郭園園，孔保華*

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030)

冷凍貯藏引起的魚肉蛋白質(zhì)變性及物理化學(xué)特性的變化

郭園園，孔保華*

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030)

冷凍貯藏是魚類重要的貯藏方法，但不適當(dāng)?shù)膬霾睾途徎瘯?huì)引起魚肉肌原纖維蛋白的變性，造成魚肉質(zhì)量降低。魚肉蛋白質(zhì)變性主要和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化有關(guān)，包括空間結(jié)構(gòu)的變化、溶解性的變化、Ca2+-ATPase活性變化、巰基和二硫鍵含量變化、表面疏水性變化及海水魚中甲醛含量的變化，而結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)一步影響蛋白質(zhì)的功能特性。本文主要論述魚肉蛋白質(zhì)的冷凍變性機(jī)理，并對(duì)魚肉蛋白質(zhì)在冷凍貯藏期間引起的蛋白質(zhì)物理化學(xué)特性的變化進(jìn)行論述。

冷凍貯藏；變性；肌原纖維蛋白；理化特性

魚類中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，水分活度高，非常易腐敗變質(zhì)。如果不能及時(shí)加工處理，在微生物和酶的綜合作用下蛋白質(zhì)、氨基酸等會(huì)發(fā)生分解，對(duì)品質(zhì)產(chǎn)生極為不利的影響[1]。為了保證原料魚肉的質(zhì)量，冷藏或凍藏保存魚類是一個(gè)非常重要的貯存方法。在低溫下可以抑制微生物生長(zhǎng)繁殖、降低酶的活性，從而有效延長(zhǎng)水產(chǎn)食品的貨架期。但不適當(dāng)?shù)膬霾睾途徎瘯?huì)引起魚肉品質(zhì)量降低，主要包括肉汁液流失、嫩度下降、風(fēng)味物質(zhì)和蛋白質(zhì)損失，最終破壞肌肉蛋白質(zhì)的功能特性，降低肉的品質(zhì)和加工性能。冷凍貯藏中對(duì)魚肉質(zhì)量影響最大的變化是蛋白質(zhì)的變性。冷凍魚類蛋白變性是由冷凍貯藏溫度及貯藏時(shí)間、包裝、凍融速率、溫度波動(dòng)和反復(fù)凍融等很多因素決定的[2]。魚肉蛋白質(zhì)的變性影響了魚肉及其制品的口感、風(fēng)味，降低了其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和商品價(jià)值。因此魚肉蛋白質(zhì)在冷凍貯藏期間發(fā)生的冷凍變性一直是水產(chǎn)品研究的重點(diǎn)。本文主要論述魚肉蛋白質(zhì)的冷凍變性機(jī)理，并對(duì)魚肉蛋白質(zhì)在冷凍貯藏期間引起蛋白質(zhì)物理化學(xué)特性的變化進(jìn)行論述。

1 魚肉蛋白在冷凍貯藏期間的變性及變性機(jī)理

所謂魚肉蛋白質(zhì)的冷凍變性，是指魚在凍藏條件下，即-12～-23℃條件下貯藏，蛋白質(zhì)受物理或化學(xué)因素的影響，其分子內(nèi)部原有的高度規(guī)律性的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，致使蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)都有所改變，但并不導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的破壞，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性[3]。

關(guān)于蛋白質(zhì)冷凍變性機(jī)理有很多說法，但目前較有說服力的有3種：一是結(jié)合水的分離學(xué)說，即蛋白質(zhì)中的部分結(jié)合水被凍結(jié)，破壞其膠體體系，使蛋白質(zhì)大分子在冰晶的擠壓作用下互相靠攏并聚集起來而變性，也可稱為蛋白質(zhì)分子的聚集變性(aggregation)。蛋白質(zhì)冷凍凝聚變性模型[4]見圖1。

