小麦秸膳食纤维对猪肉肌原纤维蛋白功能特性的影响

小麦秸膳食纤维对猪肉肌原纤维蛋白功能特性的影响

肌肉原质是肌肉中的一种重要的结构蛋白质。它是由原肌球蛋白、肌动蛋白、肌动蛋白和原肌球蛋白组成的一个完整的身体。肌原纤维蛋白在肌肉蛋白中占50%~55%左右,除了参与肌肉的收缩、影响肌肉的嫩度外,对肉制品品质和功能特性有非常重要的影响。肉糜类制品在加工过程中,肌原纤维蛋白受热形成的凝胶决定了产品产量、质构、黏着力及保水性等特性。在不同温度膳食纤维是不易被消化的食品营养素,根据溶解性不同可分为水不溶性纤维和水溶性纤维两大类。膳食纤维单元中含有许多亲水性基团,有很强的吸水性、持油性、保水性和膨胀性,虽然不能被小肠消化利用,但是可以在人体肠道内通过部分或全部发酵产生降血糖、降胆固醇、促进排便、预防肥胖及消除人体内有害物质的生理功能近些年来,不少国内外学者尝试将各种来源的膳食纤维添加到肉中用以开发低脂肉制品1材料和方法1.1化学试剂及试剂新鲜猪(品种:北京花猪)通脊肉,购于北京市永辉超市。磷酸钠、氯化钠、氯化镁、六水合氯化镁、叔丁醇、十二水合磷酸氢二钠、戊二醛、三氯甲烷/乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙醚(均为分析纯)国药集团化学试剂北京有限公司。1.2仪器、试剂和仪器POLYTRONSystemPT2500E型高速匀浆机瑞士Kinematica公司;HimacCR22G型高速冷冻离心机日本日立公司;HWS26型电热恒温水浴锅上海一恒科技有限公司;ALC-1100.2型电子天平、TB-214型分析天平北京赛多利斯仪器系统有限公司;PHS-3D型pH计上海三信仪表厂;UV-2450型紫外-可见光分光光度计、RF-5301PC型荧光分光光度计日本岛津公司;S53/54型紫外-可见分光光度计上海棱光技术有限公司;CT3型TextureAnalyzer质构仪美国博勒飞公司;Sigma3k15型离心机美国Sigma公司;DCW-3506型低温恒温槽浙江宁波新芝生物科技股份有限公司;TESCANVEGAⅡ扫描电子显微镜捷克帝肯公司;Kinexus型超级旋转流变仪、Mastersizer激光粒度分析仪英国马尔文仪器有限公司;SHB-ⅢA型循环水式多用真空泵河南郑州长城科工贸有限公司;WZJ6(BFM6)型振动式超微粉碎机山东济南倍力粉技术工程有限公司;ALPHA1-2LDPlus冷冻干燥机德国Christ公司;7620离子溅射镀膜仪美国ElectronMicroscopySciences公司。1.3方法1.3.1猪肌肉原始纤维素的提取参考LiuGang等1.3.2对肌肉起源纤维素的分析参照郭尧君1.3.3关于肌肉原生动物氮浊度的测定参考Benjakul等1.3.4原纤维蛋白质凝胶、食品纤维混合凝胶的制备参考徐幸莲1.3.5平行实验方法取平衡好的凝胶放在载物台上,利用质构仪进行测定,每个凝胶样品做6个平行实验。