谷氨酰胺轉氨酶對低鹽雞肉糜保水性和蛋白質二級結構的影響

康壯麗,李 想,李 斌,王虎虎,馬漢軍,宋照軍,余小領,潘潤淑

(1.河南科技學院食品學院,河南新鄉(xiāng) 453003;2.南京農業(yè)大學國家肉品質量安全控制工程技術研究中心,江蘇南京 210095)

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谷氨酰胺轉氨酶對低鹽雞肉糜保水性和蛋白質二級結構的影響

康壯麗,李 想,李 斌,王虎虎,馬漢軍,宋照軍,余小領,潘潤淑

(1.河南科技學院食品學院,河南新鄉(xiāng) 453003;2.南京農業(yè)大學國家肉品質量安全控制工程技術研究中心,江蘇南京 210095)

本文利用拉曼光譜技術研究谷氨酰胺轉氨酶對雞肉糜保水性、質構和蛋白質二級結構等的影響。結果表明:低鹽雞肉糜的乳化穩(wěn)定性和蒸煮得率隨著谷氨酰胺轉氨酶添加量的增加而顯著提高(p<0.05),但0.67%和1.0%谷氨酰胺轉氨酶處理組間差異不顯著(p>0.05);雞肉糜的硬度、彈性、內聚性和咀嚼性隨著谷氨酰胺轉氨酶的增加而顯著提高(p<0.05);添加谷氨酰胺轉氨酶,酰胺I帶的波峰從1659 cm-1移動到1661、1662和1662 cm-1,β-折疊和β-轉角含量顯著增加(p<0.05),α-螺旋含量顯著(p<0.05)降低,無規(guī)則卷曲差異不顯著。由此可見,谷氨酰胺轉氨酶添加量為0.33%～1.0%時,能夠改變蛋白質二級結構,提高低鹽雞肉糜的質構和保水性,且添加量為0.67%時,質構和保水性最好。

保水性,拉曼光譜,雞肉,二級結構,質構,谷氨酰胺轉氨酶

雞肉糜類肉制品是廣受消費者歡迎的一類乳化肉制品,保水性和質構決定著產品的品質和接受度。生肉糜中包含鹽溶性蛋白和水分等液體連續(xù)相、分散液相、脂肪顆粒、不溶性肌肉纖維顆粒、結締組織、香辛料等分散固相,其中鹽溶性蛋白決定著乳化肉制品的凝膠形成能力、保水保油能力和質構[1-2]。減少食鹽影響鹽溶性蛋白的溶解和溶出,在加工過程中易引起蒸煮損失大,結構松散等問題。

谷氨酰胺轉氨酶(Transglutaminase,TG酶)是一種能催化蛋白質谷氨酰胺殘基的γ-羧酰和賴氨酸殘基的ζ-氨基發(fā)生轉酰胺基反應,形成ζ-(γ-Glu)Lys共價鍵,或肽鏈中谷氨酰胺殘基的羧酰胺和伯胺之間的酰胺基轉移反應并使蛋白質分子之間交聯聚合的球狀單體蛋白酶[3]。通過添加TG酶誘導肌肉蛋白質內部、蛋白質分子之間產生共價交聯,以及氨基酸和蛋白質之間產生交聯,改善乳化肉制品的質構,提高蒸煮得率已被報道[4-5]。水分是肉糜凝膠的主要成分,水分子結構的變化涉及到氫鍵的斷裂和重組,影響水分與蛋白質,水分與肽鏈之間的交聯,蛋白質構象的變化以及凝膠的保水性[6-7]。

拉曼光譜是一種無損、快速的檢測技術,能夠得到肽鏈上不同氨基酸殘基信息,了解蛋白質二級結構等變化的信息,且水對散射光譜影響較小,能夠直接用于水相系統(tǒng),已經廣泛應用于研究肉糜及凝膠形成過程中蛋白質結構的變化[7-9]。因此,本實驗利用拉曼光譜技術分析TG酶對雞肉糜蛋白質二級結構結構的變化,研究TG酶對雞肉糜質構和保水性等的影響機理,為提高雞低鹽肉糜類肉制品的品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冷凍雞胸肉(70.85%水分,20.56%蛋白質,7.02%脂肪,pH5.79)、豬背膘(8.50%水分,1.75%蛋白質,90.12%脂肪)眾品集團提供;豬背膘 要求使用新鮮的;膠原蛋白腸衣 中國神冠控股有限公司;TG酶 100 U/g,1% TG酶,99%麥芽糊精,泰興市東圣食品科技有限公司。