圖1 蛋白質(zhì)冷凍凝聚變性模型Fig.1 Model of protein denaturation of freezing aggregation

具有α-螺旋結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)在凍藏過程中易發(fā)生聚集變性。該模型指出，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)冷卻到冰點(diǎn)以下時(shí)，溫度較低部分的水分子開始結(jié)晶，而其他部分的未凍結(jié)水分子則向冰晶處遷移，引起冰晶生長(zhǎng)，最終蛋白質(zhì)表面功能基團(tuán)所結(jié)合的水分也會(huì)被移去，使這些功能基團(tuán)游離出來而相互作用，從而使蛋白質(zhì)分子間發(fā)生聚集。魚肉肌原纖維蛋白中的肌球蛋白、肌動(dòng)球蛋白中的肌球蛋白部分都具有α-螺旋結(jié)構(gòu)，在凍藏中易發(fā)生聚集變性。研究發(fā)現(xiàn)，參與這些蛋白質(zhì)聚集的鍵為氫鍵、離子鍵、疏水鍵和二硫鍵[5]。蛋白質(zhì)聚集使其相應(yīng)的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。

另一學(xué)說是細(xì)胞液的濃縮學(xué)說，即在冷凍條件下，蛋白質(zhì)自由水與結(jié)合水先后結(jié)冰，使蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而造成，同時(shí)，還由于細(xì)胞內(nèi)外生成的冰結(jié)晶破壞，并引起肌肉中的水溶液濃度升高、離子強(qiáng)度和pH值發(fā)生變化，最終導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，這種變性幾乎是不可逆的凍結(jié)，使蛋白質(zhì)因鹽析作用而變性。這種觀點(diǎn)往往被用來說明細(xì)胞內(nèi)外冰的生成量及生成狀態(tài)同蛋白質(zhì)變性之間的密切關(guān)系。

未凍結(jié)時(shí)，蛋白質(zhì)分子以高度水化的折疊狀蛋白質(zhì)存在，這時(shí)，蛋白質(zhì)多肽鏈上的非極性基團(tuán)位于分子內(nèi)部而避免了與水分接觸，具有較高的熵，較穩(wěn)定，同時(shí)，蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的非極性基團(tuán)相互作用形成的非極性鍵可使其更穩(wěn)定。肉在冷凍過程中，隨著結(jié)合水的凍結(jié)，冰晶形成會(huì)使蛋白質(zhì)的水化程度大大降低從而使其鏈展開，形成水化程度很低的開鏈蛋白質(zhì)。其未折疊部分暴露出非極性氨基酸，結(jié)果導(dǎo)致臨近蛋白質(zhì)間的疏水相互作用、氫鍵、二硫鍵、離子鍵等形成，最終導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子間構(gòu)象重排、分子內(nèi)發(fā)生聚集，也稱作蛋白質(zhì)多肽鏈的展開(unfolding)變性。蛋白質(zhì)冷凍開鏈變性模型[4]如圖2所示。

圖2 蛋白質(zhì)開鏈變性模型Fig.2 Model of protein denaturation of unfolding

后來又有學(xué)者提出蛋白變性的一個(gè)假設(shè)，即水和水合水的相互作用。蛋白質(zhì)分子中復(fù)雜的三級(jí)、四級(jí)結(jié)構(gòu)是由分子內(nèi)的非極性鍵之間的疏水結(jié)合和分子間的氫鍵來維持的。這些鍵的分布狀態(tài)和蛋白質(zhì)周圍的水分子所形成的構(gòu)造、狀態(tài)密切相關(guān)。凍結(jié)時(shí)由于冰晶的生成引起結(jié)合水和蛋白質(zhì)結(jié)合狀態(tài)的改變，使蛋白質(zhì)分子內(nèi)部有些鍵被破壞，有些鍵又重新生成，這涉及到蛋白質(zhì)分子內(nèi)部構(gòu)造的變化，從而使蛋白質(zhì)變性[6]。此外，肌肉組織結(jié)構(gòu)因細(xì)胞內(nèi)外生成的冰結(jié)晶而產(chǎn)生破壞，肌肉組織蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)的水解作用，凍藏中氧化三甲胺還原產(chǎn)生的二甲胺和甲醛，脂質(zhì)氧化生成的醛酮類物質(zhì)，ATP分解產(chǎn)生的次黃嘌呤類物質(zhì)，ATP降解和糖原酵解造成的pH值下降等因素均會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生變性。

