輻照對肌肉蛋白結構及其凝膠性能影響的研究進展

鄧思瑤,呂梁玉,楊文鴿,周星宇

(寧波大學海洋學院,浙江寧波 315211)

?

輻照對肌肉蛋白結構及其凝膠性能影響的研究進展

鄧思瑤,呂梁玉,楊文鴿,周星宇*

(寧波大學海洋學院,浙江寧波 315211)

對肉類食品來說,輻照不僅能有效殺滅其中的微生物,而且能作用于蛋白質等生物大分子,影響蛋白間的相互作用力,從而改變蛋白質構象,導致蛋白變性、聚集或凝膠化,因此利用電子束輻照處理,有望成為改善肌肉蛋白凝膠品質的一種有效手段。本文列舉了常用于表征蛋白質結構的光學儀器如拉曼光譜、紅外光譜、圓二色譜等在肌肉蛋白構象研究中的應用,綜述了輻照引起肌肉蛋白生化特性、化學作用力和構象的改變,以及這種改變對肌肉凝膠網絡結構形成的作用,在分子水平上探討了輻照對肌肉凝膠特性的影響機理,為利用輻照技術改善肌肉凝膠性能提供理論指導。

輻照,蛋白質生化特性,化學作用力,肌肉蛋白構象,凝膠性能

食品輻照技術源于上世紀50年代,發(fā)展至今已歷經半個多世紀。輻照以其能減少農產品和食品的損失、提高食品質量、控制食源性疾病等獨特的技術優(yōu)勢,越來越受到世界各國的重視。目前,我國的食品輻照技術已邁入世界先進行列,基本達到成熟推廣和半商業(yè)化階段。對冷、鮮銷售的動物源性食品,往往不能通過常用的高溫高壓、巴氏消毒等手段進行滅菌,而輻照處理幾乎不引起食品內部溫度變化(升高2.8 ℃/10 kGy),是目前較好的冷鮮食品保鮮技術[1]。按《國際輻照食品通用標準》,應用于食品中的輻照源主要有三類:放射性核素60Co、137Cs的γ射線、機械源產生的電子束(10 MeV以下)或X射線(5 MeV以下)。早在1980年國際糧農組織(FAO)已將輻照確定為一種有效的食品處理方法。Luchsinger[2]等利用0～3.85 kGy電子束輻照無骨豬肉,發(fā)現(xiàn)可有效殺滅冷鮮肉中的大腸桿菌和沙門氏菌;Ozogul等[3]測定了海鯛經過γ射線輻照后在凍藏過程中核苷酸的降解速率,顯示輻照后的海鯛核苷酸的降解速率比未輻照的海鯛要低。吳東曉等[4]用電子束輻照處理鮐魚肉,表明電子束處理能有效延長鮐魚肉保質期,使鮐魚肉揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)值、組胺含量得到控制,減緩樣品在冷藏期間不飽和脂肪酸氧化的速度。

蛋白質的凝膠性能是決定肉類食品質量優(yōu)劣的關鍵因素,它直接影響肉制品的組織特性、保水性、粘結性以及產品得率[5]。研究表明在殺菌的同時,輻照處理對食品蛋白質等生物大分子具有獨特的改性作用,能引起肌肉蛋白生化特性、化學作用力及其構象的改變,導致蛋白質變性、聚集或凝膠化[6]。自20世紀50年代以來,國內外關于肌原纖維蛋白的膠凝作用、形成凝膠的機制、凝膠特性等方面的研究一直方興未艾。在商業(yè)生產中,生產者和消費者所關注的肉制品的質構感官特性,與肌原纖維蛋白的分子結構等因素密切相關。目前輻照在肉品中的研究和應用主要集中在殺菌保鮮及對其營養(yǎng)價值影響方面[7],而對肌肉蛋白的化學作用力、蛋白質變性聚集或凝膠化等方面的綜述報道甚少。

本文主要從輻照對肌原纖維蛋白凝膠特性的影響入手,詳述了輻照對肌肉蛋白生化指標、化學鍵和構象的影響、系統(tǒng)分析蛋白結構的改變對肌肉凝膠網絡形成的作用,在分子水平探討輻照對肌肉蛋白凝膠特性的影響機理,為輻照技術在肉類食品生產中的研究提供理論指導。

