雞肉肌原纖維蛋白靜態(tài)流變特性的研究

游 遠(yuǎn)，彭曉蓓，楊玉玲，陳 熙

(南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京210046)

食品流變學(xué)是研究食品在力的作用下變形的科學(xué)。流變學(xué)特性分為動(dòng)態(tài)流變性和靜態(tài)流變性。動(dòng)態(tài)流變性指標(biāo)主要有貯能模量G’和損耗模量G”等，反映流體的動(dòng)態(tài)粘彈性，主要用于研究半固體物質(zhì)(如凝膠等)的流變特性;靜態(tài)流變性主要指標(biāo)有剪切速率、剪切應(yīng)力等，在食品中常常用來反映食品大分子漿料或溶液在外力作用下的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)阻力［1］。研究食品大分子料液的靜態(tài)流變性對(duì)于設(shè)計(jì)、改善有關(guān)食品加工工藝與設(shè)備具有重要意義［2-3］。肌肉中的蛋白主要是肌原纖維蛋白(MP)，肌原纖維蛋白是由排列成束狀的細(xì)絲狀蛋白構(gòu)成的，它包括肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白、原肌球蛋白、肌動(dòng)球蛋白等，是動(dòng)物肌肉中最重要的一種蛋白質(zhì)［4-5］。肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠的動(dòng)態(tài)流變性與肉制品產(chǎn)品質(zhì)量控制密切相關(guān)，而研究其溶液狀態(tài)的靜態(tài)流變性對(duì)肉制品加熱熟制前的其他加工工藝和設(shè)備(如物料的攪拌和輸送等)具有理論意義。劉小玲等［6］研究了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溫度、和pH對(duì)雞骨明膠粘度和剪切應(yīng)力的影響。Liu等［7］分別從魚肉和豬肉中提取肌球蛋白，研究了不同肌球蛋白濃度、溫度和離子強(qiáng)度下肌球蛋白的靜態(tài)流變性。許柯等［8］研究了兔骨骼肌肌球蛋白在不同蛋白質(zhì)濃度、溫度和p H下的靜態(tài)流變性的變化特點(diǎn)。董秋穎等［9-10］研究了雞肉肌原纖維蛋白MP、MP和明膠混合凝膠以及MP和卡拉膠混合凝膠形成過程中G’，G”和δ(相位角)的變化特點(diǎn)。但尚未見對(duì)雞肉肌原纖維蛋白(MP)的靜態(tài)流變性的研究報(bào)道，本實(shí)驗(yàn)利用流變儀研究肌原纖維蛋白濃度、溫度、pH和離子強(qiáng)度對(duì)雞肉肌原纖維蛋白靜態(tài)流變特性的影響，為雞肉制品加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

雞胸脯肉 山東六和食品集團(tuán)有限公司;KCl，K2HPO4，EGTA，MgCl2，NaCl，NaN3，HCl，NaOH，CuSO4·5H2O，KI 均為分析純;牛血清蛋白(BSA)

國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

Anton Paar MCR302旋轉(zhuǎn)流變儀 奧地利安東帕有限公司;Anke GL-20B型高速冷凍離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;DS-1高速組織搗碎機(jī) 上海標(biāo)本模型廠;PHS-3C型p H計(jì) 上海精科雷磁儀器廠;722N可見分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 肌原纖維蛋白的提取 雞胸肉在4℃下解凍，剔除結(jié)締組織和脂肪，采用 Xiong［11］的方法在 0～4℃下提取肌原纖維蛋白。取40g雞肉切碎，加入8倍分離緩沖液(0.1mol/L KCl，2mmol/L MgCl2，1mmol/L EGTA，10mmol/L K2HPO4，pH7.0)，冰 浴，于10000r/min條件下分散10s，間隔10s，分散3次，在2000×g條件下離心20min，棄上清，取沉淀，重復(fù)該步驟共三次。再加入8倍緩沖液(0.1mol/L NaCl，1mmol/L NaN3，p H6.0)，10000r/min 分散 10s，分散后，用雙層干燥潔凈的紗布過濾，2000×g條件下離心20min，棄上清，取沉淀，重復(fù)該步驟3次，得到提純的MP沉淀。

1.2.2 蛋白質(zhì)濃度的測(cè)定 采用雙縮脲法測(cè)定蛋白質(zhì)濃度［12］。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 將肌原纖維蛋白沉淀溶解于緩沖液中，采用單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、按表1配制成不同系列的溶液進(jìn)行流變性測(cè)定。其中不同蛋白濃度下的肌原纖維蛋白溶液的離子強(qiáng)度為0.6，p H為6.0;不同pH下的肌原纖維蛋白溶液蛋白濃度為20mg/mL，離子強(qiáng)度為0.6;不同離子強(qiáng)度下的肌原纖維蛋白溶液蛋白濃度為20mg/mL，pH為6.0。每個(gè)樣品重復(fù)三次。