魚肉蛋白質(zhì)由水溶性的肌漿蛋白、鹽溶性的肌原纖維蛋白和不溶性的基質(zhì)蛋白組成[7]。研究發(fā)現(xiàn)魚肉蛋白變性主要是由肌原纖維蛋白變性引起的，其他兩種蛋白變化很小。而肌原纖維蛋白質(zhì)的變性又與蛋白質(zhì)的物理和化學(xué)特性的變化密切相關(guān)。

2 肌原纖維蛋白在凍藏過程中物理化學(xué)性質(zhì)的變化

冷凍貯藏期間魚肉蛋白質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)的變化，以及由此引起的蛋白質(zhì)變性，主要表現(xiàn)在肌原纖維蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的變化、溶解性的變化、Ca2+-ATPase活性變化、肌原纖維蛋白的巰基和二硫鍵含量變化、肌原纖維蛋白表面疏水性變化及海產(chǎn)品中甲醛含量的變化等。

2.1 肌原纖維蛋白空間結(jié)構(gòu)的變化

肌原纖維在電鏡下呈長(zhǎng)的圓筒狀結(jié)構(gòu)，其直徑為1～2μm。其橫切面由粗絲和細(xì)絲交錯(cuò)穿插進(jìn)行有序排列，以一條粗絲為中心，六條細(xì)絲呈六角形包繞在周圍?？v切面有明暗相見的橫紋，分為暗帶(A帶)和明帶(I帶)，I帶中央有一條Z線。粗絲主要由肌球蛋白組成，細(xì)絲主要由肌動(dòng)蛋白組成。肌原纖維蛋白質(zhì)(myofibrillar protein)是構(gòu)成肌原纖維的蛋白質(zhì)，占肌肉中總蛋白的50%～70%，在離子強(qiáng)度0.5以上的中性鹽溶液中，可以大致被完全抽提出來[8]。主要包括肌球蛋白(myosin)和肌動(dòng)蛋白(actin)。其中肌球蛋白的形狀很像“豆芽”，由兩條很長(zhǎng)的肽鏈相互盤旋構(gòu)成，這兩條肽鏈稱為重鏈，形成頭部，頭部(S1)具有ATP酶的活性；尾部有數(shù)條輕鏈。肌動(dòng)蛋白單獨(dú)存在時(shí)為一球形的結(jié)構(gòu)，與肌球蛋白結(jié)合形成肌動(dòng)球蛋白。

魚肉在凍藏過程中，由于冰晶的形成及增大而使肌原纖維蛋白脫水變性，電鏡結(jié)果顯示肌原纖維的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，出現(xiàn)明顯的裂縫和空隙，粗細(xì)絲排列紊亂、松散，肌節(jié)、A帶、I帶以及橫紋模糊甚至消失，Z線扭曲、斷裂、嚴(yán)重時(shí)溶解消失，肌組織中出現(xiàn)大小不等的空泡；同時(shí)電泳圖譜會(huì)出現(xiàn)色帶變淡、消失或有新的條帶生成，這都表明了肌原纖維蛋白變性，發(fā)生不同程度的降解。

Roura等[9]對(duì)冰藏的產(chǎn)卵后的鱈魚肌原纖維蛋白進(jìn)行電泳分析和掃描電鏡觀察，在電泳圖譜上發(fā)現(xiàn)大分子質(zhì)量條帶變淡，并有新的小分子質(zhì)量條帶出現(xiàn)，表明在凍藏過程中出現(xiàn)了交聯(lián)反應(yīng)而沉積或出現(xiàn)新的蛋白質(zhì)肽鏈。電鏡結(jié)果顯示肌肉纖維出現(xiàn)明顯的裂縫和空隙，表明在凍藏過程中由于冰晶增大而使肌原纖維蛋白質(zhì)脫水變性。Matthews等[10]對(duì)凍藏的鰭魚和汪秋寬等[11]對(duì)凍藏210d鯉魚的肌原纖維蛋白的研究得到了相似的結(jié)果。但是Busconi等[12]對(duì)新鮮和冷凍貯存7d的白石首魚肌原纖維蛋白電泳圖進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)伴肌動(dòng)蛋白顯著降解，然而肌原纖維的大部分蛋白沒有變化。作者總結(jié)認(rèn)為在死后貯存期間很多蛋白是不受影響的，肌肉變軟不是因?yàn)榧≡w維的分解，可能是因?yàn)榇我募?xì)胞成分發(fā)生了蛋白水解，這些次要的細(xì)胞成分使主要結(jié)構(gòu)單位緊密結(jié)合。

