超高压及植物油添加量对兔肌球蛋白热凝胶特性的影响.pdf
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1、食品工程 食品科学 2023,Vol.44,No.19 43超高压及植物油添加量对兔肌球蛋白 热凝胶特性的影响崔旭海1,白 云2,徐幸莲2,周怡汝1,毕海丹1,*,冯晓慧1(1.枣庄学院食品科学与制药工程学院,山东 枣庄 277160;2.南京农业大学食品科学技术学院,国家肉品质量安全控制工程技术研究中心,江苏 南京 210095)摘 要:为研究超高压处理及植物油添加量对兔肌球蛋白热凝胶特性的影响,在不同压力条件(100、150、200 MPa)下对兔肌球蛋白进行10、2 min超高压处理,然后分别添加不同体积分数(0%、10%、20%、30%)的大豆油和磷酸盐缓冲液制备乳化体系,再利用程序升
2、温(1/min)制备凝胶,并以未经高压处理的肌球蛋白作为空白对照。利用流变仪、质构分析仪、扫描电子显微镜、低场核磁共振分析仪等对热凝胶的储能模量G、损耗模量G”、凝胶强度、保水性、微观结构和弛豫时间等指标进行测定。结果表明:与空白对照组相比,高压处理及添加油脂使兔肌球蛋白热凝胶的G、G”、凝胶强度、保水性等指标均明显增加;通过扫描电子显微镜观察到经复合处理的凝胶三维网络结构变得更加致密和紧凑,低场核磁共振分析结果显示凝胶基质中的自由水相对含量随着压力的增加逐渐减少,不易流动水质子结合程度增加,结合水组分相对含量明显增多。在相同压力处理条件下,兔肌 球蛋白热凝胶的G、G”、凝胶强度、保水性随着油
3、脂添加量的增加而增大,即0%处理组10%处理组20%处理组30%处理组,且相互之间差异显著(P0.05);其中,在200 MPa下添加30%油脂时,兔肌球蛋白热凝胶性能最好。综上,适当的高压处理结合油脂的添加,一定程度增强了蛋白质和脂肪的相互作用,改变了肌球蛋白热凝胶的微观结构和水分分布状态,从而表现出相应流变特性、质构特性、保水性等凝胶特性的变化,进而对改善兔肌球蛋白热凝胶的功能特性发挥积极作用。关键词:超高压;肌球蛋白;植物油;凝胶;保水性Effects of Ultra-High Pressure Treatment and Vegetable Oil Addition on the T
4、hermal Gelling Properties of Rabbit MyosinCUI Xuhai1,BAI Yun2,XU Xinglian2,ZHOU Yiru1,BI Haidan1,*,FENG Xiaohui1(1.College of Food Science and Pharmaceutical Engineering,Zaozhuang University,Zaozhuang 277160,China;2.National Center of Meat Quality and Safety Control,College of Food Science and Techn
5、ology,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China)Abstract:To investigate the effects of ultra-high pressure(UHP)treatment and vegetable oil addition on its heat-induced gel properties,rabbit myosin was subjected to UHP treatments(10/2 min)at different pressure levels(100,150 and 200 MPa),a
6、nd then mixed with different amounts(0%,10%,20%and 30%)of soybean oil and phosphate buffer to prepare emulsion systems,whose heat-induced gelation was carried out at a programmed heating rate of 1/min.Myosin not treated by UHP served as control.The storage modulus G,loss modulus G”,gel strength,wate
7、r-holding capacity(WHC),microstructure and relaxation time spectra of heat-induced myosin gels were measured by rheometer,texture analyzer,scanning electron microscope(SEM)and low-field nuclear magnetic resonance spectroscopy(NMR).The results showed that compared with the control group,the storage m
8、odulus,loss modulus,gel strength and WHC of heat-induced myosin gels were increased significantly by high pressure treatment and the addition of soybean oil.SEM revealed that the three-dimensional network structure became denser and more compact.The NMR analysis showed that the relative content of f
