加熱溫度對豬肉肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

孔保華，王 宇，夏秀芳，劉 騫，李明清

(東北農業大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030)

加熱溫度對豬肉肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

孔保華，王 宇，夏秀芳，劉 騫，李明清

(東北農業大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030)

本實驗研究在不同溫度(50～90℃)條件下加熱對豬肉肌原纖維蛋白凝膠特性的影響。結果顯示：溫度為70、80℃制備的凝膠保水性較好；50℃和60℃形成的凝膠顏色較深；70～90℃形成凝膠的白度基本相同，無顯著差異(P＞0.05)；凝膠硬度和咀嚼性隨溫度的升高先升高后降低，在溫度為70～80℃時達最大值；濁度隨著溫度的升高而總體呈升高趨勢，但達到70℃以上時，升高趨勢變緩。通過十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)研究發現，在45～65kD之間，在溫度升高到70℃以上時，逐漸出現了明顯的條帶，表明部分蛋白發生了分解。表明肌原纖維蛋白在70～80℃所制得凝膠產品的功能特性較好。

肌原纖維蛋白；加熱溫度；功能性；凝膠特性

無論是肉類還是谷物類食物，大部分都需要經過加熱才能食用，一般經過加熱處理的食物更易于被人體消化和吸收。通過加熱，一方面可以改善食品的色、香、味，使其易于消化吸收；另一方面可以抑制或殺滅食品中的微生物，提高食品貨架期[1]，此外加熱對于肉制品的品質影響也非常大。一般來說，加熱會引發一系列的物理化學反應，如質構變化、風味形成等，加熱能使肌肉蛋白質(主要是肌原纖維)在合適的條件下形成凝膠。同時也能夠殺死病原微生物保證食品安全[2]。肌肉蛋白質的凝膠性能決定著產品的質量、口感、乳化性及保水性等。肌肉凝膠的形成是蛋白變性和蛋白相互凝集形成三維網狀結構的一個過程，肌球蛋白對凝膠的形成有很大的作用，并容易受到溫度、pH值和離子濃度等的影響[3]。肌球蛋白是肌原纖維蛋白中最重要的一種蛋白質，通過電鏡研究不同溫度對肌原纖維蛋白影響后得出，在30℃加熱30min，對肌球蛋白沒有影響；在35℃加熱30min，大部分肌球蛋白仍保持完整的結構，有自己單獨的頭部，僅有少數肌球蛋白通過頭部結合形成二聚體；在40℃加熱30min后，肌球蛋白分子大部分形成二聚體，單體很少存在；50℃加熱30min后，肌球蛋白進一步凝集，肌球蛋白的尾部很難辨認；當在60℃加熱30min時，肌球蛋白凝集成球狀，尾部全部消失[4]。本實驗主要研究在不同溫度(50～90℃)條件下加熱對肌原纖維蛋白功能性的影響，包括凝膠保水性、凝膠質構、顏色，并通過SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳研究加熱對蛋白質的影響，以期通過研究確定形成最好的凝膠功能特性的溫度，以用于指導實際生產。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

宰后經過解僵成熟24h豬背最長肌 北大荒肉業；其余化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

TA-XT plus型質構分析儀 英國Stable Micro System公司；TU-1800紫外-可見光分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；冷凍離心機 上海分析儀器公司；DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋 天津泰斯特儀器有限公司；色差計 上海申光儀器廠；IKA-T18型勻漿機德國IKA公司；S-3400N掃描電鏡 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 肌原纖維蛋白提取

肌原纖維蛋白提取方法參考Liu等[5]的方法并略作修改，取豬背最長肌，剔除脂肪和結締組織，切成1cm3小塊，加入4倍體積緩沖液(10mmol/L Na3PO4、0.1mol/L NaCl、2mmol/L MgCl2和 1mmol/L EGTA，pH7.0)，勻漿60s，2000×g冷凍離心15min，取沉淀重復上面步驟兩次，得到粗提的肌原纖維蛋白。然后取此沉淀加入4倍體積的0.1mol/L NaCl溶液，勻漿60s，2000×g冷凍離心15min，重復此操作一遍，取沉淀加4倍體積的0.1mol/L NaCl溶液，勻漿60s，4層紗布過濾，取上清液，用0.1mol/L HCl調節pH值至6.0，2000×g冷凍離心15min，沉淀即為提純的肌原纖維蛋白，4℃冷藏備用。以上操作均在4℃進行。用雙縮脲法以標準牛血清白蛋白為標準蛋白測定肌原纖維蛋白含量。