絞肉機山東嘉信食品機械有限公司;Stephan UMC-5C斬拌機 德國Stephan公司;灌裝機 德國VF608;JY Labram HR 800顯微激光拉曼光譜儀 法國Jobin-Yvon公司;HH-42水浴鍋 常州國華電器有限公司;CR-40色差計 日本美能達公司;Shimadzu AUY120電子天平 日本島津;質構儀英國StableMicrosystem公司;離心機美國Beckman L-80-XP Ultracentrifuge;T1900 El619煙熏爐 德國Stephan公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 雞肉糜的制備 基本配方如下,雞胸肉1000 g,豬背膘300 g,冰水280 g,三聚磷酸鈉4 g,食鹽15 g,香辛料10.6 g,TG酶添加量分別為:T1:0 g(0%);T2:5.33 g(0.33%);T3:10.67 g(0.67%);T4:16 g(1.0%)。剔除雞胸肉中結締組織和可見脂肪,使用絞肉機分別絞碎(孔板直徑6 mm),用雙層真空包裝袋(尼龍/PE)進行分裝,每袋1000 g,真空包裝,儲存于-20 ℃直到加工,不得超過2周。凍雞胸肉使用前在0～4 ℃冷庫中解凍至中心溫度為0 ℃左右。

加工方法參考Kang等[8]的方法:將解凍好的雞胸肉、食鹽、三聚磷酸鈉、TG酶放入真空斬拌機,1500 r/min斬拌30 s,并緩慢的加入1/3的冰水,停3 min;加入豬背膘和香辛料,1500 r/min斬拌30 s,并緩慢加入1/3冰水,停3 min;3000 r/min斬拌60 s,并緩慢加入1/3冰水(中心溫度低于10 ℃)。加工好的雞肉糜使用真空灌裝機灌裝到24 mm的膠原蛋白腸衣,將灌裝好的雞肉糜分為18 cm的段并稱重,然后在2 ℃的環(huán)境中靜置6 h。在煙熏爐中進行烘干和蒸煮操作,步驟如下:50 ℃,烘干15 min,濕度60%;80 ℃,蒸煮25 min,濕度100%(中心溫度72 ℃);冷水噴淋5 min;30 ℃,烘干10 min,濕度60%,2 ℃過夜冷卻。

1.2.2 乳化穩(wěn)定性 根據Fernándz-Martín等[10]的方法對雞肉糜乳化穩(wěn)定性進行測定。取25 g雞肉糜放入50 mL離心管中,4 ℃,500×g離心5 min去除肉糜中的氣泡。封閉離心管,放入80 ℃水浴加熱20 min。取出后使用紙巾擦干外面的水分,立即打開試管蓋,在室溫下放置50 min,以利于汁液的吸收和釋放。

滲出液量,即釋放的總液體的重量和樣品初始重量的百分比,滲出液越多,乳化穩(wěn)定性就越低。水分滲出量,即為釋放水分的重量和樣品初始重量的百分比。脂肪滲出量,即釋放的脂肪的重量和樣品初始重量的百分比,脂肪含量采用將滲出液在105 ℃烘干16 h的方法進行測定,滲出液中含有少量的食鹽和蛋白質,可以忽略不計,因此,烘干后剩余的物質為脂肪滲出物。

1.2.3 蒸煮得率 4 ℃過夜冷卻后,分別對每份雞肉糜的重量進行測定,蒸煮得率按照以下公式計算:蒸煮得率(%)=蒸煮后雞肉糜重量/蒸煮前雞肉糜重量×100,每組測定4次。

1.2.4 質構分析 測試前將過夜冷卻后的蒸煮雞肉糜,放置在20 ℃環(huán)境中,回溫2 h,使雞肉糜內外溫度一致。在20 ℃室溫下,使用質構儀對雞肉糜的質構進行測定。采用直徑20 mm,高度20 mm的肉柱進行質構測定,參數如下:測試前速度5.0 mm/s,測試速度2.0 mm/s,測試后速度2.0 mm/s;壓縮比50%;時間5 s。使用P/50測試探頭進行測定,得到的相關質構參數為硬度、彈性、內聚性和咀嚼性[11]。每組樣品測定5次。

