新乡学院田金河讲师等:超声波辅助酸/碱溶解等电点沉淀法提取鸡架分离蛋白的组成及其凝胶特性

2022-11-24作者:来源:责任编辑:食品界 字体A+AA-

我国是鸡肉生产与消费大国,在日常生产与消费过程中会产生大量副产物鸡架。传统的机械采肉及水解方式无法充分利用鸡架蛋白,鸡架常被用于生产饲料或直接丢弃,造成资源浪费和环境污染


图片酸/碱溶解等电点沉淀(ISP)法可用于从水产原料、低值禽肉中提取肉类蛋白,具有工艺简单、蛋白回收率高以及保持蛋白凝胶特性等优点。新乡学院生命科学与基础医学学院的田金河、周亚旗等利用高强度超声(HIU)辅助ISP法,以鸡架为原料提取分离蛋白(PI),研究不同酸/碱溶解及HIU辅助条件下鸡架PI组成及其凝胶特性,以期为鸡架的高值化利用提供理论数据参考。

01 鸡架蛋白溶解特性

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由图1可知,未经HIU处理时,随着鸡架匀浆液酸/碱性逐渐增强,蛋白质量浓度逐渐增加,在pH 3.0和pH 11.5处,蛋白质量浓度分别增加至11.87 mg/mL和13.37 mg/mL,继续增强酸性或碱性,蛋白质量浓度不再有明显变化。pH 5.5时匀浆液中蛋白质量浓度最低,即pH 5.5为鸡架蛋白的表观等电点。上述溶解特性与鸡胸肉蛋白基本一致,表明肌原纤维蛋白(骨骼肌)是鸡架中的主要蛋白。HIU处理可提高匀浆液中蛋白质量浓度,HIU处理后,在pH 11.5处,蛋白质量浓度提高至14.38 mg/mL,有研究报道,马鲛鱼肉匀浆蛋白质量浓度在HIU处理后也得到显著提高。HIU促进蛋白溶解主要由于其空穴效应。这一效应的微米级物理振荡可能促进了骨骼肌与鸡骨架的分离以及肌原纤维蛋白超微结构的崩溃。根据上述结果,综合考虑PI得率、酸碱液消耗量等因素,选择pH 3.0和pH 11.5作为本实验ISP法提取鸡架PI的溶解pH值,并分别研究在pH 3.0和pH 11.5下HIU处理对PI组成以及凝胶特性的影响。

02 蛋白样品的SDS-PAGE分析结果

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如图2所示,鸡架与鸡胸肉的主要蛋白组分一致,均为肌原纤维蛋白,且鸡架SDS-PAGE图谱中较鸡胸肉新出现的4 个条带可能来源于骨骼内的胶原蛋白。与鸡胸肉相比,PI含有更多小分子质量蛋白(分子质量约14.4 kDa以及<10 kDa),可能来自于骨髓。

03 PI凝胶质构特性

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如表1所示,碱溶PI凝胶硬度和弹性显著高于酸溶PI凝胶(P<0.05),原因可能在于:一方面,酸溶PI中MHC发生降解,含量减少、分子链长度缩短,影响了蛋白的交联聚集,如Chen Yichen等的研究表明蛋白酶的降解导致鳟鱼加工副产物蛋白无法形成凝胶;另一方面,碱溶处理使肌球蛋白更多的疏水基团和巯基暴露,有助于蛋白凝胶的形成。

04 PI凝胶持水性

如表1所示,碱溶PI凝胶的蒸煮损失率和离心损失率均显著低于酸溶PI凝胶,与对照凝胶没有显著差异。HIU处理显著降低了酸溶PI凝胶的蒸煮损失率和离心损失率(P<0.05),增强了持水性,但对碱溶PI凝胶影响不显著。凝胶的持水性主要取决于蛋白网络的致密性和完整程度及其保持水分的能力,组织均匀的三维网络具有更强的持水力。

05 PI凝胶白度

PI凝胶白度均显著低于对照凝胶(P<0.05),这是由于鸡架中骨髓含有的肌红蛋白和血红蛋白等呈色蛋白在制备PI的离心过程中沉淀(对应图2中泳道7~10底部小分子质量蛋白条带)。酸溶PI会回收少量呈色蛋白,且酸处理更易引起这类蛋白构象改变,因此酸溶PI凝胶白度较高。

06 PI凝胶水分分布

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如图3所示,凝胶样品中水分弛豫时间(T2)存在4 类:T2b1(0~1 ms)、T2b2(1~10 ms)、T21(80~120 ms)以及T22(900~1 700 ms),分别对应蛋白大分子表面吸附水(T2b1和T2b2)、毛细管作用力束缚水(不易流动水,T21)以及自由水(T22),以各峰面积所占百分比表示不同状态水分相对含量,分别记为P2b2、P2b2、P21及P22。由表2可知,5 组样品P21均大于95%,表明凝胶中主要为不易流动水。未经HIU处理时,酸溶PI凝胶的T2b2、T21及T22均显著大于碱溶PI凝胶(P<0.05),表明后者对水分子具有更强的结合力和束缚力,二者P21虽无显著差异,但考虑到酸溶PI凝胶较碱溶PI凝胶具有更大的蒸煮损失率(18.41%和12.34%),可以推测后者不易流动水实际含量要高于前者,表明碱溶PI凝胶具有更强的持水力。

07 PI凝胶微观结构

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如图4所示,未经HIU处理时,酸溶PI凝胶微观结构与碱溶PI凝胶相比,组织结构明显粗糙、孔洞大,后者则较为均匀致密,具有明显的蛋白分子交联结构,与对照凝胶接近,表明碱溶PI具有良好的凝胶形成能力,其均匀致密的凝胶结构也很好地解释了其良好的质构(硬度和弹性)和持水性。HIU处理能够显著改善酸溶PI凝胶的微观结构,表明酸溶PI凝胶微观结构较差主要是由于MHC降解。而HIU处理前后碱溶PI凝胶的微观结构均较均匀、致密,表明HIU处理对碱溶PI凝胶微观结构形成没有显著影响。


结 论

ISP法能够高效提取鸡架蛋白,所得PI主要组分为肌原纤维蛋白和多种小分子质量蛋白。酸溶条件引起MHC降解并使PI凝胶特性变差,但HIU辅助能够改善这一现象。碱性PI具有良好的凝胶形成能力,凝胶质构和持水性均与对照凝胶无显著差异。HIU处理可促进碱溶条件下蛋白溶解,且不影响PI形成凝胶的能力。PI中含有较多呈色蛋白,导致其制备的凝胶白度较对照凝胶低。鸡架碱溶PI具有与鸡胸肉蛋白相当的凝胶形成能力,对鸡架这一大宗低值蛋白资源的增值利用具有重要意义。

本文《超声波辅助酸/碱溶解等电点沉淀法提取鸡架分离蛋白的组成及其凝胶特性》来源于《食品科学》2022年43卷17期124-130页,作者:田金河,王艳婕,周亚旗,蔺芳,王书丽,王利平。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220211-067。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息