基于多尺度波谱技术的冷冻鱼糜蛋白变性机理研究

发布时间：2020-07-13 15:37

【摘要】：冷冻鱼糜是制作鱼糜制品的原料,由于营养价值高、价格低廉等特点,消费量逐年增加,在我国水产品加工产量中的比重增长迅猛。但冷冻鱼糜也面临着贮存、运输条件的改变而导致的品质劣化问题,现有的方法大都操作复杂、指标单一,同时也不能完全揭示冷冻鱼糜品质变化的真正原因。因此本文在借鉴前人研究的基础上利用红外光谱技术和低场核磁共振技术对鱼糜贮藏过程中蛋白质冷冻变性机理进行研究。傅里叶红外光谱技术(FT-IR)可以对不同的复杂化合物样品进行无损、快速、多成分同时检测,从而获得样品的整体化学指纹图谱信息。目前已经在食品、中药、材料等多个领域得到了广泛的应用。本研究通过三级红外光谱技术结合光谱曲线拟合、化学计量学方法在-36℃下对不同贮藏时间添加和未添加抗冻剂的鱼糜中蛋白质的变化规律进行探究。首先通过基本理化指标的测定发现:经过24周的低温冻藏鱼糜中水分和粗脂肪含量并没有显著的变化,添加抗冻剂鱼糜中TVB-N含量增加至9mgN/100g),未添加抗冻剂的鱼糜中TVB-N含量从第四周开始增加更加明显,其含量变化范围为(0-15 mgN/100g);其次,借助红外光谱技术获取不同贮藏阶段冷冻鱼糜的红外光谱,得到其化学信息。通过一维红外光谱对鱼糜中蛋白质所在的酰胺Ⅰ带,酰胺Ⅱ和酰胺Ⅲ进行宏观化学成分分析,发现随着贮藏时间的增加不同贮藏期的鱼糜中蛋白质的吸收峰逐渐减弱;对蛋白质中酰胺Ⅰ带所在的1600-1700 cm~(-1)进行二级结构解析可以发现,四种二级结构(α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规则卷曲)强弱的变化趋势比一维光谱更加明显;借助光谱曲线拟合技术对不同贮藏期鱼糜红外光谱进行蛋白质二级结构拟合得到二级结构含量的具体变化,总结其变化规律得到:经过24周的贮藏鱼糜中α-螺旋和β-折叠结构的含量逐渐减少,β-转角和无规则卷曲含量逐渐增加。最后,通过二维正相关红外光谱(时间和热微扰)对鱼糜红外光谱中“个性”宏观指纹的变化进行提取:酰胺Ⅲ带中1219 cm~(-1),1238 cm~(-1),1396 cm~(-1)吸收峰从强自动峰变为弱自动峰直至消失,糖类的1045 cm~(-1)峰强度随着贮藏时间的增加也逐渐降低,酰胺Ⅱ带1533 cm~(-1),酰胺Ⅰ带1611 cm~(-1)和1638 cm~(-1)从强变弱,同时以上波数所对应的化学基团结构也发生了变化。实验通过低场核磁共振技术对经过不同贮藏时间添加和未添加抗冻剂鱼糜中不同组分的水分变化规律进行研究。实验发现:鱼糜经过低温冷冻贮藏,鱼糜中的水分虽然在总量上没有较大的变化,但不同组分的水分均发生了一定程度的迁移,其中结合水含量在两种鱼糜中变化较小,但未添加抗冻剂鱼糜中不易流动水在第三周含量下降,自由水含量发生增加,且变化趋势比较明显;而添加抗冻剂的鱼糜中不易流动水和自由水的含量变化规律虽然分别呈现下降和增加趋势但变化幅度较小。同时对于不同贮藏期的鱼糜,实验基于红外光谱数据和核磁共振反演数据分别进行了主成分模式识别,对不同贮藏时间的鱼糜进行快速分类。对于添加抗冻剂的鱼糜,以酰胺Ⅰ带,酰胺Ⅱ带,水为变量的PCA分析中PC1、PC2端分别占据了99.54%,94.35%,87.22%的样品方差;未添加抗冻剂的鱼糜中,以酰胺Ⅰ带,酰胺Ⅱ带,水为变量的PCA分析中PC1、PC2端分别占据了97.65%,92.37%,85.01%的样品方差;基于核磁共振反演数据的PCA分析中,发现冷冻鱼糜在贮藏过程中PC1(A_(22),不易流动水)和PC2(A_(23),自由水)对样品的品质影响最大,占据了99%的样品方差。通过以上各部分实验分析,可以得出-36℃低温贮藏过程中,前四周左右为鱼糜品质的稳定期,各项指标无明显变化;从第四周的开始鱼糜中TVB-N含量显著上升,品质开始明显劣化,同时在红外谱图中鱼糜蛋白质所代表的吸收峰也逐渐降低,并且其二级结构也在发生变化,以酰胺Ⅲ带,Ⅱ带的变化较为明显,为鱼糜品质的劣变期;同时自由水和不易流动水的含量随着贮藏时间的增加也发生了显著的上升和降低,互相发生了迁移。因此在可以推断在低温贮藏过程中,当不同组分之间的水分开始发生迁移时,就会使蛋白质分子之间以及水分与蛋白质分子之间的结合方式发生改变,从而在一定程度上破坏了蛋白质固有的二级结构,使蛋白质发生变性,影响蛋白质品质。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS254.1
【图文】：