1.3.2 制備凝膠

用蒸餾水調節肌原纖維蛋白(pH7.0)質量濃度為40mg/mL，室溫下保持2h取15mL加入到3cm×5cm玻璃稱量瓶中，蓋上蓋子，從25℃開始水浴加熱，當中心溫度達到目標溫度(50、60、70、80、90℃)后，繼續保持加熱20min，隨后取出放入冰浴中30min，4℃保存過夜。

1.3.3 凝膠保水性測定

凝膠保水性(water holding capacity，WHC)參考Kocher等[6]的方法并略作修改。將制備的肌原纖維蛋白凝膠取出，測量前在室溫(22±2)℃放置30min。取5g不同的凝膠樣品加入離心管(直徑30mm)中，3000×g 離心15min，去除離心出的水分，稱量凝膠質量。按式(1)計算凝膠保水性。式中：ma為離心后凝膠質量；mp為離心管質量；mb為離心前凝膠質量。

1.3.4 凝膠質構的測定

用TA-XT plus 型質構分析儀進行質構分析。測定前將肌原纖維蛋白凝膠在室溫(22±2)℃放置30min，然后將待測樣品連同稱量瓶置于平臺上固定好，參數如下：探頭型號選擇P/0.5，測試前速度2mm/s，測試速度1mm/s，測試后速度2mm/s，下壓距離為凝膠高度的50%，觸發力為5g[7]。

1.3.5 凝膠白度測定

凝膠的白度值用色差計測定，計算公式參考Zhu等[8]方法計算，其中L*、a*和b*值分別為亮度指數、色調和彩度指數，L*=0為黑色，L*=100為白色，+a*值越大，顏色越接近紅色，－a*值越小越接近綠色；+b*值越大，顏色越接近黃色，－b*值越小越接近藍色[10]。凝膠白度按式(2)計算。

1.3.6 肌原纖維蛋白濁度的測定

肌原纖維蛋白的濁度按Benjakul等[9]的方法進行測定。配制蛋白質量濃度為1mg/mL的肌原纖維蛋白溶液，然后吸取5mL放入試管中，將試管分別放在不同溫度的水浴鍋中加熱30min，取出，冷卻，以不加蛋白的溶液為空白，在波長600nm處測定吸光度。

1.3.7 豬肉肌原纖維蛋白聚丙烯酰胺凝膠電泳

參考LaemmLi等[10]的方法進行測定。分離膠15%，濃縮膠5%。

1.3.8 凝膠微觀結構的測定

通過掃描電鏡觀測肌原纖維蛋白凝膠的微觀結構。參考Pan等[11]方法進行樣品制備。然后用E-1010型離子濺射鍍膜儀進行離子濺射噴金，將處理好的樣品放入樣品盒中進行檢測。

1.3.9 統計分析

全部實驗重復3次，每次進行3個平行，每次重新提取肌原纖維蛋白，采用Statistix 8.0 (Analytical Software Inc., USA)線性模型處理數據并進行方差分析(ANOVA)。用Duncan氏比較法進行差異性檢驗，ANOVA顯著(P＜0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同加熱溫度對肌原纖維蛋白凝膠保水性的影響

通過雙縮脲法測得所提取的肌原纖維蛋白蛋白質含量為6.25%。不同溫度加熱后制備的凝膠的保水性如圖1所示。保水性的高低可直接影響到肉的風味、顏色、質地、嫩度、凝結性等[12]，是肌肉食用品質評定的重要指標之一。

圖1 不同加熱溫度對肌原纖維蛋白凝膠保水性的影響Fig.1 Effect of heating temperature on WHC of myofibrillar protein gels