压缩模式下测定凝胶的硬度,质构仪测定设置参数如下:测定模式选择下压目标值为4mm,测试速率为0.5mm/s,引发力为4.5g,探头型号选择TA1.3.6不同因素下肌原纤维蛋白凝胶硬度的观察测定不同质量浓度(20、30、40、50、60、70、80mg/mL)、pH值(5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0)、离子强度(NaCl浓度分别为0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9mol/L)、膳食纤维粒径(未分级、过100、150、200、300目筛)条件下肌原纤维蛋白凝胶硬度,观察其变化。1.3.7原纤维蛋白质凝胶的保水性测试采用Kocher法1.3.8膳食纤维的提取小麦麸膳食纤维的提取参考Bunzel等小麦麸膳食纤维粉碎分级:取200g膳食纤维加入超微粉碎机中,间歇性粉碎3次,每次粉碎时间持续10min。粉碎后将膳食纤维分别过100、150、200、300目筛。收集过筛后的产物,对膳食纤维进行分级。膳食纤维粒径测定:使用Mastersizer激光粒度分析仪湿法测定样品的粒度分布。1.3.9原纤维蛋白质的乳化性能和乳化稳定性的测定在Pearce浊度法式中:φ为油相体积分数(φ=20%);ρ为肌纤维蛋白质量浓度/(mg/mL)。1.3.10.1肌肉原纤维素混合凝胶流变性的测定参考Ramirez-Suarez等1.3.11.1肌肉原纤维素混合凝胶的微观结构测定参考Pan等1.4统计分析及数据处理每组实验除特殊说明外均重复3次,结果表示为ue0af±s。采用MicrosoftExcel2010软件对数据进行处理,用SPSS22.0软件进行单因素方差分析(one-wayanalysisofvariance,ANOVA)进行统计分析,P<0.05为差异显著,用Origin8.6软件对流变性数据作图。肌原纤维蛋白是由几种蛋白组成的混合蛋白,其中肌球蛋白是最重要的一种蛋白质,分子质量大约为480kD,由2条重链(约200kD)和4条轻链(16~25kD)组成,还包括肌动蛋白(单体约43kD)、肌钙蛋白(3个亚基约37、23、18kD)、原肌球蛋白(2×35kD)和其他一些功能不明的调节性结构蛋白质2.1.2不同温度对原层肌肉纤维蛋白的影响浊度大小反映蛋白质的凝聚程度,以及蛋白质溶液中悬浮颗粒的数量和大小2.1.3凝胶分子数量的确定由图3可知,肌原纤维蛋白凝胶硬度随肌原纤维蛋白质量浓度的增加而增大,当质量浓度为70mg/mL时硬度达到最大。这是由于随着肌原纤维蛋白质量浓度增加,蛋白质分子间的距离变小,蛋白质分子之间凝集的机会增加,参与凝胶分子数量增加。当肌原纤维蛋白质量浓度为80mg/mL时,凝胶硬度减小,可能原因是蛋白质量浓度大,蛋白质分子不能充分展开,形成凝胶网络受影响。当肌原纤维蛋白质量浓度小于50mg/mL时,凝胶保水性随蛋白质量浓度的增大而增大,当蛋白质量浓度达到50mg/mL时凝胶保水性趋于稳定。高密度的蛋白质形成的肌原纤维蛋白相互交织形成了非常紧密稳定的立体网络结构2.1.4肌原纤维蛋白凝胶的电泳分析由图4可知,在pH5.5时MP凝胶硬度最大,可能是因为此时是蛋白质等电点,蛋白间静电斥力较弱,蛋白质分子间的吸引相互作用增强,所以形成的网络结构相对稳定,蛋白凝聚在一起,形成的凝胶硬度很大,在中性条件下,由于肌原纤维蛋白的静电斥力大于在酸性条件下的静电斥力,从而使蛋白-蛋白间的作用降低,凝胶硬度变小2.1.5凝胶增强的机理由图5可知,离子强度小于0.7mol/L时,凝胶硬度随离子强度的增加而增大,在离子强度为0.7mol/L时肌原纤维蛋白凝胶硬度达到最大,以后硬度逐渐降低。