表1 影響MP溶液流變性的因素及水平Table 1 Factors and levels affecting the MP solutions rheology

1.2.4 靜態(tài)流變性的測(cè)定 通過使用MCR302旋轉(zhuǎn)流變儀，流變儀設(shè)定條件:直徑為50mm平行板，狹縫0.5mm，應(yīng)變 2%，頻率 0.1Hz，剪切速率范圍0～1024s-1。每1s取值2次。每次測(cè)定都要清洗平臺(tái)和重新放樣。

同時(shí)，由冪率定律 τ=K × δn(τ 為剪切應(yīng)力，K［13］為粘度系數(shù)，δ為剪切速度，n為流變指數(shù))可得，當(dāng)n＞1，流體為脹塑性流體，當(dāng)n=1時(shí)，流體為牛頓流體，當(dāng)n＜1時(shí)，流體為假塑性流體。根據(jù)冪率定律算出不同情況下的K值和n值。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

用spss17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 蛋白質(zhì)濃度對(duì)MP靜態(tài)流變特性的影響

由圖1可以看出，當(dāng)剪切速率在100～600s-1范圍內(nèi)，隨著剪切速率的增大，剪切應(yīng)力明顯升高;當(dāng)剪切速率從600s-1繼續(xù)增大時(shí)，剪切應(yīng)力增加變慢，圖像變平緩，越來越接近于牛頓流體。隨著MP濃度的增大，同一剪切速率下MP樣品的剪切應(yīng)力不斷升高。

圖1 蛋白濃度對(duì)樣品靜態(tài)流變特性的影響Fig.1 Rheological properties of MP under different protein concentrations

根據(jù)冪率定律采用非線性回歸用spss17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到不同條件下肌原纖維蛋白的K和n值，見表2。

表2 蛋白濃度對(duì)MP流變參數(shù)的影響Table 2 Power-law parameters for MPunder different protein concentrations

R2反映擬合精度，得到的擬合精度均在0.972以上，說明冪率定律具有很高的擬合度。由表2可得，K，n的變化規(guī)律，在不同肌原纖維蛋白濃度下，n值最大為0.358，小于1，說明不同濃度肌原纖維蛋白均為假塑性流體，剪切變稀。隨著蛋白質(zhì)濃度的增加，K值逐漸增加，可能是因?yàn)殡S著濃度增加，單位體積有更多的蛋白質(zhì)分子相互作用，所以流動(dòng)時(shí)阻力增大，故K值增加;n值隨著濃度增加而逐漸變小，更加偏離牛頓流體。許柯［8］對(duì)兔肌球蛋白的研究也表明，隨著蛋白濃度從10mg/mL，到15mg/mL再到20mg/mL，K值不斷增加，n不斷減少。

2.2 溫度對(duì)MP靜態(tài)流變特性的影響

圖2可以看出，從50s-1開始，不同溫度下MP樣品的剪切應(yīng)力都是隨著剪切速率的增加而升高，當(dāng)剪切速率越來越大時(shí)，MP樣品就越來越接近牛頓流體。相同剪切速率下不同溫度剪切應(yīng)力相比，隨著溫度從0℃升高到8℃，剪切應(yīng)力變化趨勢(shì)是先升后降。

圖2 溫度對(duì)樣品靜態(tài)流變特性的影響Fig.2 Rheological properties of MPunder different temperatures

根據(jù)冪率公式用spss17.0進(jìn)行擬合，肌原纖維蛋白MP的K和n值見表3。

表3 溫度對(duì)MP流變參數(shù)的影響Table 3 Power-law parameters for MP under different temperatures

擬合得到的不同溫度下的K和n值的R2在0.93以上，說明冪率定律具有極高的擬合精度，不同溫度下肌原纖維蛋白的n值均小于1，說明該條件下肌原纖維蛋白溶液為假塑性流體，剪切變稀。從0～4℃，K值從7.577增加到15.037，可能是因?yàn)闇囟壬撸鞍踪|(zhì)分子間相互作用如二硫鍵加強(qiáng)，使得流動(dòng)阻力增強(qiáng)，所以K值增加，當(dāng)溫度從4℃增加到8℃時(shí)，K值減至13.564，溫度升高，蛋白質(zhì)分子的能量增加，蛋白質(zhì)分子間距增加，流動(dòng)阻力減少，所以K值降低。n值先降后升，在4℃時(shí)樣品溶液偏離牛頓流體程度最大。