鱼糜,产量,冷冻鱼糜

图 1-1 2008-2017 年间我国鱼糜产量Figure 1-1 The output value of surimi in China from 2008-2017糜行业现状和检测标准的制定品安全事件层出不穷，食品安全问题成为了整个社会关注广泛关注。与此同时，化工生产导致的工业“三废”污染题时有发生，威胁着人们的健康。可以看出我国对食品安关法律规范基础薄弱，需要加强。目前，我国关于冷冻鱼，很多生产流程都是按照 GB2760-2011《食品安全国家标执行，但此标准中对冷冻鱼糜以及冷冻鱼糜制品的具体概就导致相关的生产标准模糊不清，从而造成产品质量参差委员会在 2013 年审议通过了冷冻鱼糜行业标准《SC/T370014 年开始施行。该标准明确了产品分级标准、规范了加工的指标进行了规定，结束了各地标准不统一的局面，对规用。标准对鱼糜掺假行为严格禁止，规定冷冻鱼糜中除了

红外光谱图,鱼糜,贮藏时间,红外光谱图

图 2-6 不同贮藏时间无抗冻剂鱼糜红外光谱图。A：4000-650 cm-1波段红外光谱图；B：2000-800 cm-1波数范围红外光谱图Figure 2-6 MIR spectra of surimi without cryoprotectant between different storage time. A: MIRspectra in the range of 4000-650 cm-1; B: MIR spectra in the range of 2000-800 cm-1表 2-2 不同贮藏期添加抗冻剂鱼糜红外光谱中峰 1640 cm-1和 1525 cm-1的峰高度及峰面积Table 2-2 Peak height and peak area of 1640 cm-1and 1525 cm-1in infrared spectra of surimi betweendifferent storage time有抗冻剂贮藏时间（周）0 1 2 3 4 6 8 12 16 20 241640 cm-1峰面积 4.64 3.97 3.85 3.7 3.31 3.30 2.98 2.91 2.77 2.51 1.86峰高度 0.0836 0.0705 0.0687 0.0662 0.0579 0.0578 0.0531 0.0511 0.0486 0.0437 0.03191525 cm-1峰面积 2.56 2.18 2.11 1.96 1.81 1.81 1.61 1.60 1.52 1.37 0.99峰高度 0.0478 0.0405 0.0391 0.0365 0.0331 0.0331 0.0294 0.0294 0.0277 0.0245 0.0178表 2-3 不同贮藏期未添加抗冻剂鱼糜红外光谱中峰 1640 cm-1和 1525 cm-1的峰高度及峰面积Table 2-3 Peak height and peak area of 1640 cm-1and 1525 cm-1in infrared spectra of surimi withoutcryoprotectant between different storage time无抗冻剂贮藏时间（周）

鱼糜,贮藏时间

图 2-8 不同贮藏时间无抗冻剂鱼糜二阶导数光谱图econd derivative spectra of surimi without cryoprotectant between different the range of 2000~800 cm-1贮藏期鱼糜二维相关动态谱图分析关红外光谱（2DCOS-IR）通过对待测样品进行一定程度的外界械力、时间等）来进行相关的样品分析。施加于样品的外界微者分子间的相互作用，从而得到分子内官能团之间相互作用和信息[57]。同步相关二维光谱的对角线上的峰为自动峰，即某个自相关强度。非对角线上的峰为交叉峰（正峰或负峰），表示变量处光谱强度的变化正相关（都增强或者都减弱）或负相关弱）[58,59]。基于微扰条件下的二维红外光谱在 1986 年由野田勇随后建立了“广义二维相关光谱（GeneralizedTwo-dimensionpy）”。维相关光谱方法中所谓的“动态光谱（dynamicspectra）”，是处于不同状态时的光谱减去某一参考光谱之后的结果[57]。随微

【参考文献】