鱈魚冷藏9d后，其粗絲聯(lián)接蛋白不斷降解，并且變化顯著。這表明冷凍貯藏期間肌肉蛋白的降解依賴于物種和組織，即不同的物種和組織間的差異由體內(nèi)蛋白酶種類和數(shù)量的不同造成的[13]。隨著凍融次數(shù)的增加，蝦肉肌纖維間的空隙增大，肌纖維彎曲甚至斷裂[14]。

2.2 肌原纖維蛋白溶解性的變化

蛋白質(zhì)溶解性是指在一定條件下，肌肉中可以進(jìn)入溶液的蛋白量與總的肌肉蛋白量的比值，且這部分溶解的蛋白質(zhì)在一定的離心力作用下不應(yīng)發(fā)生沉淀。肌肉蛋白質(zhì)的溶解性在肉制品加工中起重要的作用，特別肉糜類制品和重組肉的加工方面。因?yàn)榧∪獾鞍踪|(zhì)的大多數(shù)功能性質(zhì)是與蛋白質(zhì)的溶解性密切相關(guān)的，而蛋白質(zhì)的功能性如凝膠特性、乳化特性、起泡性、流變學(xué)特性只有在蛋白質(zhì)處于高度溶解狀態(tài)時(shí)才能表現(xiàn)出來的[15]。

研究表明，冷凍貯藏期間肌原纖維蛋白的溶解性降低。且當(dāng)凍藏溫度高于冰結(jié)晶點(diǎn)時(shí)，凍藏溫度越低，蛋白質(zhì)變性越快，溶解性下降得越快；當(dāng)凍藏溫度低于冰結(jié)晶點(diǎn)，凍藏溫度越低，蛋白質(zhì)變性越慢，溶解性下降得也越慢；凍藏時(shí)間越長(zhǎng)肌肉蛋白的溶解性越差。凍藏過程中由于氫鍵、疏水鍵、二硫鍵、鹽鍵的形成往往會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶解性的下降，且其下降程度與魚種有關(guān)[16]。大西洋鱈魚魚糜在-20℃凍藏14d和42d后，鹽溶性蛋白含量分別下降了23%和47.5%[17]。Sultanbawa等[18]研究表明，藍(lán)鱈魚糜蛋白在-18℃凍藏120d，其鹽溶性蛋白含量從60%下降到19%。研究發(fā)現(xiàn)隨著冷凍-解凍循環(huán)次數(shù)的增加，鱈魚蛋白鹽溶性含量顯著降低，當(dāng)經(jīng)過5次循環(huán)后，鹽溶性含量大約減少60%[19]。羅永康[20]對(duì)鰱魚肉在-20℃和-10℃凍藏期間鹽溶性蛋白含量的變化進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)前6周分別下降到新鮮鰱魚肉的49.7%和39.8%，分別下降了50.3%和60.2%。從第7周到第24周，鹽溶性蛋白含量下降越來越慢，分別從49.7%和39.8%下降到30.1%和26%，表明貯藏溫度越低，鹽溶性蛋白下降越慢，蛋白變性程度越小。

蛋白溶解性的降低伴隨著疏水性的增加、二硫鍵的形成。因?yàn)橛行虻娜?jí)結(jié)構(gòu)的破壞導(dǎo)致蛋白間的交聯(lián)，從而引起了蛋白溶解性的降低[21]。肌原纖維蛋白溶解性的逐漸降低是由蛋白的聚集引起的，二硫和非二硫共價(jià)鍵也許和肌球蛋白重鏈的交聯(lián)相關(guān)，而交聯(lián)導(dǎo)致了高分子質(zhì)量多聚物的形成[22]。從熱力學(xué)上講，蛋白溶解性的降低是蛋白分子間作用和蛋白與水間相互作用的平衡發(fā)生變化的結(jié)果，這導(dǎo)致了蛋白分子間的作用增強(qiáng)和蛋白與水分子間的作用減弱[23]。自由基的攻擊也是蛋白溶解性降低的原因之一[24]。

