孔保華,王 宇,夏秀芳,劉 騫,李明清
(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150030)
加熱溫度對豬肉肌原纖維蛋白凝膠特性的影響
孔保華,王 宇,夏秀芳,劉 騫,李明清
(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150030)
本實驗研究在不同溫度(50~90℃)條件下加熱對豬肉肌原纖維蛋白凝膠特性的影響。結(jié)果顯示:溫度為70、80℃制備的凝膠保水性較好;50℃和60℃形成的凝膠顏色較深;70~90℃形成凝膠的白度基本相同,無顯著差異(P>0.05);凝膠硬度和咀嚼性隨溫度的升高先升高后降低,在溫度為70~80℃時達(dá)最大值;濁度隨著溫度的升高而總體呈升高趨勢,但達(dá)到70℃以上時,升高趨勢變緩。通過十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)研究發(fā)現(xiàn),在45~65kD之間,在溫度升高到70℃以上時,逐漸出現(xiàn)了明顯的條帶,表明部分蛋白發(fā)生了分解。表明肌原纖維蛋白在70~80℃所制得凝膠產(chǎn)品的功能特性較好。
肌原纖維蛋白;加熱溫度;功能性;凝膠特性
無論是肉類還是谷物類食物,大部分都需要經(jīng)過加熱才能食用,一般經(jīng)過加熱處理的食物更易于被人體消化和吸收。通過加熱,一方面可以改善食品的色、香、味,使其易于消化吸收;另一方面可以抑制或殺滅食品中的微生物,提高食品貨架期[1],此外加熱對于肉制品的品質(zhì)影響也非常大。一般來說,加熱會引發(fā)一系列的物理化學(xué)反應(yīng),如質(zhì)構(gòu)變化、風(fēng)味形成等,加熱能使肌肉蛋白質(zhì)(主要是肌原纖維)在合適的條件下形成凝膠。同時也能夠殺死病原微生物保證食品安全[2]。肌肉蛋白質(zhì)的凝膠性能決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、口感、乳化性及保水性等。肌肉凝膠的形成是蛋白變性和蛋白相互凝集形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的一個過程,肌球蛋白對凝膠的形成有很大的作用,并容易受到溫度、pH值和離子濃度等的影響[3]。肌球蛋白是肌原纖維蛋白中最重要的一種蛋白質(zhì),通過電鏡研究不同溫度對肌原纖維蛋白影響后得出,在30℃加熱30min,對肌球蛋白沒有影響;在35℃加熱30min,大部分肌球蛋白仍保持完整的結(jié)構(gòu),有自己單獨的頭部,僅有少數(shù)肌球蛋白通過頭部結(jié)合形成二聚體;在40℃加熱30min后,肌球蛋白分子大部分形成二聚體,單體很少存在;50℃加熱30min后,肌球蛋白進一步凝集,肌球蛋白的尾部很難辨認(rèn);當(dāng)在60℃加熱30min時,肌球蛋白凝集成球狀,尾部全部消失[4]。本實驗主要研究在不同溫度(50~90℃)條件下加熱對肌原纖維蛋白功能性的影響,包括凝膠保水性、凝膠質(zhì)構(gòu)、顏色,并通過SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳研究加熱對蛋白質(zhì)的影響,以期通過研究確定形成最好的凝膠功能特性的溫度,以用于指導(dǎo)實際生產(chǎn)。
宰后經(jīng)過解僵成熟24h豬背最長肌 北大荒肉業(yè);其余化學(xué)試劑均為分析純。
TA-XT plus型質(zhì)構(gòu)分析儀 英國Stable Micro System公司;TU-1800紫外-可見光分光光度計 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;冷凍離心機 上海分析儀器公司;DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋 天津泰斯特儀器有限公司;色差計 上海申光儀器廠;IKA-T18型勻漿機德國IKA公司;S-3400N掃描電鏡 日本日立公司。
1.3.1 肌原纖維蛋白提取
肌原纖維蛋白提取方法參考Liu等[5]的方法并略作修改,取豬背最長肌,剔除脂肪和結(jié)締組織,切成1cm3小塊,加入4倍體積緩沖液(10mmol/L Na3PO4、0.1mol/L NaCl、2mmol/L MgCl2和 1mmol/L EGTA,pH7.0),勻漿60s,2000×g冷凍離心15min,取沉淀重復(fù)上面步驟兩次,得到粗提的肌原纖維蛋白。然后取此沉淀加入4倍體積的0.1mol/L NaCl溶液,勻漿60s,2000×g冷凍離心15min,重復(fù)此操作一遍,取沉淀加4倍體積的0.1mol/L NaCl溶液,勻漿60s,4層紗布過濾,取上清液,用0.1mol/L HCl調(diào)節(jié)pH值至6.0,2000×g冷凍離心15min,沉淀即為提純的肌原纖維蛋白,4℃冷藏備用。以上操作均在4℃進行。用雙縮脲法以標(biāo)準(zhǔn)牛血清白蛋白為標(biāo)準(zhǔn)蛋白測定肌原纖維蛋白含量。
