肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的特性

李珊珊 楊玉玲 周磊 魏蘇萌

摘 要：比較肌球蛋白、瓊脂、肌球蛋白-瓊脂3 種凝膠樣品的質(zhì)構(gòu)特性、流變特性和超微結(jié)構(gòu)，并研究不同pH值（pH 5、6、7）和不同離子強(qiáng)度（0.2、0.4、0.6）條件下肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的特性變化。結(jié)果表明：肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的硬度和彈性明顯大于純肌球蛋白凝膠或純瓊脂凝膠（P<0.05），且均在pH 6時獲得最大值;肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的硬度和彈性隨離子強(qiáng)度的增加而增加，在離子強(qiáng)度為0.6時出現(xiàn)最大值;在肌球蛋白溶液中加入瓊脂，無論在加熱過程還是降溫過程中，混合凝膠的儲能模量（G）和損耗模量（G）均顯著高于相同溫度條件下的純肌球蛋白凝膠或純瓊脂凝膠（P<0.05）;在冷卻過程中，瓊脂對G和G的貢獻(xiàn)超過肌球蛋白;用掃描電子顯微鏡觀察肌球蛋白-瓊脂混合凝膠（肌球蛋白、瓊脂質(zhì)量濃度分別為10、4 mg/mL）的超微結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)，混合凝膠為相分離型凝膠，瓊脂為連續(xù)相，肌球蛋白為分散相。

關(guān)鍵詞：瓊脂;肌球蛋白;凝膠;質(zhì)構(gòu);流變性;微觀結(jié)構(gòu)

Abstract： In this study， the texture characteristics， rheological properties and microstructure of myosin， agar and their blends were compared. The characteristics of mixed gels were studied under different pH value （5， 6， 7） and ionic strength （0.2， 0.4， 0.6） conditions. The results showed that the gel hardness and springiness of myosin-agar blend were greater than those of pure myosin or agar （P < 0.05）. The hardness and springiness of mixed gels reached the maximum at pH 6. In addition， they increased with the increase of ionic strength reaching the maximum when the ionic strength was 0.6. The G and G values of mixed samples were significantly higher than those of pure myosin or agar at the same temperature during both heating and cooling （P < 0.05）. In the cooling process， agar contributed more to G and G than myosin. Scanning electron microscopy was used to observe the ultrastructure of the mixed gel of 10 mg/mL myosin and 4 mg/mL agar. It was found that the mixed gel was a phase separated gel; agar was in the continuous phase while myosin was in the dispersed phase.

Keywords： agar; myosin; gel; texture; rheology; microstructure

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20190617-135

中圖分類號：TS251.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-8123（2019）09-0008-05

引文格式：

李珊珊， 楊玉玲， 周磊， 等. 肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的特性[J]. 肉類研究， 2019， 33（9）： 8-12. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20190617-135. ? ?http：//www.rlyj.net.cn

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火腿腸、香腸等糜類和重組肉類的品質(zhì)主要依賴于肌原纖維蛋白的凝膠性和乳化性。肌原纖維蛋白是肌肉組織基本單位肌原纖維的主要成分，包括肌球蛋白、肌動蛋白、肌動球蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白等[1]。其中肌球蛋白是起凝膠作用的最主要蛋白質(zhì)，占肌肉組織總蛋白的30%左右。很多學(xué)者對肌球蛋白的分子結(jié)構(gòu)及功能特性等進(jìn)行研究。Gao Ruichang等[2]發(fā)現(xiàn)，L-精氨酸和L-組氨酸均能夠提高肌球蛋白溶液的pH值，在加熱過程中其疏水作用力增加。徐幸蓮等[3]研究發(fā)現(xiàn)，隨著蛋白質(zhì)含量、離子強(qiáng)度的增加，兔骨骼肌肌球蛋白凝膠的保水性和硬度也隨之增加，并且在pH值為6時，兔腰大肌肌球蛋白凝膠的硬度和保水性最大。