2.3 肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性的變化

肌球蛋白的球狀頭部(S1)具有ATP酶活性，Ca2+可以激活其活性。所以Ca2+-ATPase活性是反映肌球蛋白完整性的一個(gè)重要指標(biāo)[25]。研究表明，冷凍貯藏期間肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性發(fā)生不同程度的下降，這表明凍藏破壞了肌球蛋白的完整性，發(fā)生變性，從而降低了肌原纖維蛋白的功能特性。不同魚種在新鮮狀態(tài)時(shí)Ca2+-ATPase活性不同是因?yàn)榧∪獾鞍讓?duì)處理的敏感性存在差異，也可能是因?yàn)榧∪獾鞍滋烊唤Y(jié)構(gòu)的不同，Ca2+-ATPase活性的降低可能是由于肌球蛋白頭部的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變或聚集所致，且降低的程度取決于魚的品種[26]。Benjakul等[26]報(bào)道石首魚、狗母魚、鲅魚和大眼棘鬣魚4種熱帶魚在-18℃冷凍貯存7d后，前三者肌肉蛋白的Ca2+-ATPase分別下降35.7%、46.6%和20.9%，而大眼棘鬣魚沒有什么顯著變化；冷凍貯存168d后分別下降72.1%、51.7%、53.4%和42.8%。沙丁魚在-5、-20℃分別凍藏7、40d后其Ca2+-ATPase活性分別下降一半[27]。周愛梅等[28]研究發(fā)現(xiàn)鳙魚和羅非魚魚糜在-20℃凍藏63d后Ca2+-ATPase 活性分別降低了100%和43.5%。鯉魚在-20℃冷凍貯藏60d肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性降低[29]。

凍藏過程中冰結(jié)晶的形成、離子強(qiáng)度的增加，誘導(dǎo)肌球蛋白的變性、使肌動(dòng)球蛋白的復(fù)合物破裂，致使ATPase活性降低。隨著冷凍貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，Ca2+-ATPase活性下降越顯著，這表明肌球蛋白更易變性，特別是頭部的變性[25]。在凍藏過程中冰晶的形成及由此所帶來的體系離子強(qiáng)度的增加都會(huì)導(dǎo)致肌球蛋白頭部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而使其Ca2+-ATPase活性下降[25]。Ca2+-ATPase活性降低可能和肌球蛋白球狀頭部巰基的氧化相關(guān)[16]。蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)間相互作用引起的蛋白質(zhì)分子重排及肌球蛋白活性部位的巰基發(fā)生氧化也可能導(dǎo)致肌球蛋白Ca2+-ATPase活性下降[19]。Ramirez等[5]報(bào)道Ca2+-ATPase活性的喪失是由肌球蛋白頭部的活性位點(diǎn)變化引起的而不是由蛋白聚集引起的。

2.4 肌原纖維蛋白巰基和二硫鍵含量的變化

巰基對(duì)于穩(wěn)定肌原纖維蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)有著重要的意義，因此許多學(xué)者都認(rèn)為巰基氧化形成二硫鍵是引起蛋白質(zhì)分子間交叉、聯(lián)結(jié)、聚合，進(jìn)而導(dǎo)致肌原纖維蛋白空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的主要原因。研究表明，在冷凍貯藏過程中，肌原纖維蛋白的活性巰基易氧化成二硫鍵，因此經(jīng)冷凍后其活性巰基或總巰基的含量減少，而二硫鍵的含量增加。巰基含量的減少可能是多肽內(nèi)部或多肽間形成二硫鍵；也可能是由于蛋白質(zhì)發(fā)生了聚集反應(yīng)的結(jié)果。羅非魚在-20℃冷藏15d后總巰基含量不斷降低，且降低了初始值的33%，且?guī)€基含量的降低伴隨著二硫鍵的形成[5]。紅狗鱈魚在-20℃凍藏28d后巰基含量降至82%，102d后降到68%[30]。太平洋白鱈魚在凍藏2d過程中肌動(dòng)球蛋白總巰基含量輕微上升，然后逐漸下降[26]。Benjakul等[26]研究發(fā)現(xiàn)石首魚、狗母魚、鲅魚和大眼棘鬣魚在-18℃冷凍貯藏14d后總巰基含量分別下降了22.2%、17.4%、29.4%和26.4%，168d后總巰基含量分別下降了29.6%、67.3%、43.2%和47.8%，二硫鍵含量分別升高了129.5%、325.4%、32.9%和41.7%。鳙魚和羅非魚魚糜在-20℃凍藏63d后，二硫鍵含量分別增加了27.7%和222.1%[28]。冷凍-解凍鱈魚發(fā)現(xiàn)，隨著凍融次數(shù)的增多，蛋白變性更嚴(yán)重，加速了二硫鍵的形成和巰基含量的降低[19]。