1.2.5 拉曼光譜分析 取適量蒸煮雞肉糜均勻的涂抹在載玻片中央,使用顯微拉曼光譜儀進行測定,使用單晶硅對拉曼光譜儀進行頻率校正,再用50倍長焦距鏡頭將激光聚焦到樣品上,功率100 mW左右,獲取的拉曼光譜波段在1600～1800 cm-1。每個樣品測定3次。具體測定條件如下:600 g·mm-1光柵,狹縫200 μm,3次掃描數據,獲取速度為120 cm-1·min-1,分辨率為2 cm-1,積分時間為60 s。因為苯丙氨酸環(huán)在1003 cm-1伸縮振動強度不隨蛋白質結構變化而變化,可以將其作為內標對拉曼光譜數據進行歸一化[12]。根據文獻已報道的蛋白質和多肽拉曼光譜,對氨基酸側鏈和肽鍵骨架振動光譜條帶進行指認和分析[12-13]。蛋白質二級結構(α-螺旋,β-折疊,β-轉角,無規(guī)則卷曲)的含量使用Alix的方法計算得到[13]。

1.2.6 數據統(tǒng)計 本實驗所有處理重復4次。應用軟件SPSS v.18.0(SPSS Inc.,USA)進行統(tǒng)計分析,使用單因素方差分析(ANOVA)的方法對數據進行分析。各個組平均值差異采用Duncan’s多重極差檢驗進行多重比較,當p<0.05時為組間存在顯著差異。

2 結果與分析

2.1 乳化穩(wěn)定性

乳化穩(wěn)定性是決定乳化肉糜品質的重要指標。由表1可知,TG酶添加量能夠顯著影響雞肉糜乳化穩(wěn)定性(p<0.05)。雞肉糜的滲出液量隨著TG酶添加量(0～0.67%)的增加而降低,T1最多,T3最少。TG酶添加量增加到1%(T4)時,滲出液量與T3差異不顯著(p>0.05)。水分滲出量和脂肪滲出量也有相同的趨勢。吳立根等[4]也報道了添加適量TG酶能夠顯著增加肉糜的保水性。這可能是由于添加適量TG酶能夠增加蛋白質間交聯和聚合,改善蛋白乳化功能特性的緣故。

表2 TG酶對雞肉糜質構的影響

表1 TG酶對雞肉糜乳化穩(wěn)定性的影響

注:同列不同字母表示存顯著差異(p<0.05),表2、表3同。

2.2 蒸煮得率

由圖1可知,TG酶添加量對雞肉糜蒸煮得率有顯著的影響(p<0.05)。當TG酶添加量從0增加到0.67%,雞肉糜蒸煮得率隨著酶添加量增加而提高,超過0.67%后,蒸煮得率變化不顯著(p>0.05)。雞肉糜蒸煮得率變化特點與前面乳化穩(wěn)定性變化趨勢相一致,表明肉糜乳化穩(wěn)定性越好,其蒸煮得率越高。這可能是由于谷氨酰胺轉氨酶能夠催化蛋白質分子中酰基轉移反應形成共價鍵,增強蛋白質之間的交聯,改善凝膠的品質和保水性,從而提高肉糜蒸煮得率的緣故。

圖1 TG酶對雞肉糜蒸煮得率的影響Fig.1 Effect of transglutaminase supplementation oncooking yield of chicken batters 注:不同字母表示存在顯著差異(p<0.05)。

2.3 質構

由表2可知,隨著TG酶添加量的增加,雞肉糜的硬度、彈性、內聚性和咀嚼性都顯著提高(p<0.05)。Herrero等[5]報道添加TG酶顯著提高肉糜的硬度、彈性、內聚性和咀嚼性。扶慶權等[14]研究了添加TG酶對乳化型雞肉糜質構特性的影響,發(fā)現添加TG酶顯著提高乳化型雞肉糜的硬度、脆性、彈性、凝聚性和咀嚼性。這可能是由于TG酶添加量越高,誘導更多肌肉蛋白質發(fā)生交聯和聚集,有利于凝膠結構的形成,從而改善凝膠質構的緣故。

2.4 二級結構分析

圖2給出了不同處理組在1660～1800 cm-1波段的拉曼光譜圖。在1665 cm-1附近的拉曼光譜條帶被指認為酰胺I帶的伸縮振動[7,15],主要包括肽鍵C=O的伸縮振動,Cα-C-N的彎曲振動,C-N的伸縮振動,N-H的面內彎曲振動,能夠提供二級結構變化的信息[5]。由于酰胺I帶對氫鍵的變化比較敏感,通過1650～1660、1665～1680、1680和1660～1665 cm-1條帶上的信息能夠分別反應α-螺旋、β-折疊、β-轉角和無規(guī)則卷曲含量的變化。許多學者已經報道了酰胺I帶提供的信息變化能夠很好的反映蛋白質二級結構的變化[13,16]。

