l/L、p H 7 磷酸缓冲液),分别向4mL样品有限公司;NicoletTMiS50傅里叶变换红外光谱仪,赛溶液中加人2 0 L8mmol/L的ANS溶液,立即混匀,默飞世尔科技(中国)有限公司;UV-160型紫外可见在390/47 0 nm(激发/发射)下检测荧光强度。用荧分光光度计,上海美谱达仪器有限公司;LS55荧光光光强度对蛋白质量浓度作图并进行线性回归,表面疏谱仪,珀金埃尔默仪器有限公司;TA.XT.plus质构水性的值即为线性回归斜率。仪,北京微讯超技仪器技术有限公司。1.3.6荧光光谱测定1.3实验方法根据CAO等12 的方法做简要修改,配制基于不1.3.1鳕鱼鱼皮胶原
9、蛋白肽-卡拉胶美拉德反应体同类型卡拉胶糖的糖肽样品,质量浓度为2 mg/mL,系制备荧光光谱仪设置参数:激发波长为347 nm,扫描范围将鳕鱼鱼皮肽溶于磷酸盐缓冲液中(0.0 5mmol/L,为 36 0 6 0 0 nm。pH7.0),将卡拉胶加人鳕鱼鱼皮肽水溶液中搅拌至1.3.7鱼鱼糜凝胶的制备完全溶解(肽:卡拉胶质量比4:1),冷冻后在冷冻干取鱼肉,用5倍体积浸泡2 0 min,漂洗2 次。再燥机中冻干。将冻干样品置于培养箱培养14d,每用体积分数0.3%的NaCl溶液浸泡2 0 min后过滤。2d采集样品,相对温度和湿度为6 0 和7 9%,制得将鱼肉、鱼肉质量3%的食盐和鱼肉质量5%
10、的8 g/L3种不同美拉德产物:L-卡拉胶-鱼皮肽美拉德产物卡拉胶糖基化产物溶液分别放入搅拌机内,混合搅拌(t-c a r-C SC P M RPs)、K-卡拉胶-鱼皮肽美拉德产物2min,之后把制备好的鱼糜二段式加热获得鱼糜凝(k-c a r-CSCPM RPs)、入-卡拉胶-鱼皮肽美拉德产物胶,40 加热35min后9 0 加热2 0 min。然后冷却(入-car-CSCPMRPs),密封保存于-2 0。至室温,放人4冰箱保存。1.3.2红外光谱分析1.3.8鲮鱼鱼糜凝胶质构特性分析根据李灵诚9 的方法进行制样,采用Nicoletis-50利用质构仪测定鱼糜凝胶强度和全质构分析红外光谱仪在
11、40 0 0 40 0 cm-扫描。(t e x t u r e p r o f i le a n a ly s i s,T PA),鱼糜凝胶强度的测定1.3.3接枝度的测定如公式(2)所示13:将鱼糜样品制成各边长度为根据MAO等10 的方法稍作修改。通过使用邻20mm的立方体,测试条件:探头型号P/5S;测前测苯二甲醛(o-phthaldialdehyde,O PA)测定游离氨基酸后速度均为1mm/s;触发力15g。的减少来测定结合效率,OPA具体配制方法如下:称凝胶强度/(gmm)=破断力(g)破断距离(mm)(2)取40 mg0PA溶于1.0 mL体积分数9 5%的乙醇中,鱼糜凝胶TP
12、A参数的测定:将鱼糜样品制成各依次加人2 5mL四硼酸钠缓冲溶液(0.1mol/L)、边长度为2 0 mm的立方体,测试条件:探头型号P/2.5mLSDS溶液(2 0%,体积分数)、0.1mL-巯基50;测前,测中,测后速度均为1 mm/s;触发力5g。乙醇后混合均匀,最后加水至总体积为50 mL。2结果与分析用0 PA法定量游离氨基,0.0 5mL的5mg/mL样品与1.35mL的OPA试剂混合,室温下水浴1min,立即用紫外-分光光度计在340 nm处测定吸光度。以L-亮氨酸(1 5mmol/L)作为含氨基的标准化合物绘制标准曲线。接枝度的计算如公式(1)所示:接枝度/%=(1一结合后的氨
13、基含量/结合前的氨基含量)10 0(1)1.3.4褐变颜色测定采用紫外-分光光度计在42 0 nm处测定3种不同种类鳕鱼鱼皮胶原蛋白肽-卡拉胶美拉德产物棕色溶液(10 mg/mL)的吸光度。1.3.5表面疏水性测定根据LUO等I的方法稍作修改。将蛋白质量2.1傅里叶红外光谱分析傅里叶红外光谱常用于分析蛋白质或多肽的二级结构,主要通过蛋白在中红外区的典型的特征峰而分析肽链的结构变化。图1为3种美拉德产物FTIR谱图,在350 0 30 0 0 cm-内出现一个宽峰,这可能是游离羟基伸缩振动产生的,或是N一H键变形振动造成的;其次均在12 6 0 10 0 0 cm-内出现吸收峰,此范围下的特征峰