肌球蛋白有42～43個(gè)巰基，其中SH1和SH2兩種巰基位于肌球蛋白頭部區(qū)域，它們與其ATPase活性有關(guān)。SHa集中在輕質(zhì)酶解肌球蛋白上，它負(fù)責(zé)Mg2+-ATPase活性，與肌球蛋白重鏈(MHC)的氧化及二聚物的形成密切相關(guān)，促進(jìn)巰基的氧化[31]?？値€基含量的降低是由SHa的氧化引起的[25]。Buttkus[31]報(bào)道鱈魚巰基氧化程度比虹鱒魚嚴(yán)重，認(rèn)為巰基氧化和ATPase活性降低程度不同，這取決于魚的品種。凍藏中巰基含量變化不同是因?yàn)椴煌~種的肌原纖維蛋白巰基氧化的難易程度不同[26]。巰基的下降伴隨著Ca2+-ATPase活性的降低，這可能是因?yàn)榧∏虻鞍讟?gòu)象發(fā)生改變，特別是頭部區(qū)域的變化。這些變化導(dǎo)致了活性巰基的暴露，使其更易發(fā)生氧化或二硫鍵交換，從而巰基含量下降，二硫鍵含量升高。海水魚中形成的高濃度甲醛誘導(dǎo)了蛋白聚集，這促進(jìn)了巰基的氧化。此外，蛋白質(zhì)聚合體的形成會(huì)覆蓋一些巰基，使能夠檢測(cè)到的游離巰基減少，從而也可能導(dǎo)致巰基含量下降。

2.5 肌原纖維蛋白表面疏水性的變化

蛋白質(zhì)的表面疏水性反映的是蛋白質(zhì)分子表面疏水性氨基酸的相對(duì)含量，也可以用它來衡量蛋白質(zhì)的變性程度，對(duì)某種蛋白質(zhì)來說，如果表面疏水性的增加則說明它的變性程度增加。研究發(fā)現(xiàn)，魚肉經(jīng)冷凍貯藏后，肌原纖維蛋白的表面疏水性增加。這表明凍藏引起蛋白變性，肌原纖維蛋白質(zhì)分子伸展開，把非極性的氨基酸殘基暴露在蛋白質(zhì)分子的表面，破壞了蛋白質(zhì)原來的排列方式，引起肽鏈的卷曲或螺旋結(jié)構(gòu)的變化，形成不同于天然結(jié)構(gòu)的狀態(tài)[32]。Benjakul等[25]研究發(fā)現(xiàn)太平洋鱈魚冰藏2d后，其肌動(dòng)球蛋白的表面疏水性增加了56%，而后基本保持不變。Roura等[9]對(duì)凍藏鱈魚的肌動(dòng)球蛋白進(jìn)行研究得到了相似的結(jié)果。Benjakul等[26]報(bào)道鲅魚和大眼棘鬣魚在-18℃凍藏168d后肌動(dòng)球蛋白的表面疏水性分別增加了129.8%和164.7%。