1.3.2 制備凝膠
用蒸餾水調(diào)節(jié)肌原纖維蛋白(pH7.0)質(zhì)量濃度為40mg/mL,室溫下保持2h取15mL加入到3cm×5cm玻璃稱量瓶中,蓋上蓋子,從25℃開始水浴加熱,當(dāng)中心溫度達(dá)到目標(biāo)溫度(50、60、70、80、90℃)后,繼續(xù)保持加熱20min,隨后取出放入冰浴中30min,4℃保存過夜。
1.3.3 凝膠保水性測定
凝膠保水性(water holding capacity,WHC)參考Kocher等[6]的方法并略作修改。將制備的肌原纖維蛋白凝膠取出,測量前在室溫(22±2)℃放置30min。取5g不同的凝膠樣品加入離心管(直徑30mm)中,3000×g 離心15min,去除離心出的水分,稱量凝膠質(zhì)量。按式(1)計算凝膠保水性。式中:ma為離心后凝膠質(zhì)量;mp為離心管質(zhì)量;mb為離心前凝膠質(zhì)量。
1.3.4 凝膠質(zhì)構(gòu)的測定
用TA-XT plus 型質(zhì)構(gòu)分析儀進行質(zhì)構(gòu)分析。測定前將肌原纖維蛋白凝膠在室溫(22±2)℃放置30min,然后將待測樣品連同稱量瓶置于平臺上固定好,參數(shù)如下:探頭型號選擇P/0.5,測試前速度2mm/s,測試速度1mm/s,測試后速度2mm/s,下壓距離為凝膠高度的50%,觸發(fā)力為5g[7]。
1.3.5 凝膠白度測定
凝膠的白度值用色差計測定,計算公式參考Zhu等[8]方法計算,其中L*、a*和b*值分別為亮度指數(shù)、色調(diào)和彩度指數(shù),L*=0為黑色,L*=100為白色,+a*值越大,顏色越接近紅色,-a*值越小越接近綠色;+b*值越大,顏色越接近黃色,-b*值越小越接近藍(lán)色[10]。凝膠白度按式(2)計算。
1.3.6 肌原纖維蛋白濁度的測定
肌原纖維蛋白的濁度按Benjakul等[9]的方法進行測定。配制蛋白質(zhì)量濃度為1mg/mL的肌原纖維蛋白溶液,然后吸取5mL放入試管中,將試管分別放在不同溫度的水浴鍋中加熱30min,取出,冷卻,以不加蛋白的溶液為空白,在波長600nm處測定吸光度。
1.3.7 豬肉肌原纖維蛋白聚丙烯酰胺凝膠電泳
參考LaemmLi等[10]的方法進行測定。分離膠15%,濃縮膠5%。
1.3.8 凝膠微觀結(jié)構(gòu)的測定
通過掃描電鏡觀測肌原纖維蛋白凝膠的微觀結(jié)構(gòu)。參考Pan等[11]方法進行樣品制備。然后用E-1010型離子濺射鍍膜儀進行離子濺射噴金,將處理好的樣品放入樣品盒中進行檢測。
1.3.9 統(tǒng)計分析
全部實驗重復(fù)3次,每次進行3個平行,每次重新提取肌原纖維蛋白,采用Statistix 8.0 (Analytical Software Inc., USA)線性模型處理數(shù)據(jù)并進行方差分析(ANOVA)。用Duncan氏比較法進行差異性檢驗,ANOVA顯著(P<0.05)。
通過雙縮脲法測得所提取的肌原纖維蛋白蛋白質(zhì)含量為6.25%。不同溫度加熱后制備的凝膠的保水性如圖1所示。保水性的高低可直接影響到肉的風(fēng)味、顏色、質(zhì)地、嫩度、凝結(jié)性等[12],是肌肉食用品質(zhì)評定的重要指標(biāo)之一。
圖1 不同加熱溫度對肌原纖維蛋白凝膠保水性的影響Fig.1 Effect of heating temperature on WHC of myofibrillar protein gels
由圖1可以看出,凝膠的保水性在70、80℃時達(dá)到最大值,其原因可能是因為肌原纖維蛋白在70~80℃之間變性達(dá)到最大,蛋白和蛋白的互作形成良好三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),水分被鎖住,提高了保水性。凝膠的實質(zhì)是蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián),將水、脂肪、糖等物質(zhì)包裹在內(nèi),形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),是蛋白質(zhì)溶液與蛋白質(zhì)沉淀的中間狀態(tài)。蛋白質(zhì)濃度、加熱溫度、時間、pH值以及離子強度和種類等對凝膠的持水性都有影響。