1　輻照對肌肉蛋白生化特性的影響

1.1輻照對肌肉蛋白巰基含量的影響

巰基是肌肉蛋白中最具反應活性的功能性基團,總巰基包括活性巰基和隱藏的巰基,蛋白質表面的活性疏基(或暴露出的巰基)容易發(fā)生氧化或通過巰基/二硫鍵的交換,改變蛋白質的天然構象,導致蛋白質變性。因此通過測定總巰基和活性巰基含量可以反映輻照處理對蛋白變性程度的影響。Shi[8]等采用0～10 kGy的γ射線輻照魚肉肌原纖維,發(fā)現(xiàn)0～4 kGy時總巰基含量并無明顯變化,而活性巰基的含量明顯減少;當輻射劑量>4 kGy時總巰基和活性巰基含量均顯著減少,由此推測輻照導致活性巰基暴露且促使其氧化。Dogbevi等人[9]采用0～8 kGy的輻射劑量處理豬肉,發(fā)現(xiàn)使用較小的輻射劑量(<8 kGy)巰基含量并無顯著變化。比較輻照對狹鱈魚魚糜凝膠形成前后肌原纖維蛋白巰基和活性巰基的影響,發(fā)現(xiàn)魚糜蛋白中巰基和活性巰基隨著輻照劑量的增大而減少,經加熱形成的魚糜凝膠蛋白中巰基和活性巰基的含量在0～6 kGy隨著輻照劑量的增大而增加,大于6 kGy時隨劑量增大而減小[10]。也有學者認為蛋白質分子聚合體的形成會覆蓋一些巰基,使可檢測到的游離巰基部分減少,導致巰基含量下降[11]。Samejima[12]等發(fā)現(xiàn)在肌球蛋白膠凝過程中,頭部的聚集與疏基(-HS)有關,而尾部的聚集主要是非共價鍵如氫鍵、疏水相互作用的貢獻。綜上所述,可見輻照對巰基含量的影響雖然因肉糜種類的不同而異,但通常小于5 kGy劑量的輻照處理并不會對肌原纖維蛋白巰基結構產生破環(huán)。

1.2輻照對肌肉蛋白Ca2+-ATPase的影響

肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性的大小受到肌球蛋白構象的影響,反映了肌球蛋白的生化活性,與肌球蛋白的生物功能、凝膠形成有一定的關系[13-15]。通?？値€基含量和活性巰基含量的下降伴隨著Ca2+-ATPase活性的降低,這可能是由于肌動球蛋白頭部Ca2+-ATPase活性下降導致蛋白結構發(fā)生變化,致使巰基暴露被氧化形成二硫化合物,二硫化合物的生成掩蓋了肌動球蛋白中的活性巰結構,導致總巰基含量下降。研究發(fā)現(xiàn)高劑量輻照處理會使肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性發(fā)生不同程度的下降,說明輻照會破壞肌球蛋白的完整性,致使其變性[16-17]。Sankar等[18]考察3種鯉科魚類的肌原纖維蛋白熱穩(wěn)定性時指出,Ca2+-ATPase酶活在36～42 ℃時略有上升,43～46 ℃活性迅速下降。推測可能是蛋白的聚集或變化引起的暫時性酶活上升,隨著溫度繼續(xù)上升疏水氨基酸和巰基相互作用,致使酶活下降。

1.3輻照對肌肉蛋白表面疏水性的影響

表面疏水性影響分子間的相互作用,如蛋白質與蛋白質、蛋白質與脂類等小配位體間的締合作用或其它大分子間的相互作用。表面疏水性的增加主要由蛋白質構象的改變引起。蛋白質含有一些帶苯環(huán)的疏水性氨基酸殘基,這些殘基在通常情況下埋藏于蛋白質結構內部,當?shù)鞍踪|高級結構發(fā)生變化時,這些殘基將暴露于蛋白質表面,使蛋白質的表面疏水性增加。Dogbevi等在此方面進行了大量研究,發(fā)現(xiàn)輻照可以增加表面疏水性以降低豬肉蛋白的溶解性,之后他又采用2～8 kGy劑量輻照處理大豆肌原纖維蛋白發(fā)現(xiàn)表面疏水性隨著輻照劑量的增大而增加[9,19]。此外Lacroix[20]等研究輻照對真空包裝的豬鮮肉保藏期的影響,發(fā)現(xiàn)6 kGy輻照后隨著冷藏(4 ℃)時間的延長豬肉蛋白表面疏水性下降,巰基含量無明顯變化。由此推斷,輻照很可能促使肌原纖維蛋白質分子伸展開,把非極性的氨基酸殘基暴露在蛋白質分子的表面,破壞蛋白質原來的排列方式,引起肽鏈的卷曲或螺旋結構的變化,形成不同于天然結構的狀態(tài)。但是對于輻照劑量具體控制在多少范圍內表面疏水性不會產生明顯變化,尚待進一步探索。

