微波对鱼糜加工过程中肌球蛋白和关键酶结构的影响

发布时间：2020-06-09 09:57

【摘要】：目前鱼糜制品在实际工业应用层面的加工方式主要是以水浴加热和蒸汽加热为主,而水浴快速通过凝胶劣化区的二段式加热模式是常用的研究手段。传统水浴加热模式下所得到的鱼糜制品不仅凝胶强度低,而且污水量大、能源消耗和损耗大。微波作为一种清洁能源不仅加热速度快而且能源利用率高,作为替代传统水浴加热存在可能性。微波特殊的加热模式对鱼糜中的主要组分产生影响,鱼糜组分中极性基团振动,键位转动导致分子构象改变从而影响反应进程。微波固有特性对鱼糜凝胶过程的干预主要体现在对其中肌球蛋白和内源酶的影响。因此本文以微波特殊加热方式为主导,首先研究微波对鱼糜凝胶过程的影响,在此基础上探究微波加热鱼糜的内在机制,最终通过节能保质研究将微波应用到实际的鱼糜生产加工中。通过和传统水浴二段加热对比,发现微波加热代替传统水浴加热的第一段会导致鱼糜凝胶品质劣化。而微波代替传统水浴二段式加热第二段能够显著提高鱼糜的凝胶强度和持水力。微波促进蛋白质交联形成凝胶主要通过二硫键和非二硫共价键。电子扫描电镜(SEM)对鱼糜凝胶微观结构观察的结果显示,先水浴后微波的方式形成了更致密的凝胶网络结构。尽管保温模式和时间依赖模式都能达到良好的凝胶强度,但鱼糜凝胶的三维激光共聚焦扫描结果表明时间依赖模式形成的凝胶表面粗糙而且皱缩。微波的快速升温速率使蛋白分子聚集形成良好的凝胶结构,保温模式在提高鱼糜凝胶强度的同时改善鱼糜凝胶的表观形貌。微波加热使肌球蛋白浊度增加受温度影响较大。表面疏水相互作用是肌球蛋白聚集的过程中的主要作用力。但在60-90℃范围内,二硫键对肌球蛋白的聚集的形成影响尤为显著。圆二色谱的结果表明微波改变了肌球蛋白分子的二级结构,202和222nm处的特征峰逐渐消失说明肌球蛋白发生分子解旋α-螺旋结构减少。粒径分布的结果显示,在60和90℃温度范围内微波场下肌球蛋白分子聚集速率更快。采用原子力显微镜对肌球蛋白聚集行为进行表征,发现微波加热更有利于肌球蛋白分子的聚集形成大分子蛋白簇。相同的升温速率下微波使TGase(转谷氨酰胺酶,Transglutaminase)的活性显著提高并在20min时酶活达到最大,而传统水浴加热对TGase的活性影响较小。微波和水浴加热相比,微波对TGase介电特性的影响不明显,但使TGase电导率明显增大。采用紫外光谱和内源荧光光谱的手段,研究微波加热对TGase三级结构的影响,考察TGase在微波场下构象的转变。发现微波改变TGase的空间结构,Trp和Tyr等生色氨基酸暴露并积累,光谱学特征增强。活性区域微环境改变影响了TGase与底物结合的能力从而改变了TGase的活性。进一步通过圆二色谱的方法研究微波加热对TGase二级结构的影响,微波使TGase的α-螺旋减少,β-折叠和β-转角增加。最后采用动静态光结合的方法考察TGase分子链构型的变化,R_g/R_h逐渐增大表明微波作用下TGase分子构型逐渐舒展,活性中心暴露。以凝胶强度和持水力为指标,比较微波加热和传统水浴加热对鱼糜凝胶劣化的影响。微波加热的方式能够保持鱼糜凝胶良好的品质特征。SDS凝胶电泳和TCA溶解肽的结果表明,微波能够抑制肌球蛋白分子重链的分解。在总体评估了鱼糜中内源蛋白酶活性的基础上,以Cat L(组织蛋白酶L,Cathepsin L)为研究对象,考察微波加热对Cat L活性和构象的影响。微波加热后总巯基含量降低和游离巯基含量增加表明新生成的二硫键可能屏蔽了原来Cat L的活性中心,另一方面新生成的巯基可能和活性中心的游离巯基相结合使蛋白酶的活性变低。圆二色谱的结果显示Cat L的α-螺旋和β-折叠含量降低,说明微波使Cat L去折叠,二级而结构的破坏使酶活降低。以激光光散射对Cat L分子链构型进行表征,微波加热使Cat L分子R_g/R_h先增大后减小,分子结构出现蜷缩,酶活性降低。从鱼糜自身的电磁特性出发研究了高水分鱼糜的介电和吸波特性,发现鱼糜穿透深度不超过1cm,鱼糜最大的吸波厚度出现在8mm左右。进一步的温度分布的结果表明微波加热在鱼糜厚度为2cm时温度分布最均匀,品质最优,但失水率较高。以实际产品鱼豆腐(2cm)为例进行改进,采用微波蒸汽联用的方法不仅能够提高鱼糜的凝胶强度还能改善凝胶的微观结构。本研究结果将有助于完善鱼糜制品加工的调控机制,为微波技术更好的服务于食品加工提供理论基础。
【图文】：

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第一章绪论成机理胶的主要蛋白中，蛋白的凝胶形成是所有鱼糜制品最重要的环节，鱼糜凝）和分子间变化。蛋白分子的功能特性的变化除了受到自身特性和渗透性的影响。在生物合成过程中，蛋白的一级结构三级结构主要受自身氨基酸组成、氨基酸序列和氨基酸极性的空间结构则受键长、键角和氨基酸的应变能量的影响。蛋白的功能特性，蛋白的凝胶结构也会因此改变。鱼肉中的蛋形态、溶解性和功能性通常可能为细胞内蛋白和细胞外蛋白用的是细胞内蛋白，，细胞内又可以细分为肌浆蛋白、肌原纤白、桥接蛋白）[1]。

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第一章绪论减少，表明在蛋白分子间有二硫键的形成。Sano 等人观察到，20℃时鲤性巯基数量开始增加[9]。在 30 到 50℃之间，活性巯基的数量减少，这表基团被氧化成了二硫键，鱼糜中蛋白分子间二硫键的形成维持了凝胶结热诱导凝胶的形成机制先于 1948 年提出了变性蛋白的凝胶过程的两步理论：首先分散的蛋白点暴露，然后这些暴露的蛋白排列聚集形成凝胶[11]。肌球蛋白在热诱导许多工作者的广泛研究变得更加清晰。加热会导致蛋白质 α-螺旋的展开伴随着活性基团的暴露。然后，这些活性基团主要通过疏水相互作用和白质相互交联，从而构建凝胶的三维网络结构。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS254.1

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