14、为碳氧键的伸缩振动造成的。这是由于美拉德反应后,糖链上的羟基引人到肽链上,使得肽链中羟基和碳氧键数量增加,使得对应的吸收增强14。CENG等15 制备了卵清蛋白和羧甲基纤维素糖基化产物,同样通过红外光谱分析得到羟基的特2023 年第 49 卷第17 期(总第 48 5 期)2 31食品与发酵工业FOODANDFERMENTATIONINDUSTRIES征吸收峰增强。因此上述现象表明糖分子以共价键形式接人到了鳕鱼鱼皮肽中,形成了美拉德产物。另外,随着反应时间的延长,鳕鱼鱼皮肽糖基化产物35003000cm-1和12 6 0 10 0 0 cm光谱强度逐a140t-car2 d 4 d 6 d 8
15、 d12010 d-12 d-14 d 100%/率8060402040003500300025002000150010005002.2接枝度及褐变颜色分析评价美拉德反应程度的重要指标是游离氨基酸的含量,随着游离氨基酸消耗量的增多,反应越完全,随之接枝度越高。利用OPA法测定了美拉德反应产物的结合效率,如图2 所示,随着反应时间延长,3种不同美拉德产物的接枝度呈增长趋势,且t-car-CSCPMRPs、-c a r-CSCP M RPs、入-car-CSCP MRPs 在孵育14d后,接枝度最高,最高接枝度分别为35.6 4%、32.25%、45.54%。美拉德反应伴随着褐变,据目前a50接枝
16、度-吸光值40F201000246反应时间/dFig.2 Grafting rate and Browning degree of glycosylated products at different reaction times2.3卖荧光强度分析荧光物质是褐变产物形成之前产生的,是美拉德反应的早期指标。美拉德反应过程中,初始中间体通过Strecker降解转化为一种荧光物质,然后进一步反应,发生褐变17 。如图3所示,3种不同卡拉胶美拉德产物均在孵育4d后,荧光强度达到最大,随后随着时间的延长荧光强度逐渐减少,LIU等18 在乳清分离蛋白和葡萄糖美拉德产物中也得到类似的结论,渐增强,主要是由
17、于糖分子以共价键形式接入肽中,使游离羟基数量增多,而美拉德反应时间越长,反应越彻底,羟基数量越多,从而导致峰的强度越大。b140c140K-car-2d-4d-6d-8d10d-12d-14d120100%/率其80604020F4000350030002500200015001000500波数/cm-!a-t-car-CSCP MRPs;b-k-car-CSCP MRPs;c-car-CSCP MRPs图1不同孵育时间糖基化产物的傅里叶红外光谱图Fig.1 FTIR spectra of the glycosylated products at dfferent reaction times
18、0.200.160.12增0.080.0408101214a-t-car-CSCP MRPs;b-K-car-CSCP MRPs;c-入-car-CSCP MRPs图2 不同孵育时间糖基化产物的接枝度和褐变程度入-car2d4d6d8d120-10d-12d-14d100%/率到806040204000350030002500200015001000500波数/cm-l研究表明棕色物质来源于二次美拉德反应的产物。图2 同时显示在不同孵育时间下,3种美拉德产物在420nm处的吸光值,结果表明吸光值与孵育时间成正相关,即溶液褐变程度随着孵育时间越来越深,此现象的产生是由于美拉德反应后期形成大量的褐
19、色聚合体类黑精,随着反应时间的延长,产生的色素物质增加,导致褐变程度加深16 。其次,在美拉德反应中,鳕鱼鱼皮胶原蛋白肽-卡拉胶美拉德反应速率与接枝度成正比。b 500.20接枝度40+吸光值302010002反应时间/d研究表明,乳清蛋白葡萄糖美拉德产物的荧光强度在第4天达到最大,然后下降。JING等19 制备了核糖与酪蛋白美拉德产物,研究发现美拉德产物的荧光强度同样在第4天达到最大,然后下降。产生此现象可能是因为肽链在加热过程中结构被破坏,暴露出更多具有荧光吸收能力的苯环基团,使荧光强度增加。而在荧光强度达到峰值后随反应时间的增加而降低,可能是由于肽与卡拉胶发生共价反应,反应产物的空间波数