圖2 TG酶對雞肉糜蛋白拉曼光譜的影響Fig.2 Effect of transglutaminase supplementation on raman spectra of chicken batters in the region

如圖2可知,不同TG酶添加量雞肉糜中酰胺I帶的峰值分別位于1659、1661、1662、1662 cm-1,表明蒸煮雞肉糜蛋白質二級結構的主要成分是α-螺旋[13,15]。波峰向高波方向移動,主要原因是隨著TG酶添加量的增加,蛋白質之間的交聯程度增強,誘導蛋白質二級結構發(fā)生變化。Herrero等[5]也報道了增加豬肉糜中TG酶的添加量,酰胺I帶的波峰向高波方向移動。

表3 TG酶對雞肉糜蛋白質二級結構(α-螺旋、β-折疊、β-轉角、無規(guī)則卷曲)百分含量的變化

酰胺I帶的變化可以提供蛋白質二級結構的定量信息[13]。由表3可知,添加TG酶雞肉糜的α-螺旋含量顯著的(p<0.05)降低,而β-折疊和β-轉角的含量顯著(p<0.05)升高,無規(guī)則卷曲含量變化不顯著(p>0.05)。α-螺旋結構主要依靠氫鍵維持,添加TG酶,蛋白質之間的交聯增強,造成α-螺旋內部氫鍵斷開,解螺旋并展開,形成β-折疊和β-轉角結構,即α-螺旋結構向β-折疊和β-轉角結構轉變[17-18]。β-折疊和β-轉角結構是凝膠形成的基礎,兩者含量的提高有利于良好凝膠結構的形成,增加凝膠的硬度(表2)[8,19]。Herrero等報道了蒸煮肉糜的硬度與β-折疊含量(r=0.962)和β-轉角含量(r=0.934)都成正相關[5]。TG酶添加量從0.67%增加到1.0%時,α-螺旋含量有降低的趨勢,而β-折疊、β-轉角和無規(guī)則卷曲含量差異不顯著(p>0.05)。由此可見,適量的添加TG酶能夠誘導蛋白質二級結構發(fā)生變化,即α-螺旋減少,β-折疊和β-轉角增加。

3 結論

添加TG酶(0～1.0%)能夠提高低鹽雞肉糜乳化穩(wěn)定性和蒸煮得率,改善雞肉糜的質構,硬度、彈性、內聚性和咀嚼性。在添加TG酶雞肉糜中,酰胺I帶的波峰向高波方向移動,誘導蛋白二級結構變化,β-折疊和β-轉角含量顯著增加(p<0.05),α-螺旋含量降低。因此,TG酶添加量為0.33%～1%時能夠提高低鹽雞肉糜的保水性和質構,添加量為0.67%時效果最好。

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Effect of transglutaminaseon water holding capacity and protein secondary structure of low-salt chicken batters

KANG Zhuang-li1,LI Xiang1,LI Bin1,WANG Hu-hu2,MA Han-jun1,SONG Zhao-jun1,YU Xiao-ling1,PAN Run-shu1

(1. School of Food Science,Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China;2.National Center of Meat Quality and Safety Control,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China)

In this paper,the effect of transglutaminase content on water holding capacity,texture and protein secondary structure was studied by using Raman spectroscopy. The results showed that emulsion stability and cooking yieldwere significantly(p<0.05)improved with transglutaminase content increased.But when the contents were 0.67% and 1.0%,the emulsion stability and cooking yield had no significant difference(p>0.05). The hardness,springiness,cohesiveness and chewiness also were significantly(p<0.05)improved with transglutaminase content increased. The result of Raman spectroscopy found that the wave peak of amide I shifted from 1659 cm-1to 1661 cm-1,1662 cm-1and 1662 cm-1when added various amounts of transglutaminase,β-sheet andβ-turn content was significantly(p<0.05)increased withα-helix content decreased,and random coil was no significant difference(p>0.05). A conclusion was drawn that adding 0.33%～1.0%transglutaminase could change the protein secondary structure,and improved thetexture and water holding capacityof low salt chicken batters. When adding 0.67%,the batter had the best texture and water holding capacity.

water holding capacity;Raman spectroscopy;chicken meat;secondary structure;texture;transglutaminase

2016-04-14

康壯麗(1980-)，男，博士，研究方向:肉制品加工與質量控制，E-mail：kzlnj1988@163.com。

國家自然科學基金項目(31501508);河南省博士后啟動經費(103020215007/003);河南科技學院博士科研啟動費(205010615001)。

TS251

B

1002-0306(2016)20-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.000