2.3 pH對(duì)MP樣品流變特性的影響

由圖 3 可以看出，在 pH6.0、6.5、7.0、7.5 時(shí)，隨著剪切速率的增加，MP樣品的剪切應(yīng)力均隨之上升，在pH5.5時(shí)，由于肌原纖維蛋白處于等電點(diǎn)附近，蛋白質(zhì)分子間相互作用力弱，導(dǎo)致0～50s-1的剪切應(yīng)力略有下降。相同剪切速率下剪切應(yīng)力先隨p H增加而增大，至pH6.5達(dá)到最大值，隨后呈下降趨勢(shì)。

圖3 pH對(duì)樣品靜態(tài)流變特性的影響Fig.3 Rheological properties of MP under different pH

根據(jù)冪率公式用spss17.0進(jìn)行擬合，得到肌原纖維蛋白的K和n值，見表4。

表4 pH對(duì)MP流變參數(shù)的影響Table 4 Power-law parameters for MPunder different pH

由表4可知，在 pH6.0、6.5、7.0、7.5時(shí)流變指數(shù) n均小于1，故在該條件下肌原纖維蛋白溶液為假塑性流體，剪切變稀。隨著pH從6.0增加到7.5，粘度系數(shù)K從5.119增加到8.099，n值先增大后減小。可能是因?yàn)殡S著pH的增加，蛋白質(zhì)分子間作用力逐漸以引力為主導(dǎo)，所以粘度系數(shù)逐漸增大。但是這一結(jié)果與Liu［7］等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同，Liu研究發(fā)現(xiàn)p H從6.5升高到7.5，魚肉和豬肉肌球蛋白的粘度系數(shù)K都呈下降趨勢(shì)，這可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)樣品屬于不同動(dòng)物種類，以及Liu的實(shí)驗(yàn)對(duì)象是肌球蛋白，而在本論文中實(shí)驗(yàn)對(duì)象是肌原纖維蛋白，肌原纖維蛋白中含有肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白以及其他蛋白。

2.4 離子強(qiáng)度對(duì)MP樣品流變特性的影響

由圖4可以看出，從50～500s-1，隨著剪切速率的增加，MP樣品的剪應(yīng)力升高明顯;當(dāng)剪切速率從500s-1繼續(xù)增加時(shí)，MP樣品的剪切應(yīng)力升高緩慢。在相同剪切速率下，剪切應(yīng)力隨著離子強(qiáng)度的增加而增大。

圖4 離子強(qiáng)度對(duì)樣品靜態(tài)流變特性的影響Fig.4 Rheological properties of MP under different Ionic strengths

根據(jù)冪率公式用spss17.0進(jìn)行擬合，得到肌原纖維蛋白的K和n值，見表5。

擬合得到的流變指數(shù)的參數(shù)除了離子強(qiáng)度0.2時(shí)R2為0.896，其他離子強(qiáng)度下的擬合精度都在0.943以上，說明冪率定律的擬合精度較高。不同離子強(qiáng)度下n值均小于1，說明該條件下肌原纖維蛋白溶液為假塑性流體，隨著離子強(qiáng)度的增加，n值逐漸降低，越來越偏離牛頓流體。隨著離子強(qiáng)度的增加，K值逐漸增加，可能是因?yàn)榧≡w維蛋白易溶解于高濃度鹽溶液中，蛋白質(zhì)分子充分伸展，占有空間增大，導(dǎo)致流動(dòng)阻力增大，所以K值增加，n降低。而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Liu［7］等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，在離子強(qiáng)度從0.2增加到0.6時(shí)，K值升高，n值降低。

表5 離子強(qiáng)度對(duì)MP流變參數(shù)的影響Table 5 Power-law parameters for MP under different Ionic strengths

3 結(jié)論

不同蛋白質(zhì)濃度、溫度、pH和離子強(qiáng)度下的肌原纖維蛋白溶液的剪切應(yīng)力總體趨勢(shì)都是隨著剪切速率的增加而升高。其剪切應(yīng)力τ和剪切速率δ的關(guān)系用冪率定律τ=K×δn表示時(shí)有很高的擬合精度。

不同條件下的肌原纖維蛋白溶液流變指數(shù)n均小于1，n值最大為0.463，最小為0.162，表明其為假塑性流體。K和n受蛋白質(zhì)量濃度、溫度、pH和離子強(qiáng)度的影響。K值隨著蛋白質(zhì)濃度、pH和離子強(qiáng)度的增加而升高，即流動(dòng)阻力逐漸增大。n值隨著蛋白質(zhì)濃度、pH和離子強(qiáng)度的增加而降低，即越來越偏離牛頓流體。

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