Wang Xixi等[4]將玉米抗性淀粉添加至雞胸肉肌球蛋白中制備凝膠，發(fā)現(xiàn)混合凝膠的保水性和質(zhì)構(gòu)特性隨著玉米抗性淀粉含量的增加逐漸增加。Cao Hongwei等[5]研究微波輻射引發(fā)的肌球蛋白構(gòu)象改變過程中聚集行為的變化，二硫鍵、表面疏水作用在微波輻射加熱過程中均發(fā)生顯著變化，溫度在60～90 ℃范圍內(nèi)變化時，其二級結(jié)構(gòu)α-螺旋含量減小。瓊脂、黃原膠、卡拉膠和明膠等食品膠是肉糜類制品的主要添加劑，能提高肉糜類制品的品質(zhì)。楊玉玲[6]、董秋穎[7]等研究添加卡拉膠和明膠對肌球蛋白凝膠特性的影響，結(jié)果表明，混合凝膠的質(zhì)構(gòu)特性顯著提高;Chen Xing等[8]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)超高壓（0～400 MPa）預(yù)處理后，熱誘導(dǎo)形成的雞胸肉肌球蛋白與κ-卡拉膠混合凝膠的保水性增加，凝膠強(qiáng)度卻減小。但目前關(guān)于肌球蛋白與瓊脂混合凝膠特性的研究報道較少。

瓊脂是目前世界上用途最廣泛的三大海藻膠之一，被廣泛應(yīng)用于酸乳、果凍、糕點、罐頭、午餐肉、香腸及羹類食品等各類食品加工中[9-10]。瓊脂不僅在食品工業(yè)中可以作為膠凝劑、增稠劑、乳化劑、保鮮劑和穩(wěn)定劑使用，其本身在人體中也具有生理功能[11-12]。瓊脂中含有人體必需的碘、鈣、鐵、鈉、鎂等元素，有助于人體微量元素的攝入;瓊脂與膳食纖維一樣，可以促進(jìn)腸道蠕動，具有潤腸功效[13];瓊脂還具有開胃健脾、促進(jìn)人體新陳代謝、輔助治療高血壓和肝炎等作用[14-15]。

盡管瓊脂在肉制品中被廣泛應(yīng)用，但這種應(yīng)用主要基于經(jīng)驗進(jìn)行，缺乏深入的理論研究[16-18]，因此本研究對肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的質(zhì)構(gòu)特性、流變性和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，以期為工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

40 日齡的活A(yù)A雞30 只，購于南京青龍養(yǎng)雞場，就地屠宰后取雞胸肉，加冰運(yùn)輸，貯存于-18 ℃條件下并在1 個月內(nèi)使用。瓊脂（生化試劑） 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑（上海）有限公司;其他化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Allegra 64R高速冷凍離心機(jī) 美國Beckman Coulter有限公司;SIM-F124三洋制冰機(jī) 日本三洋公司;DS-1高速組織搗碎機(jī) 上海標(biāo)本模型廠;TA.XT. Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro System公司;AR1000流變儀?英國TA Instruments公司;TM3000掃描電子顯微鏡?日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 雞胸肉中肌球蛋白的提取

取健康肉雞（1.5～2.0 kg），宰前充分休息過夜以減少應(yīng)激，宰殺后迅速剝皮取胸肉，沖去血污，剔除結(jié)締組織和脂肪。雞胸肉中肌球蛋白的提取參照Nauss[19]、Hermansson[20]等的方法，并略作修改，提取后的肌球蛋白周圍加冰后保存在冰箱中，使其溫度保持在-1～0 ℃，3 d內(nèi)用完。蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度的測定采用雙縮脲試劑法，以牛血清蛋白作為標(biāo)準(zhǔn)蛋白。

1.3.2 肌球蛋白、瓊脂及二者混合溶液的配制

按照表1設(shè)計的單因素試驗及水平，用緩沖液（pH 6.0，含0.6 mol/L KCl、10 mmol/L Na2HPO4）配制肌球蛋白、瓊脂及二者混合樣品溶液。

1.3.3 凝膠的制備

取1.3.2節(jié)配制的各系列樣品溶液2 mL，置于5 mL塑料離心管中，水浴加熱，從30 ℃升溫到90 ℃，加熱速率1 ℃/min，保溫5 min，冷卻至室溫，放入4 ℃冰箱過夜，備用。

1.3.4 凝膠質(zhì)構(gòu)特性測定

使用質(zhì)構(gòu)儀測定凝膠的硬度和彈性。取高度2 cm左右的圓柱體凝膠樣品用于質(zhì)構(gòu)測定，測定條件：選用P/5探頭，溫度25 ℃，測前速率5 mm/s，測試速率1 mm/s，測后速率5 mm/s，探頭深入距離10 mm，觸發(fā)力5 g。每個處理樣品重復(fù)測定3 次。