9、ree water in the gel matrix gradually decreased with an increase in pressure,and the degree of proton binding 收稿日期:2022-08-02 基金项目:国家自然科学基金面上项目(31471601);枣庄市科学技术发展计划项目(2019NS05)第一作者简介:崔旭海(1979)(ORCID:0000-0001-7708-516X),男,教授,博士,研究方向为畜产品加工与保藏。E-mail:*通信作者简介:毕海丹(1979)(ORCID:0000-0002-2579-3612),女,副教授
10、,硕士,研究方向为食品营养与安全。E-mail:44 2023,Vol.44,No.19 食品科学 食品工程of immobilized water and the relative content of bound water significantly increased.Under the same pressure,the G,G”,gel strength and WHC increased with increasing addition of soybean oil,showing significant differences among addition levels(P 0
11、.05).The 200 MPa+30%soybean oil group had the best heat-induced gel properties.Therefore,appropriate high-pressure treatment combined with the addition of soybean oil enhanced the interaction between protein and fat,and changed the microstructure and water distribution state and consequently gel pro
12、perties such as rheological properties,texture and WHC of heat-induced myosin gels,which played a positive role in improving the functional properties of heat-induced rabbit myosin gels.Keywords:ultra-high pressure;myosin;vegetable oil;gel;water-holding capacityDOI:10.7506/spkx1002-6630-20220802-026
13、中图分类号:TS201.1 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2023)19-0043-08引文格式:崔旭海,白云,徐幸莲,等.超高压及植物油添加量对兔肌球蛋白热凝胶特性的影响J.食品科学,2023,44(19):43-50.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220802-026.http:/CUI Xuhai,BAI Yun,XU Xinglian,et al.Effects of ultra-high pressure treatment and vegetable oil addition on the thermal gelling propertie
14、s of rabbit myosinJ.Food Science,2023,44(19):43-50.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220802-026.http:/肌球蛋白是肌原纤维中含量最丰富的蛋白质,约占肌肉蛋白质的1/4,是影响肌肉蛋白凝胶形成能力的主要组分,在肉类品质中发挥着重要作用1。高压已被证明会引起蛋白质结构的变化,从而改善肌肉蛋白质的凝胶特性2。高压处理作为一种非热处理技术,可用于改善食品中蛋白质的结构3,进而改变其食用和功能特性,因此受到了广泛关注。研究表明,不同水平的压力处理对肌
15、肉蛋白热凝胶特性影响差异较大4-6。Xue Siwen等7的研究表明300 MPa的高压处理会使肌球蛋白过度变性;Iwasaki等8也发现200 MPa以上的高压处理会压缩肌球蛋白分子的体积,导致凝胶强度和表面弹性下降,其作用效果与压力和蛋白种类密切相关。绝大多数的报道均显示,适宜的高压处理可以增强肌球蛋白乳液的凝胶形成能力,显著改善畜禽肉类产品的保水性和质构特性等凝 胶特性9-12。蛋白质的热凝胶特性对于肉类食品最终质地和口感的形成影响很大,而植物油作为食品加工中重要的添加成分,同样对产品的质地和风味影响较大。研究表明,添加的油脂在热加工过程中能够稳定肉糜蛋白质凝胶网状结构,改善产品的质构特
16、性和保水性,同时赋予产品良好的风味和口感13。对鱼糜的研究表明,添加外源油脂不仅能改善鱼糜制品的滋味和营养特性,而且脂质能通过与鱼糜蛋白的乳化作用进而改善鱼糜蛋白凝胶的功能特性14。目前,多数研究集中在探讨超高压 条件2,7,15、食盐的添加16-17、磷酸盐的添加12,17等因素对肌原纤维蛋白或肌球蛋白凝胶特性3-5、理化性质1-2和相关功能性质10,12的影响方面;而关于超高压条件下油脂的添加对肌肉蛋白凝胶特性的影响鲜有研究,尤其是不同压力下结合油脂的添加对肌球蛋白热凝胶特性的影响规律尚未明晰。本实验利用不同高压处理的兔肉肌球蛋白在非变性温度下添加不同体积分数植物油制备乳化体系,研究在后续
17、升温过程中热凝胶特性与凝胶保水性的变化,确定较优的压力水平与植物油的添加水平,探讨其变化机理,以期为油脂在乳化型肉糜类制品中的使用及相关企业更好地利用超高压技术提供一定的参考。1 材料与方法1.1 材料与试剂3 月龄健康新西兰雄性白兔(2.53.0 kg)江苏省农科院畜牧所;氯化钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、戊二醛(体积分数25%)、无水乙醇、叔丁醇等(均为分析纯)南京化学试剂有限公司;牛血清白蛋白、双缩脲 北京索莱宝科技有限公司;非转基因大豆油 山东鲁花集团;聚乙烯真空包装袋(20 下透氧率为1 cm3/(m2h)北京华盾塑料有限公司。1.2 仪器与设备S-IL-100-850-9-W高压设备