20、/cm-lc50接枝度吸光值0.16400.1210.08B10.04046.8.1012140.50.40.3#0.2100.100246810121416反应时间/d2322023 Vol.49 No.17(Total 485)ddd研究报告位阻增加,减弱了氨基酸吸收荧光的信号,导致荧光后荧光物质转化为褐色化合物,导致荧光物质减少,强度降低2 0 。因此荧光物质在前4天不断生成,4d荧光强度降低。a800rb800r600600400d2000350400450500550600650波长/nma-t-car-CSCP MRPs;b-k-car-CSCP MRPs;c-car-CSCP M
21、RPs图3不同孵育糖基化时间产物的荧光光谱图Fig.3 Intrinsic fluorescence spectra of glycosylated products with different reaction time2.4表面疏水性分析图4为3种不同美拉德产物的表面疏水性分析,分析可知,当具有多羟基的卡拉胶与鳕鱼鱼皮胶原蛋白肽发生共价交联,且随着反应时间加长,表面疏水性明显降低。说明糖基化后肽表面亲水簇分子减少,有研究表明,当在肽上接入卡拉胶分子时,打破了肽自身的亲水和疏水平衡,肽链中亲水基团数量增加,分子表面的亲水性增强;其次,引人卡拉胶后,肽链分子内部的极性基团暴露出来,疏水性降低
22、2 1。3种美拉德产物表面疏水性随着孵育时间增长而降低,当孵育14d时,L-car-CSCPMRPs与第0 天相比降低了a10000r8:000.abbbcbcd6.000cd4.0002000002.5三种不同卡拉胶美拉德产物对鱼糜凝胶TPA性能的影响表1、表2 和表3为3种不同卡拉胶糖基化产物在不同孵育时间下对鱼糜凝胶TPA性能的影响。分析可得,添加糖基化产物后的鱼糜凝胶相比于未添加的空白组来说,硬度都有显著的提升,而弹性、黏聚性和回复性无太大差别。对于k-car-CSCPMRPs,当样品孵育时间为6 d时,硬度达到最大,相较于空白组C800600144002000350400b 10 0
23、00 ra8000e6000400020002684101214反应时间/da-t-car-CSCP MRP;b-k-car-CSCP MRPs;c-入-car-CSCP MRPs图4不同孵育时间糖基化产物的表面疏水性Fig.4 Surface hydrophobicity of glycosylated products at different reaction times注:不同小写字母表示差异显著,P0.05。4002004505000550600650波长/nm40.78%;k-c a r-C SC PM RPs 与第0 天相比降低了33.95%;入-car-CSCPMRPs与第0
24、天相比降低了30.73%。三者对比,L-car-CSCPMRPs对表面疏水性改变最大。由此可知,随着卡拉胶接枝到鳕鱼鱼皮胶原蛋白肽上,胶原蛋白肽的表面疏水性降低,整个体系的亲水性增强,使胶原蛋白肽更易于在体系中分散,故通过美拉德反应,鳕鱼鱼皮胶原蛋白肽的溶解性得到改善,其次较大的溶解有利于鳕鱼鱼皮胶原蛋白肽向气-水或油-水界面的扩散,极大地改善了肽的乳化性、起泡性等功能性质2 2 Oc10 0008000abbc04681002350400450500550600650波长/nmabbbcbccdCC1214反应时间/d提高了36.6 3%;对于-car-CSCPMRPs,当样品孵育时间为4d
25、时,硬度达到最大,相较于空白组提高了40.91%;对于入-car-CSCPMRPs,当样品孵育时间为2d时,硬度达到最大,相较于空白组提高了7.6 5%。在此基础上,分析可得当k-car-CSCP MRPs在孵育6d时,鱼糜凝胶的硬度达到最大。因此,添加糖基化产物能增加鱼糜硬度,且当k-car-CSCPMRPs孵育6d时,硬度达到最大,为31.31N。产生此差异的原2023 年第 49 卷第17 期(总第 48 5 期)2 33C6.00040002000002468101214反应时间/dd食品与发酵工业FOODANDFERMENTATIONINDUSTRIES因是由于卡拉胶自身的凝胶性质决
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