結(jié)果顯示最大的保水性值出現(xiàn)在70℃和80℃,可能是因為,在70℃到80℃之間,肌原纖維蛋白變性形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),在90℃變性的蛋白經(jīng)受蛋白-蛋白相互作用趨勢的增加使凝膠的強度增加,但過度加熱引起蛋白質(zhì)的變性收縮,使保水性降低,這可能是因為聚集現(xiàn)象使蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)部分的破壞。Benjakul等[9]研究指出,當(dāng)溫度小于55℃時蛋白質(zhì)重鏈及頭部不能形成凝膠的結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度大于60℃時頭部促成了凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。
圖2 不同溫度對肌原纖維蛋白凝膠白度的影響Fig.2 Effect of heating temperature on whiteness of myofibrillar protein gels
由圖2可以發(fā)現(xiàn),從50℃到70℃凝膠的白度呈升高趨勢,且差異顯著(P<0.05),從70℃到90℃凝膠白度變化不顯著(P>0.05)。肉的顏色是影響消費者購買力的最重要因素[13]。在肌原纖維蛋白加熱到70℃變性的溫度后,凝膠的顏色有較大的改變,并且在隨后繼續(xù)加熱的情況下,顏色并無太大的改變,說明了白度和蛋白的變性有很大關(guān)系。Hwang等[14]用魚糜研究溫度和蛋白變性的關(guān)系,結(jié)果表明魚糜凝膠的白度變化與蛋白變性程度關(guān)聯(lián)。Akamittath等[15]研究認(rèn)為蛋白變性和脂肪氧化會引起樣品表面亮度L*值和黃色b*值的增大、紅色a*值的降低,同時組織間自由水分增多,這些變化是由于蛋白質(zhì)的變性或脂肪氧化增加了自由水的含量。
圖3 不同溫度對肌原纖維蛋白濁度的影響Fig.3 Effect of heating temperature on turbidity of myofibrillar protein gels
由圖3可見,隨著溫度的升高,濁度總體呈升高趨勢,從50℃加熱到60℃的過程中,濁度無顯著變化(P>0.05)。從60℃到70℃的加熱過程中,濁度顯著升高(P<0.05),但是隨著溫度的進一步升高,濁度變化不明顯(P>0.05)。這說明,肌原纖維蛋白在60℃到70℃的范圍內(nèi)發(fā)生變性,蛋白分子交聯(lián)作用加大,導(dǎo)致濁度升高。
圖4 不同溫度對肌原纖維蛋白凝膠質(zhì)構(gòu)的影響Fig.4 Effect of heating temperature on TPA of myofibrillar protein gels
由圖4可見,硬度和咀嚼性隨溫度的升高先升高后降低,在50℃到70℃范圍內(nèi)升高比較緩慢,到80℃達(dá)到最大值,但是隨著溫度的進一步升高,硬度和咀嚼性有所下降。膠黏性和黏聚性隨著溫度的升高,一直呈現(xiàn)降低的趨勢。說明溫度升高,蛋白變性加劇,剛性變大而膠黏性減弱。說明加熱到80℃左右是肉品加工的一個比較好的溫度范圍。Yasul等[16]通過研究兔肉肌原纖維蛋白在不同溫度下凝膠質(zhì)構(gòu)的變化情況指出,兔肉肌球蛋白在60℃時凝膠硬度達(dá)到最大值,在60~70℃保持恒定,形成凝膠的最適溫度大約為60~70℃。
圖5 不同加熱溫度制得肌原纖維蛋白的SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳Fig.5 SDS-PAGE pattern of myofibrillar proteins at different heating temperatures
由圖5可以看出,不同溫度對肌原纖維蛋白的分子變化基本無影響,只是隨著溫度的升高,在45~65kD之間,50℃和60℃溫度范圍內(nèi),此分子質(zhì)量區(qū)間基本沒有蛋白條帶存在;等溫度升高到70、80℃和90℃時,逐漸出現(xiàn)了明顯的條帶??赡苁请S著溫度的升高,蛋白有一定的分解。Hernandez-Herrero等[17]報道鱈魚在凍藏過程中大分子的蛋白(肌球蛋白的重鏈)電泳條帶沒有發(fā)生明顯的變化,而一些連接蛋白發(fā)生了明顯的降解。有文獻(xiàn)報道[18]研究了添加谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶后,在不同溫度下加熱對肌原纖維蛋白的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),低于50℃的時候,添加蛋白酶也不會使蛋白發(fā)生分解,只有溫度高于50℃時,分子質(zhì)量約200kD的肌球蛋白重鏈,以及95kD的α-肌動蛋白會發(fā)生降解,甚至一些20~40kD的小分子蛋白條帶也被酶解而消失。