由圖1可以看出，凝膠的保水性在70、80℃時達到最大值，其原因可能是因為肌原纖維蛋白在70～80℃之間變性達到最大，蛋白和蛋白的互作形成良好三維網狀結構，水分被鎖住，提高了保水性。凝膠的實質是蛋白質-蛋白質交聯，將水、脂肪、糖等物質包裹在內，形成三維網絡結構，是蛋白質溶液與蛋白質沉淀的中間狀態。蛋白質濃度、加熱溫度、時間、pH值以及離子強度和種類等對凝膠的持水性都有影響。結果顯示最大的保水性值出現在70℃和80℃，可能是因為，在70℃到80℃之間，肌原纖維蛋白變性形成網狀結構，在90℃變性的蛋白經受蛋白-蛋白相互作用趨勢的增加使凝膠的強度增加，但過度加熱引起蛋白質的變性收縮，使保水性降低，這可能是因為聚集現象使蛋白網絡結構部分的破壞。Benjakul等[9]研究指出，當溫度小于55℃時蛋白質重鏈及頭部不能形成凝膠的結構。當溫度大于60℃時頭部促成了凝膠網絡結構的形成。

2.2 不同加熱溫度對肌原纖維蛋白凝膠白度的影響

圖2 不同溫度對肌原纖維蛋白凝膠白度的影響Fig.2 Effect of heating temperature on whiteness of myofibrillar protein gels

由圖2可以發現，從50℃到70℃凝膠的白度呈升高趨勢，且差異顯著(P＜0.05)，從70℃到90℃凝膠白度變化不顯著(P＞0.05)。肉的顏色是影響消費者購買力的最重要因素[13]。在肌原纖維蛋白加熱到70℃變性的溫度后，凝膠的顏色有較大的改變，并且在隨后繼續加熱的情況下，顏色并無太大的改變，說明了白度和蛋白的變性有很大關系。Hwang等[14]用魚糜研究溫度和蛋白變性的關系，結果表明魚糜凝膠的白度變化與蛋白變性程度關聯。Akamittath等[15]研究認為蛋白變性和脂肪氧化會引起樣品表面亮度L*值和黃色b*值的增大、紅色a*值的降低，同時組織間自由水分增多，這些變化是由于蛋白質的變性或脂肪氧化增加了自由水的含量。

2.3 不同溫度對肌原纖維蛋白濁度的影響

圖3 不同溫度對肌原纖維蛋白濁度的影響Fig.3 Effect of heating temperature on turbidity of myofibrillar protein gels

由圖3可見，隨著溫度的升高，濁度總體呈升高趨勢，從50℃加熱到60℃的過程中，濁度無顯著變化(P＞0.05)。從60℃到70℃的加熱過程中，濁度顯著升高(P＜0.05)，但是隨著溫度的進一步升高，濁度變化不明顯(P＞0.05)。這說明，肌原纖維蛋白在60℃到70℃的范圍內發生變性，蛋白分子交聯作用加大，導致濁度升高。

2.4 不同溫度對肌原纖維蛋白凝膠質構的影響

圖4 不同溫度對肌原纖維蛋白凝膠質構的影響Fig.4 Effect of heating temperature on TPA of myofibrillar protein gels

由圖4可見，硬度和咀嚼性隨溫度的升高先升高后降低，在50℃到70℃范圍內升高比較緩慢，到80℃達到最大值，但是隨著溫度的進一步升高，硬度和咀嚼性有所下降。膠黏性和黏聚性隨著溫度的升高，一直呈現降低的趨勢。說明溫度升高，蛋白變性加劇，剛性變大而膠黏性減弱。說明加熱到80℃左右是肉品加工的一個比較好的溫度范圍。Yasul等[16]通過研究兔肉肌原纖維蛋白在不同溫度下凝膠質構的變化情況指出，兔肉肌球蛋白在60℃時凝膠硬度達到最大值，在60～70℃保持恒定，形成凝膠的最適溫度大約為60～70℃。

