郑州轻工业大学白艳红教授等:不同超声波功率处理对类PSE鸡肉肌原纤维蛋白结构和乳化稳定性的影响

2023-10-09作者:来源:责任编辑:食品界 字体A+AA-

水包油(O/W)乳状液由油相分散在水相中形成,普遍存在于各类食品如牛乳、奶油和乳化型肉制品等中。然而,O/W乳状液由于两相不混溶,热力学不稳定,需要乳化剂来促进其形成并保持良好的稳定性。肌原纤维蛋白(MP)作为潜在的乳化剂,约占肉类总蛋白的50%~60%,具有良好的乳化能力,可促进乳状液的形成,赋予乳化凝胶肉制品独特的质构特性和良好的乳化稳定性。

鸡肉因其价格低廉、蛋白质含量高、脂肪含量低而深受消费者的喜爱。随着对鸡肉需求量增加,生产方常采用选育基因品种和过度饲养以追求肌肉快速生长,导致一系列鸡肉品质下降问题的发生。类苍白、柔软、汁液易流失(PSE)鸡胸肉发生率高,加工特性差,表现为保水能力、乳化性能和感官品质劣变、质地软等特征,造成禽肉屠宰加工业巨大的经济损失。其中,与正常鸡肉蛋白相比,类PSE鸡肉蛋白的乳化能力明显降低,因此应用新技术提高类PSE鸡肉蛋白的乳化特性十分必要。

郑州轻工业大学食品与生物工程学院的李可,张俊霞,白艳红*等探讨了不同超声波功率对类PSE鸡肉MP的结构、理化性质以及乳化稳定性的影响,分析乳状液的粒径分布、电位、微观结构和油-水界面性质等,为类PSE鸡肉MP的超声加工应用、提高其在肉品加工业中的商业价值提供理论依据。


1 经超声后类PSE鸡肉MP的凝胶电泳结果分析



图2显示了不同超声波功率处理(20 kHz,0、150、300、450、600 W,6 min)的类PSE鸡肉MP在不同条件下的SDS-PAGE图谱以及还原条件下肌球蛋白和肌动球蛋条带的光密度值。由图2A还原和非还原条件下的电泳图谱可以观察到,所有泳道分子质量分布相似,均含有肌球蛋白(约250 kDa)、肌动蛋白(约43 kDa)、原肌球蛋白(约35 kDa)等。在还原和非还原条件下,与对照组相比,随着超声波功率的增加,类PSE鸡肉的MP条带没有明显的改变。结果表明,类PSE鸡肉MP在超声处理过程中其基本组成成分没有发生改变。由图2B可知,450~600 W下肌球蛋白和肌动球蛋白的光密度值显著大于对照组(P<0.05),这可能是由于超声波功率的增大诱导类PSE鸡肉MP的溶解性发生了改变,从而使光密度值增大。

2 经超声后类PSE鸡肉MP的二级结构


由图3可知,不同超声波功率处理的类PSE鸡肉MP圆二色光谱图在210 nm和223 nm左右处都有两个负吸收峰,这与肌球蛋白尾部的α-螺旋结构有关。随着超声波功率的增加(0~450 W),峰强度逐渐增大,600 W时峰强度减小。由表1可知,随超声波功率增加,类PSE鸡肉MP的α-螺旋相对含量先增加后降低,而β-折叠和无规卷曲相对含量先降低后增加。其中α-螺旋相对含量的上升,说明MP分子肽链收缩、疏水性增强。β-折叠的相对含量与蛋白质的疏水性有着密切关系,其相对含量的降低说明蛋白内部的疏水位点暴露,从而增强了疏水性。

3 经超声后类PSE鸡肉MP的表面疏水性


表面疏水性(H0)主要反映蛋白质三级和四级结构的变化。由图4可知,不同超声波功率处理类PSE鸡肉MP的H0显著高于对照组(1 284.73±7.48),随着超声波功率增加(150~450 W),MP表面疏水性从1 561.60±38.22增加到2 314±57.99。蛋白质表面疏水性的增加可以提高蛋白质在油-水界面的吸附特性,有助于改善蛋白质的乳化性。