冷藏期間蛋白疏水性的增加可能是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的去折疊及疏水性脂肪族和芳香族氨基酸的暴露[33]。冷凍的白魚肉肌球蛋白分子的疏水性氨基酸比紅魚肉更易暴露[34]。Multilangi等[35]推測(cè)表面疏水性的增加表明蛋白質(zhì)發(fā)生變性或降解引起了內(nèi)部分子的暴露，從而導(dǎo)致保水能力的降低和較弱的膠凝作用。Roura等[9]報(bào)道狗鱈冰藏3d后其肌動(dòng)球蛋白的表面疏水性升高，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中用的熒光劑8-苯氨基-萘酚-磺酸(ANS)和疏水性氨基酸結(jié)合，包括芳香族氨基酸、苯丙氨酸和色氨酸，這是由蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化引起的。氨基酸間的疏水相互作用和巰基的氧化影響表面疏水性[36]。凍藏過程引起蛋白質(zhì)氧化，可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致溶液中極性和非極性基團(tuán)數(shù)量的改變，因此可能增加蛋白質(zhì)的表面疏水性[37]。Benjakul等[26]推測(cè)凍藏狗母魚的表面疏水性的急劇增加是由甲醛的形成引起的。

2.6 甲醛含量的變化

20世紀(jì)70年代，人們發(fā)現(xiàn)那些抗凍能力很差的魚類在凍藏時(shí)產(chǎn)生大量的甲醛(FA)和二甲胺(DMA)，這是因?yàn)轶w內(nèi)的氧化三甲胺經(jīng)氧化三甲胺脫甲基酶作用而被降解成等量的FA和DMA[38]。后來發(fā)現(xiàn)只有海洋動(dòng)物體內(nèi)含有這種酶，因此甲醛含量的變化只存在于海水魚中。甲醛含量的變化引起肌原纖維蛋白的變化，包括溶解性、凝膠強(qiáng)度、ATPase活性、表面疏水性等。Ang等[39]報(bào)道貯存在-25℃和-80℃的鱈魚肌球蛋白中甲醛含量增加，發(fā)生甲醛的聚集，甲醛可能誘導(dǎo)了肌球蛋白構(gòu)象的變化，特別是球狀頭部區(qū)域，這導(dǎo)致了Ca2+-ATPase活性的降低和表面疏水性的變化。Careche等[40]用RAMAN色譜儀研究了冷凍和貯藏過程中鱈魚肌肉蛋白的變化，肌球蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化從空白的95%的α-折疊到加入12mmol/L甲醛的60%的α-折疊，振動(dòng)模式的變化指向脂肪端，暗示了甲醛加入后或冷凍貯藏過程中化學(xué)鍵發(fā)生了變化，存在疏水相互作用。色譜分析得出有部分蛋白解折疊并增加了脂肪疏水殘基的外露。因此導(dǎo)致出現(xiàn)蛋白之間的共價(jià)連接，從而出現(xiàn)了SDS和ME處理都不溶的狀態(tài)。甲醛誘導(dǎo)產(chǎn)生了疏水氨基酸側(cè)鏈的甲基基團(tuán)間的大范圍的共價(jià)鍵，促進(jìn)了蛋白的聚集[26]。瘦肉型魚類在冷藏期間甲醛生成和它對(duì)肌肉蛋白的影響是作為影響質(zhì)地和功能性變質(zhì)的主要因素[41]。Sikorski等[42]報(bào)道說甲醛與蛋白反應(yīng)，從而導(dǎo)致構(gòu)象發(fā)生改變，蛋白質(zhì)的溶解性下降。

在研究中也有不同的意見，Badii等[33]觀察了鱈魚(產(chǎn)生豐富的甲醛)和黑線鱈(幾乎不產(chǎn)生甲醛)在冷凍條件下品質(zhì)的變化，結(jié)果表明蛋白的聚集與甲醛的產(chǎn)生量沒有明顯的關(guān)系，甲醛并不是引起冷凍變性的主要原因，變性的主要原因仍是脂質(zhì)的氧化產(chǎn)物與蛋白質(zhì)的相互作用。