18、 英国Stansted Fluid Power公司;SIM-F124制冰机 日本三洋公司;FA1104B电子分析天平 上海越平科学仪器有限公司;Waring高速组织捣碎机 美国思伯明设备有限公司;Avanti J-E高速冷冻离心机 美国贝克曼有限公司;MCR 301流变仪 奥地利Physica公司;Spectra Max M2酶标仪 美国分子设备有限公司;TA-XT Plus型物性测试仪 英国Stable Micro Systems公司;MicroMR核磁共振分析仪 上海纽迈电子有限公司;S-3000N扫描电子显微镜 日本日立公司;Ultra Turrax T25高速匀浆器 德国IKA公司。食
19、品工程 食品科学 2023,Vol.44,No.19 451.3 方法1.3.1 肌球蛋白的提取参照钱畅等12的方法,选取健康的新西兰雄性白兔,宰前提供饮水和充分休息,减少应激。机械击昏后切断颈部血管放血,迅速剥皮,去头、爪及内脏,自来水冲洗去除血迹。沥干后放入冰箱(4),15 min后取腰大肌并剔除可见脂肪及结缔组织,切碎称质量12。肌球蛋白的提取具体参照Xue Siwen等1的操作方法在04 下进行,用双缩脲法检测肌球蛋白质量浓度。最后用0.6 mol/L KCl(pH 6.5)缓冲溶液将蛋白质量浓度调至20 mg/mL,备用。1.3.2 高压处理及不同油脂添加量下乳化体系的制备将上述肌球
20、蛋白溶液转移至真空包装袋中并密封(每袋约50 g,去除气泡),置于超高压腔体中,在压力100、150、200 MPa下保压2 min,腔体温度为10,以未进行高压处理(0.1 MPa)的肌球蛋白作为空白对照组。然后,分别取经高压处理和未经高压处理的肌球蛋白溶液50 mL(20 mg/mL)、不同体积的大豆油(分别为0、10、20、30 mL)、磷酸盐缓冲液(20 mmol/L,pH 6.5),三者共计100 mL,混合后利用高速匀浆器10 000 r/min匀浆2 min,制备好的乳化体系备用。其中,所制备的16 个样品体系具体如下:0.1 MPa处理组(油脂的体积分数分别为0%、10%、20
21、%、30%);100 MPa处理组(油脂的体积分数分别为0%、10%、20%、30%);150 MPa处理组(油脂的体积分数分别为0%、10%、20%、30%);200 MPa处理组(油脂的体积分数分别为0%、10%、20%、30%)。1.3.3 肌球蛋白凝胶制备参照钱畅等12的方法,将上述乳化体系置于玻璃小烧杯中,并在水浴锅中从20 程序升温(1 /min)至85,保温20 min,获得凝胶。再将凝胶置于04 下过夜(12 h)。测定凝胶强度、保水性、水分分布并观察凝胶微观结构。1.3.4 流变特性测定参照Zhang Yulong等18的方法稍作改动,使用1.3.2节中制备好的肌球蛋白乳化体
22、系作为样品。仪器采用平行板(上板直径50 mm),参数设置如下:频率为0.1 Hz,应变为1%,狭缝为0.5 mm,升温条件为2085(2/min),记录储能模量G(弹性特征)、损耗模量G”(黏性特征)的变化情况。1.3.5 凝胶强度的测定参照Chen Xing等19的方法并略做改动,利用质构分析仪进行凝胶强度的测定,单位为g。质构分析仪参数设定:测试前探头(P/5)下降速率2.0 mm/s,测试速率1.0 mm/s,测试后探头上升速率1.0 mm/s,穿刺测试距离5 mm,感应力3 g,用质构分析仪自带软件Texture Expert English 1.22进行分析,以穿刺曲线的第一个峰值
23、即破断强度(g)表征凝胶强度。1.3.6 保水性测定 参照Zhang Ziye等20的方法并作适当改动,通过离心失水率来表征保水性。准确称量上述制备的凝胶样品5 g左右置于离心管中,将离心管两两配平,经3 000g(4)离心5 min后取出去除水分,准确称量余下样品质量,按下式计算离心损失率。?100?/%?m1?m2m1?m0式中:m0为离心前空离心管的质量/g;m1为离心前离心管和凝胶的总质量/g;m2为离心除水之后离心管和凝胶的总质量/g。1.3.7 核磁共振自旋-自旋弛豫时间(T2)测试参照Han Minyi等9的方法进行核磁共振波谱(nuclear magnetic resonanc
24、e spectroscopy,NMR)测试,并略作改动。测试条件:质子共振频率为22.6 MHz,测试温度为32。取2 g凝胶样品放入核磁共振测试管再置于分析仪中。用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)序列进行测试。所使用值为350 s,重复扫描32 次,间隔时间为7 000 ms,得到12 000 个回波峰点数。利用仪器自带的Multi Exp Inv Analysis软件进行反演,得到T2及对应的峰面积所占比例(P2)。1.3.8 扫描电子显微镜观察测试样品的制备参照徐幸莲21和钱畅22等的方法,首先用体积分数4%的戊二醛溶液进行固定,再用不同体积分数的乙醇溶液进
25、行梯度脱水,然后放入叔丁醇中置换3 次,再将其冻干并用溅射镀膜机将制备好的试样进行喷金处理22。之后利用扫描电子显微镜选择放大1 000 倍进行观察。选取不同压力下未添加油脂和添加20%油脂样品的电子显微镜图片进行分析。1.4 数据统计与分析本实验凝胶强度、保水性、T2弛豫时间、P2峰面积百分数等指标均重复测定3 次,结果以平均值标准差表示,流变特性取3 次重复的平均值进行作图。数据分析使用Statistix 8.1软件包中General Linear Models程序进行,对数据之间的显著性采用Tukey HSD法进行对比(以 P0.05表示差异显著),采用Sigmaplot 12.5软件作
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