1.3.5 凝膠流變學(xué)測定

參照王培森[21]的方法，使用流變儀測定儲能模量（G）、損耗模量（G）。流變儀設(shè)定條件：平行板直徑40 mm，狹縫0.5 mm，應(yīng)變2%，頻率0.1 Hz。測定分為升溫和降溫2 個過程，升溫速率1 ℃/min，升溫范圍25～90 ℃;降溫速率2 ℃/min，降溫范圍90～20 ℃。

1.3.6 凝膠微觀結(jié)構(gòu)觀察

將制備的凝膠切成2 mm左右見方的立方體，用體積分?jǐn)?shù)為2.5%的戊二醛固定24 h后，使用乙醇（體積分?jǐn)?shù)50%、70%、90%、100%）進(jìn)行梯度脫水。將凝膠顆粒在-70 ℃條件下冷凍干燥72 h，而后使用掃描電子顯微鏡在加速電壓15 kV、放大倍數(shù)1 500條件下觀察其微觀結(jié)構(gòu)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差及顯著性分析;采用Origin 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的質(zhì)構(gòu)特性

2.1.1 肌球蛋白、瓊脂質(zhì)量濃度對混合凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

凝膠硬度和彈性是衡量肉制品口感的重要指標(biāo)之一。凝膠硬度是指質(zhì)構(gòu)儀的探頭在第1次下壓凝膠時，壓力的最大值。凝膠彈性是指凝膠本身在探頭第1次下壓過程中變形后的回彈程度[22]。

由表2可知：當(dāng)混合凝膠中肌球蛋白質(zhì)量濃度為10 mg/mL、瓊脂質(zhì)量濃度為4 mg/mL時，其硬度和彈性均顯著大于純肌球蛋白或純瓊脂凝膠（P<0.05）;對比純肌球蛋白和純瓊脂凝膠的質(zhì)構(gòu)特性，質(zhì)量濃度4 mg/mL瓊脂凝膠的硬度顯著大于質(zhì)量濃度10 mg/mL的肌球蛋白凝膠（P<0.05），而二者的彈性沒有顯著差異（P>0.05）。葉麗紅等[23]的研究表明，添加κ-卡拉膠可以明顯提高魚丸的硬度和彈性，這與瓊脂對肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的作用相一致。

2.1.2 pH值對混合凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

由表3可知：pH值對肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的硬度具有顯著影響，當(dāng)pH值為6時，硬度達(dá)到最大值7.70 g;pH值為5和6時，肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的彈性沒有顯著差異（P>0.05），但當(dāng)pH值增加到7時，彈性顯著降低（P<0.05）。徐幸蓮等[3]在研究兔骨骼肌肌球蛋白凝膠特性時發(fā)現(xiàn)，在pH值為6時，肌球蛋白凝膠的硬度達(dá)到最大值。馬云等[24]發(fā)現(xiàn)，pH值為6時瓊脂凝膠的硬度和彈性達(dá)到最大值，并認(rèn)為pH值通過改變瓊脂分子之間的氫鍵作用力進(jìn)而影響瓊脂凝膠的質(zhì)構(gòu)特性。這些研究與本研究所得的結(jié)論一致，對于肌球蛋白-瓊脂混合凝膠，pH值通過影響瓊脂及肌球蛋白凝膠的形成，進(jìn)而影響混合凝膠的質(zhì)構(gòu)特性。

2.1.3 離子強(qiáng)度對混合凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

一般情況下，肌球蛋白凝膠強(qiáng)度隨離子強(qiáng)度的增加而降低[25]。馬云等[24]認(rèn)為，添加鹽類也可以使瓊脂的凝膠強(qiáng)度增加。由表4可知，肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的硬度隨離子強(qiáng)度的增加而增加，離子強(qiáng)度0.4和0.6時的彈性大于離子強(qiáng)度0.2時的彈性。當(dāng)離子強(qiáng)度為0.6時，可以提供肌球蛋白-瓊脂混合凝膠適宜的質(zhì)構(gòu)特性，這與彭曉蓓等[26]研究離子強(qiáng)度對肌原纖維蛋白-脂肪替代物混合凝膠的影響時得到的結(jié)論一致，即隨著離子強(qiáng)度從0.2增加至0.6，混合凝膠的G也逐漸增加，混合凝膠的特性得到改善。