4 经超声后类PSE鸡肉MP的内源性荧光强度


内源性荧光强度的变化是基于色氨酸和酪氨酸残基的微环境变化。由图5可知,在340 nm附近观察到所有样品有一个荧光发射峰,不同超声波功率处理的类PSE鸡肉MP荧光发射峰位置变化不明显,与对照组相比红移约1.0 nm,但随着超声波功率的增大,MP内源荧光强度呈现升高的趋势,表明色氨酸和酪氨酸残基的局部微环境发生了变化。在600 W时有最大荧光强度,可能是由于超声波效应使MP的三级结构发生变化,从而将色氨酸和酪氨酸残基埋入疏水区域,导致荧光强度增加。

5 经超声后类PSE鸡肉MP的粒径和电位


粒径可用来表征溶液中蛋白的大小。由图6可知,经过超声波处理后的MP呈现较窄单峰且逐渐向小粒径分布方向移动,而未经超声波处理的MP呈现较宽的单峰,说明超声波处理提高了类PSE鸡肉MP分布的均匀性。由表2可知,对照组平均粒径为(4 170.67±61.33)nm,随着超声波功率从150 W增加到600 W,MP平均粒径分别为(1 995.00±91.85)、(1 722.33±12.42)、(1 577.00±26.85)、(1 270.00±134.25)nm,表明超声波可以显著减小类PSE鸡肉MP的粒径(P<0.05)。


Zeta-电位绝对值越大,表明蛋白质分子在溶液中的分散稳定性越好。如表2所示,经超声波处理后,MP的Zeta-电位绝对值整体上高于未超声组,随着超声波功率的增大,其绝对值显著增大(P<0.05)。超声波功率达到600 W时,MP的Zeta-电位从对照组的-2.9 mV降低到-13.1 mV,这说明超声后MP表面具有更多的负电荷。而负电荷数量的增加会增强蛋白质之间的静电排斥力,从而提高MP的分散稳定性。


6 经超声后类PSE鸡肉MP的溶解度

由表2可知,经过超声波处理的MP溶解度均显著高于对照组MP(16.64%)(P<0.05)。随着超声波功率的增加(150~450 W),其溶解度从38.96%增加到65.31%。溶解度的增加主要归因于超声波空化效应,导致蛋白质结构(部分展开)的构象变化,这有助于将掩埋的亲水基团暴露于周围的水中,从而提高蛋白质-水相互作用,因此提高了MP的溶解度。当超声波功率达到600 W时MP溶解度降低,但其溶解度仍显著高于对照组,大约增加了35%。

7 经超声后类PSE鸡肉MP的乳化活性和乳化稳定性


蛋白质的乳化性能与分子柔性和表面电荷等密切相关。由图7可知,随着超声波功率的增加,乳化活性指数(EAI)显著增加(P<0.05)。超声波功率达到600 W时,类PSE鸡肉MP的EAI达到最大((45.81±0.12)m2/g),相比于未经超声波处理组((30.72±0.14)m2/g),EAI增加了约50%,这可能是因为超声波处理使MP局部变性或结构变得无序,同时使粒径明显降低,提高了其在油-水界面的吸附能力。结果表明,提高超声波功率能够有效增强类PSE鸡肉MP在油-水界面的吸附作用,并改善其乳化性能。乳化稳定性指数(ESI)变化趋势与EAI一致,随着超声波功率的增加而显著增大(P<0.05)。与未超声波处理组((42.14±2.13)min)相比,超声波功率600 W时类PSE鸡肉MP的ESI达到最大((179.06±8.09)min),增加了约3.2 倍,说明超声波处理可以显著提高类PSE鸡肉MP维持乳液分散体系稳定的能力,改善其乳化稳定性。