3 影響魚肉品質(zhì)變化的因素

冷凍貯藏期間，引起魚肉質(zhì)量發(fā)生變化的因素包括：原料固有的品質(zhì)、貯藏前后的處理和包裝、貯藏溫度、貯藏時(shí)間、冷凍速度、溫度波動(dòng)、反復(fù)凍融以及解凍方式等。其中冷凍速度和貯藏溫度是影響魚肉品質(zhì)變化的關(guān)鍵因素。冷凍速度影響冰晶的大小、形成、數(shù)量和分布等。緩慢冷凍時(shí)，冰晶體大多在細(xì)胞的間隙內(nèi)形成，冰晶量少而且粗大，多呈柱狀或塊狀；冷凍速度越快，冰晶越細(xì)小，而且主要分布在細(xì)胞內(nèi)，因此，水產(chǎn)品在冷凍時(shí)必須以最快的速度通過0～-5℃溫度區(qū)，并且迅速達(dá)到冷凍所需的溫度，這樣才能使冰晶細(xì)而均勻，解凍后的魚肉肌肉組織可塑性大、鮮度好，蛋白變性程度低，魚肉不會(huì)發(fā)生很大程度的劣變。魚肉貯藏溫度越低，魚體內(nèi)各種導(dǎo)致腐敗變質(zhì)的物理化學(xué)、組織形態(tài)變化以及生化反應(yīng)的速度也就越緩慢。這就要求貯藏溫度的低溫化，但是即使在最佳的凍藏條件下，魚肉的質(zhì)量也會(huì)不可避免地出現(xiàn)下降，并隨著時(shí)間的累積而增加。Baron等[43]對(duì)虹鱒魚在冷凍貯藏期間(-20、-30℃和-80℃)發(fā)生的氧化進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)溫度越低，脂肪和蛋白氧化程度越顯著。曾名湧等[44]發(fā)現(xiàn)隨著貯藏溫度的降低，鱸魚的鹽溶性蛋白含量、ATPase活性和巰基含量不斷增加。凍結(jié)速度對(duì)鰱魚蛋白變性影響的研究中，鰱背肌在-18℃的慢速冷凍中其肌原纖維Ca2+-ATPase的失活率和鹽溶性蛋白溶解度下降的幅度分別比-40℃條件下快速冷凍增加了8.5%和5.1%[45]。因此，為了減少魚肉在冷凍貯藏期間質(zhì)量的變化，冷凍速度和貯藏溫度應(yīng)受到較大的重視，嚴(yán)格加以控制，使溫度更低且穩(wěn)定，盡快通過最大冰晶生成帶(0～-5℃溫度區(qū))，才能使冷凍魚肉具有更優(yōu)良的品質(zhì)。

4 結(jié) 語(yǔ)

魚肉肌原纖維蛋白在冷凍貯藏過程中，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，其溶解性、ATPase活性和巰基含量下降，二硫鍵含量、甲醛含量和疏水性升高。隨著對(duì)魚肉蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能及在肌肉中作用的進(jìn)一步研究，利用現(xiàn)代分析手段和處理方法，以便進(jìn)一步了解蛋白質(zhì)冷凍變性機(jī)理。弄清魚肉蛋白質(zhì)冷凍變性的分子作用機(jī)制等，對(duì)促進(jìn)水產(chǎn)品加工業(yè)的持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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Advances in the Research of Denaturation and Change in Physico-chemical Properties of Fish Proteins during Frozen Storage

GUO Yuan-yuan，KONG Bao-hua*
(College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

Frozen storage is an important preservation method for fish; however, quality deterioration and denaturation of myofibrillar proteins can be taken place due to inappropriate frozen storage and thawing. Protein denaturation is highly associated with the changes of protein structure such as stereostructure, salt solubility, Ca2+-ATPase activity, sulfhydryl group and disulfide bond content, surface hydrophobicity and formaldehyde content in marine fish, thus further resulting in the change of functional properties. In this paper, the mechanisms of denaturation and the changes in physicochemical properties of fish proteins during frozen storage have been extensively discussed.

frozen storage；denaturation；myofibrillar protein；physico-chemical property

TS254.1

A

1002-6630(2011)07-0335-06

2010-08-24

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(CXZ011)

郭園園(1984—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)樾螽a(chǎn)品加工。E-mail：guoyuanyuan1984@hotmail.com

*通信作者：孔保華(1963—)，女，教授，博士，研究方向?yàn)樾螽a(chǎn)品加工。E-mail：kongbh@163.com