这是因为肌原纤维蛋白是盐溶蛋白,离子强度较低时,处于溶解状态的肌原纤维蛋白较少,蛋白质分子间的交联作用力较弱,因而凝胶强度弱;离子强度较高时,肌原纤维蛋白可以很好的溶解,蛋白质分子链展开,疏水基团暴露,疏水相互作用较大,分子间相互吸引作用增强,能够快速聚集形成硬度较大的凝胶。但盐浓度过高(>0.7mol/L),肌原纤维蛋白可能发生了盐析现象,导致凝胶强度降低当离子强度小于0.8mol/L时,肌原纤维蛋白凝胶保水性随离子强度的增加而增大,在离子强度为0.8mol/L时保水性最好,当离子强度大于0.6mol/L后,凝胶保水性增长平缓,上升幅度小。在盐浓度较低时,肌原纤维蛋白的状态是不溶解的肌纤丝,处于溶解状态的肌原纤维蛋白不足以形成致密的凝胶网络,不能有效地保留水分;在盐浓度较高时,肌原纤维蛋白充分溶解,加热形成复杂的凝胶网络结构,可以保留住更多网络中的水分,凝胶持水性变大2.2添加量小麦粉对猪肉肌肉原纤维素凝胶功能的影响2.2.1肌原纤维蛋白凝胶eai和esi的添加量采用GB/T5009.88—2008方法可测得小麦麸膳食纤维总含量为40.15%,纯度为80.85%。小麦麸膳食纤维添加量对肌原纤维蛋白EAI和ESI的影响如图6所示。由图6可知,肌原纤维蛋白凝胶EAI随小麦麸膳食纤维的添加量增大略有升高,但不同添加量之间对EAI的影响差异不显著。肌原纤维蛋白凝胶ESI在小麦麸膳食纤维添加量为1%时最高,之后随小麦麸膳食纤维添加量增加而降低。可能原因是小麦麸膳食纤维含有很多的亲水基团,同时对油脂有吸附作用,所以EAI增加,但是膳食纤维不溶于水的特性使蛋白ESI降低。2.2.2不同膳食纤维添加量对肌原纤维蛋白凝胶保水性和硬度的影响由图7可知,肌原纤维蛋白凝胶硬度随膳食纤维添加量的增加而变大,当添加量超过4%时,硬度值增加变缓,保水性变化趋于平缓。小麦麸膳食纤维具有很强的持水溶胀性,当膳食纤维添加到肌原纤维蛋白后,会形成一定的腔室结构,这种结构填充至蛋白凝胶形成的网络结构中,稳定蛋白凝胶结构,凝胶的硬度因膳食纤维的机械充填效应而变大,同时,吸收蛋白网络结构中的水分,提高肌原纤维蛋白凝胶的保水性。膳食纤维添加量越大,肌原纤维蛋白凝胶网络孔隙越大,蛋白的凝胶网络受到一定程度破坏,混合凝胶保水性不再增加。综合考虑膳食纤维添加量过高容易导致凝胶崩溃,黏聚性低等特点,后续实验添加量设为3%,这一结论和在凝胶中添加大豆膳食纤维是一致的2.2.3肌球蛋白上升和上升由图8可知,肌原纤维蛋白的弹性模量随小麦麸膳食纤维添加量的增加而增大,其中,未添加膳食纤维组在50℃左右发生了一个流变学的转变,随温度变化弹性模量先上升达到一个峰值然后略微走低,之后再次上升。普遍认为转变的原因是:弹性模量的增大源于肌球蛋白头部的接合,随着温度的进一步升高,肌球蛋白尾部逐渐展开,导致肌球蛋白的头部结合崩溃瓦解,致使弹性模量下降,温度继续升高后,随着蛋白的变性,凝胶网络再次形成,弹性模量持续增加。