8 经超声后类PSE鸡肉MP乳液的粒径分布与Zeta-电位



如图8所示,不同超声波功率处理可提高类PSE鸡肉MP乳液液滴分布的均匀性。与对照组相比,经过超声波处理的类PSE鸡肉MP乳液粒径分布向较小粒径的方向移动,偏光显微镜观察的图像也显示粒径逐渐减小。如表3所示,随着超声波功率从0 W增加到600 W,乳液的平均粒径从(26.68±0.69)μm显著降低到(17.69±0.31)μm(P<0.05)。说明超声波处理可促进类PSE鸡肉MP较小乳滴的形成,从而有助于增加乳液稳定性。

如表3所示,随着超声波功率的增加,Zeta-电位绝对值显著增加(P<0.05)。超声波功率从0 W增加到600 W,MP Zeta-电位从-1.60 mV降低到-4.98 mV。超声波处理导致类PSE鸡肉MP表面负电荷增多,在形成乳液时,乳液液滴表面带有负电荷的,增加了类PSE鸡肉MP乳液液滴之间的静电斥力,从而增强了MP乳液的稳定性。这与所得到的MP的乳化活性结果相对应。


9 经超声后类PSE鸡肉MP乳液的Turbiscan稳定性指数标



TSI 是用来衡量分散体系的不稳定性的重要指标,TSI越小,表明体系越稳定。由图9可知,在整个3 600 s测试过程中,未经超声波处理的类PSE鸡肉MP乳液TSI从0增加到4.39。随着超声波功率的增大(150~600 W),类PSE鸡肉MP乳液TSI逐渐减小,分别从0增加到3.85、3.43、3.32和2.84,明显低于未经超声波处理组,表明超声波处理可以有效提高类PSE鸡肉MP乳液的稳定性。这一结果与EAI、ESI的变化相对应。

10 经超声后类PSE鸡肉MP的界面张力


蛋白质的界面性质对其乳化性能有很大影响,界面张力越小,说明蛋白质乳液的稳定性越好。由图10可以看出,不同超声波功率处理的类PSE鸡肉MP的界面张力都随着时间延长而下降,表明MP能够吸附到油滴表面,使油-水界面趋于稳定。随着超声波功率的增加,MP界面张力逐渐降低,这是由于超声波功率的增加使MP的粒径减小,从而MP乳液的粒径也逐渐减小,界面蛋白质的吸附量增加。较小粒径的类PSE鸡肉MP能够更加快速地吸附到油-水界面上,尤其超声波功率达到600 W时,MP的粒径最小,其界面张力也达到了最低值,说明此时的乳液稳定性最好。


11 经超声后类PSE鸡肉MP乳液的微观结构

由图11可知,随着超声波功率从0 W增加到600 W,乳液的油滴变得小而均匀。乳液中的油滴在乳化体系中被MP紧紧包裹,这有助于MP在溶液中的油滴周围形成蛋白质膜从而增强蛋白质的稳定性。

结论


本研究应用超声波处理从类PSE鸡胸肉提取的MP,分析了不同超声波功率对类PSE鸡肉MP的结构、理化性质和乳化功能的影响。结果表明:1)与对照组相比,超声处理后的类PSE鸡肉MP的溶解度、表面疏水性和荧光强度均增加,且随功率增加而增加,但超声波功率达到600 W时,MP的溶解性和疏水性降低;圆二色光谱分析结果表明,超声波处理可以显著改变MP的二级结构。2)乳化指标分析结果表明,随着超声波功率的增加,MP的EAI、ESI增加,界面张力减小,微观结构观察结果显示MP乳滴小而均匀。说明高功率超声波处理可以有效改善类PSE鸡肉MP的乳化稳定性,结果可为进一步提高异质肉的经济价值、拓宽异质肉蛋白在食品工业中的应用范围提供参考。

本文《不同超声波功率处理对类PSE鸡肉肌原纤维蛋白结构和乳化稳定性的影响》来源于《食品科学》2023年44卷第13期23-31页,作者:李 可,张俊霞,王欣瑶,王 昱,杜曼婷,吴 楠,赵颖颖,白艳红。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220624-269。