圖6 不同溫度對肌原纖維蛋白凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響(×500)Fig.6 Effects of heating temperature on microstructure of myofibrillar protein gel (×500)
由圖6可以看出,在不同的溫度條件下加熱,肌原纖維蛋白凝膠的結(jié)構(gòu)有很大不同,50℃加熱的樣品比較松軟,圖片顯示其結(jié)構(gòu)松散,纖維之間交聯(lián)不緊密。隨著溫度的逐漸升高,凝膠的結(jié)構(gòu)也越來越緊密,到90℃的時候,圖片顯示蛋白經(jīng)過充分的變性,形成結(jié)構(gòu)良好的空間結(jié)構(gòu),緊致而且細(xì)膩。
由實驗結(jié)果可知,溫度對豬肉肌原纖維蛋白凝膠的功能特性有較大影響。溫度為70、80℃時,凝膠的保水性達(dá)到最大值;50~70℃凝膠的白度隨著溫度的升高,呈現(xiàn)一直升高的趨勢;凝膠的硬度和咀嚼性隨溫度的升高先升高后降低,膠黏性和黏聚性隨著溫度的升高而一直降低。從掃描電鏡圖片來看,在不同加熱溫度條件下制備凝膠的結(jié)構(gòu)有很大不同,隨著溫度的升高,凝膠結(jié)構(gòu)變得越來越致密,但是質(zhì)地在高溫條件下比較粗糙,保水性也不好。綜合比較,70~80℃是最適合豬肉制品加工的溫度范圍。
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Influence of Heating Temperature on Gel Properties of Porcine Myofibrillar Protein
KONG Bao-hua,WANG Yu,XIA Xiu-fang,LIU Qian,LI Ming-qing
(College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)
Gel properties of porcine myofibrillar protein (MP) after heat treatment at varying temperatures (50, 60, 70, 80 ℃and 90 ℃) were investigated. The results showed that gels prepared at 70 or 80 ℃ had a better water holding capacity (WHC)compared with those at other temperatures; gels prepared at 50 or 60 ℃ had a darker color, while those at higher temperatures had similar color (P>0.05). The hardness and chewiness rose at the beginning of heating and then decreased with increasing temperature; the best functional properties were obtained at a temperature ranging from 70 to 80 ℃. Turbidity first went up with increasing temperature and then changed little when the temperature was above 70 ℃. SDS-PAGE studies indicated that visible 45 - 65 kD bands appeared when the temperature reached 70 ℃ or higher, suggesting the occurrence of partial protein degradation. Thus, MP gels formed at a temperature between 70 ℃and 80 ℃ have better functional properties.
myofibrillar protein;heating;functional properties;gelation
TS251.5
A
1002-6630(2011)05-0050-05
2010-07-08
黑龍江省杰出青年基金項目(JC200702);國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項經(jīng)費項目(200903012-02)
孔保華(1963—),女,教授,博士,研究方向為畜產(chǎn)品加工。E-mail:kongbh63@hotmail.com