2.5 肌原纖維蛋白SDS-PAGE凝膠電泳

圖5 不同加熱溫度制得肌原纖維蛋白的SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳Fig.5 SDS-PAGE pattern of myofibrillar proteins at different heating temperatures

由圖5可以看出，不同溫度對肌原纖維蛋白的分子變化基本無影響，只是隨著溫度的升高，在45～65kD之間，50℃和60℃溫度范圍內，此分子質量區間基本沒有蛋白條帶存在；等溫度升高到70、80℃和90℃時，逐漸出現了明顯的條帶。可能是隨著溫度的升高，蛋白有一定的分解。Hernandez-Herrero等[17]報道鱈魚在凍藏過程中大分子的蛋白(肌球蛋白的重鏈)電泳條帶沒有發生明顯的變化，而一些連接蛋白發生了明顯的降解。有文獻報道[18]研究了添加谷氨酰胺轉胺酶后，在不同溫度下加熱對肌原纖維蛋白的影響，結果發現，低于50℃的時候，添加蛋白酶也不會使蛋白發生分解，只有溫度高于50℃時，分子質量約200kD的肌球蛋白重鏈，以及95kD的α-肌動蛋白會發生降解，甚至一些20～40kD的小分子蛋白條帶也被酶解而消失。

2.6 不同溫度對肌原纖維蛋白微觀結構的影響

圖6 不同溫度對肌原纖維蛋白凝膠微觀結構的影響(×500)Fig.6 Effects of heating temperature on microstructure of myofibrillar protein gel (×500)

由圖6可以看出，在不同的溫度條件下加熱，肌原纖維蛋白凝膠的結構有很大不同，50℃加熱的樣品比較松軟，圖片顯示其結構松散，纖維之間交聯不緊密。隨著溫度的逐漸升高，凝膠的結構也越來越緊密，到90℃的時候，圖片顯示蛋白經過充分的變性，形成結構良好的空間結構，緊致而且細膩。

3 結 論

由實驗結果可知，溫度對豬肉肌原纖維蛋白凝膠的功能特性有較大影響。溫度為70、80℃時，凝膠的保水性達到最大值；50～70℃凝膠的白度隨著溫度的升高，呈現一直升高的趨勢；凝膠的硬度和咀嚼性隨溫度的升高先升高后降低，膠黏性和黏聚性隨著溫度的升高而一直降低。從掃描電鏡圖片來看，在不同加熱溫度條件下制備凝膠的結構有很大不同，隨著溫度的升高，凝膠結構變得越來越致密，但是質地在高溫條件下比較粗糙，保水性也不好。綜合比較，70～80℃是最適合豬肉制品加工的溫度范圍。

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Influence of Heating Temperature on Gel Properties of Porcine Myofibrillar Protein

KONG Bao-hua，WANG Yu，XIA Xiu-fang，LIU Qian，LI Ming-qing
(College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

Gel properties of porcine myofibrillar protein (MP) after heat treatment at varying temperatures (50, 60, 70, 80 ℃and 90 ℃) were investigated. The results showed that gels prepared at 70 or 80 ℃ had a better water holding capacity (WHC)compared with those at other temperatures; gels prepared at 50 or 60 ℃ had a darker color, while those at higher temperatures had similar color (P＞0.05). The hardness and chewiness rose at the beginning of heating and then decreased with increasing temperature; the best functional properties were obtained at a temperature ranging from 70 to 80 ℃. Turbidity first went up with increasing temperature and then changed little when the temperature was above 70 ℃. SDS-PAGE studies indicated that visible 45 － 65 kD bands appeared when the temperature reached 70 ℃ or higher, suggesting the occurrence of partial protein degradation. Thus, MP gels formed at a temperature between 70 ℃and 80 ℃ have better functional properties.

myofibrillar protein；heating；functional properties；gelation

TS251.5

A

1002-6630(2011)05-0050-05

2010-07-08

黑龍江省杰出青年基金項目(JC200702)；國家公益性行業(農業)科研專項經費項目(200903012-02)

孔保華(1963—)，女，教授，博士，研究方向為畜產品加工。E-mail：kongbh63@hotmail.com