而加入膳食纤维组的流变学特性转变约发生在65℃,并且膳食纤维的加入使凝胶增强作用得到较强的显现,这可能是在加热过程中膳食纤维吸水溶胀,阻碍了蛋白质分子的充分展开,蛋白质的变性温度升高。2.2.4凝胶腔室结构的测定由图9可知,未添加小麦麸膳食纤维的肌原纤维蛋白凝胶内部微观结构粗糙,加入小麦麸膳食纤维后凝胶形成一定的腔室结构,当添加量较少时(图9b),凝胶腔室较小;当其添加量逐渐增大,凝胶形成较大的蜂窝状腔室结构,这可能是因为膳食纤维添加量过大,会阻碍肌原纤维蛋白之间的交联,使得部分区域蛋白网络结构疏松、缺乏整体完整性,因而体系保水性、硬度等上升不明显或不再上升。2.3小麦纤维素的粒径大小对肌前纤维素凝胶功能特性的影响2.3.1凝胶的硬度和保水性由前期实验结果可知,小麦麸膳食纤维更有利于肌原纤维蛋白凝胶网络的形成,而且添加了小麦麸膳食纤维后凝胶硬度和保水性有了提高,但是凝胶容易崩溃,黏聚性比较低。为了改善这种不利状况,对小麦麸膳食纤维进行了粉碎分级,探索不同粒径小麦麸膳食纤维对肌原纤维蛋白凝胶性质的影响。表1为小麦麸膳食纤维经超微粉碎后过100、150、200、300目筛的样品粒径测定结果。2.3.2不同粒径对肌原纤维蛋白凝胶硬度的影响样品中肌原纤维蛋白质量浓度为60mg/mL,膳食纤维添加量为3%时,由图10可知,随着膳食纤维粒径的减小,肌原纤维蛋白凝胶硬度逐渐变大,这是因为膳食纤维粒径越小,凝胶结构越致密(图9),凝胶网络结构越好,因此,凝胶硬度越大。肌原纤维蛋白凝胶保水性随膳食纤维粒径的减小而增大,这是因为膳食纤维粒径越小,保水性越好,并且膳食纤维肌原纤维蛋白凝胶网络致密性、连续性越好,越可以保留住更多的游离水。2.3.3不同粒径小麦麸膳食纤维对肌原纤维蛋白凝胶流变性的影响由图11可知,未添加膳食纤维组在50℃左右发生了相同的流变学的转变,添加膳食纤维组在65℃左右发生流变学转变,膳食纤维的添加使肌原纤维蛋白凝胶的弹性模量增高,表明加入膳食纤维有利于凝胶网络结构的形成,并且随粒径的增大而升高,说明肌原纤维蛋白质凝胶网络的形成过程中小麦麸膳食纤维在网络中起支撑作用,粒径减小对凝胶网络的支撑作用小,蛋白弹性模量增量变小。2.3.4小麦麸膳食纤维凝胶的微观结构由图12可知,未添加小麦麸膳食纤维的肌原纤维蛋白凝胶(图12a)内部微观结构疏松多孔,且孔洞不规则;添加未超微粉碎的小麦麸膳食纤维凝胶样品(图12b)内部微观结构更粗糙,有蜂窝状腔室结构。随着膳食纤维粒径的减小,凝胶的微观结构变得更加致密、空隙更小。这时凝胶网络已经形成,小麦麸膳食纤维的存在充填于交联的网络结构之中,支撑网络结构,形成了更致密、均匀的网状结构。这样的结构使凝胶能够容纳更多的水分,这与凝胶的保水性增大结果相一致。3小麦麸膳食纤维添加对猪肉肌原纤维蛋白凝胶保水性和硬度利用单因素分析法,研究了肌肉中的重要的结构蛋白质群——肌原纤维蛋白热诱导凝胶的性质,分析了肌原纤维蛋白质量浓度、pH值、离子强度对肌原纤维蛋白凝胶硬度和保水性的影响,并通过添加不同粒径的小麦麸膳食纤维构成混合凝胶,探讨了小麦麸膳食纤维对肌原纤维蛋白凝胶硬度、保水性、流变性、微观结构及质构特性的变化,主要研究结果如下:温度对肌原纤维蛋白浊度的影响结果表明肌原纤维蛋白变性聚集的温度范围为40~70℃。肌