2.2 肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的流變性

2.2.1 升溫過程

由圖1～2可知：瓊脂凝膠的G和G在升溫過程中幾乎無變化，G均為（0.0±0.3） Pa，而G為（0.0±0.2） Pa，與其他2 個樣品相比可以忽略;在50 ℃前，肌球蛋白凝膠和肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的G和G變化并不明顯，但在60 ℃后，二者的G和G隨著溫度升高而增大，說明由于肌球蛋白變性，凝膠的黏彈性增大;在60～90 ℃之間的相同溫度條件下，肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的G和G明顯大于肌球蛋白。這說明瓊脂在加熱過程中并沒有形成凝膠，但瓊脂和肌球蛋白之間存在著一定的作用，添加瓊脂導(dǎo)致混合樣品的黏彈性急劇增大。董秋穎等[7]在研究肌原纖維蛋白-明膠混合凝膠時也發(fā)現(xiàn)，添加明膠可以顯著提高混合凝膠的G，而肌球蛋白是肌原纖維蛋白中最重要的成膠物質(zhì)。

Sano[27]、Visesanguan[28]等在研究不同動物肌球蛋白時均發(fā)現(xiàn)，加熱過程中G的變化趨勢為：在42～50 ℃增加，50～55 ℃突然降低，55 ℃以后又逐漸上升，這種趨勢與本研究結(jié)果不一致的原因可能是添加瓊脂引起的，也可能是由于所選的實驗材料和實驗條件不同引起的。

2.2.2 降溫過程

由圖3～4可知：在降溫過程中，瓊脂凝膠的G和G在從90 ℃降溫至30 ℃期間幾乎沒有變化，但在30 ℃以下迅速升高，其變化趨勢與Norziah等[29]報道的趨勢一致;肌球蛋白凝膠的G和G在降溫過程中增加，沒有出現(xiàn)明顯的拐點;肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的G和G在溫度降至54 ℃之前變化不大，而后急劇增大，說明瓊脂在冷卻成膠時對G和G的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)超過加熱過程中肌球蛋白的貢獻(xiàn)。從中還可以推斷混合凝膠的形成過程為：在加熱過程中肌球蛋白首先形成熱誘導(dǎo)凝膠，瓊脂的添加強(qiáng)化了肌球蛋白凝膠的成膠能力;而后在冷卻過程中，凝膠化的肌球蛋白極大地提高了瓊脂的成膠能力，在二者協(xié)同作用下，形成了高黏彈性的混合凝膠。

2.3 肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的超微結(jié)構(gòu)

由圖5可知：肌球蛋白和瓊脂形成相分離型凝膠，其中肌球蛋白顆粒形成的凝膠骨架比較粗糙，為大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并且在凝膠中以分散相存在（如圖中圓圈所示）;而由瓊脂形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)比較平坦，并構(gòu)成了混合凝膠的連續(xù)相（如圖中箭頭所示）。已有研究表明，在κ-卡拉膠與肌球蛋白的混合凝膠體系中，肌球蛋白為凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主體[30-31]。這與本研究結(jié)果不同，其原因可能是相同濃度下，卡拉膠的成膠能力比瓊脂弱，同時與和肌球蛋白的混合比例有關(guān)。Norziah等[29]在研究瓊脂和卡拉膠混合凝膠時認(rèn)為，二者形成相分離型凝膠。

3 結(jié) 論

肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的硬度和彈性明顯大于純肌球蛋白凝膠或純瓊脂凝膠;肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的硬度和彈性在pH 6和離子強(qiáng)度為0.6時出現(xiàn)最大值。在肌球蛋白溶液中加入瓊脂，無論加熱過程還是降溫過程均能使樣品的G和G顯著增大。肌球蛋白-瓊脂混合凝膠的形成過程為：在加熱過程中，肌球蛋白首先形成熱誘導(dǎo)凝膠，瓊脂的添加強(qiáng)化了肌球蛋白形成熱誘導(dǎo)凝膠的能力;隨后在冷卻過程中，肌球蛋白的存在極大提高了瓊脂的冷誘導(dǎo)成膠能力，在二者協(xié)同作用下，形成高黏彈性的混合凝膠。肌球蛋白和瓊脂形成相分離型凝膠，瓊脂為連續(xù)相，肌球蛋白為分散相。

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