2　輻照對肌肉蛋白化學作用力的影響

肌肉蛋白的構象通過氫鍵、二硫鍵、離子鍵、疏水相互作用、范德華力等化學作用力維持[21],肌肉蛋白凝膠的形成過程實際上也是天然肌原纖維蛋白變性聚集的過程,上述化學作用力在肌原纖維蛋白凝膠網絡中發(fā)揮不同的作用。凝膠形成過程中肌球蛋白受熱先變性后折疊,暴露出疏水基團和活性巰基等各種官能團,疏水基團在蛋白分子間及分子內相互作用,同時活性巰基被氧化形成新的二硫鍵,期間氫鍵和離子鍵也參與作用,使蛋白分子局部發(fā)生小規(guī)模聚集,然后各個小的聚集體之間進一步相互作用結合,最終形成三維網絡凝膠結構。在肌肉加熱制備凝膠的過程中,氫鍵能量逐漸減小,與氫鍵不同的是,隨著溫度的升高(至少接近60 ℃),疏水相互作用增強,因此疏水相互作用被認為是加熱肉糜凝膠形成的重要因素。

目前有許多關于肌肉凝膠形成過程中蛋白質化學作用力的研究。如Sano等[22]研究了鯉魚肌動球蛋白活性巰基在加熱過程中的變化,發(fā)現(xiàn)活性巰基在30～50 ℃時氧化形成二硫鍵;Hossain等[23]研究發(fā)現(xiàn)魚糜凝膠中二硫鍵形成于80 ℃的蒸煮過程,而不是25～40 ℃的凝膠化過程;Ko等[24]在羅非魚肌球蛋白熱誘導研究中發(fā)現(xiàn),加熱溫度在45～75 ℃時,肌動球蛋白聚集物主要通過非共價鍵形成,超過75 ℃時則通過二硫鍵形成;劉海梅[25]等研究結果表明,疏水相互作用、二硫鍵、非二硫共價鍵是維持鰱魚魚糜凝膠穩(wěn)定結構的主要化學作用力。大量研究表明肌肉凝膠形成過程中離子鍵、氫鍵顯著減少,而疏水相互作用、二硫鍵、非二硫共價鍵顯著增加。有報道指出低劑量的電子束照射會引起疏水基團的暴露,疏水相互作用的增強,但當劑量高于3 kGy,魚糜蛋白質分子結構會遭到破壞,疏水相互作用減弱[26]。Jaczynski等[27]研究了電子束輻照劑量對狹鱈魚糜蛋白結構及其凝膠特性的影響,發(fā)現(xiàn)魚糜蛋白的疏水性及二硫鍵形成量、凝膠剪切力隨著輻照劑量的增加而增加,6 kGy后又開始下降,一定劑量的輻照處理可以促進魚糜凝膠的生成。魚糜蛋白二硫鍵的形成及疏水作用與肌原纖維蛋白巰基和表面疏水性等理化指標密切相關,結合前人研究結果不難發(fā)現(xiàn)，隨著肌原纖維蛋白巰基含量的減少,表面疏水性的增加,肌肉蛋白二硫鍵含量和疏水相互作用增加。

3　不同檢測手段研究輻照對肌肉蛋白二級構象的影響

3.1紅外光譜法研究輻照對肌肉蛋白二級構象的影響

由于紅外光譜技術具有適用范圍廣、不受分子大小影響以及無光散射和熒光干擾等優(yōu)點而成為研究生物大分子結構與功能的有效手段。對于蛋白質而言,傅里葉變換紅外光譜可提供分子中的氨基、酰胺區(qū)域、蛋白質環(huán)狀結構中的C-C振動以及C-O-O糖苷鍵振動等波段信息,并且可實現(xiàn)二級結構的初步定量,傅里葉紅外光譜與之相應的傅里葉自轉積和二階導數(shù)譜的分析,常用于蛋白質二級結構的指認。Salmieri[28]等人利用紅外光譜測定經γ射線輻照后乳清分離蛋白構象的變化,結果表明輻照后的乳清分離蛋白隨著β-折疊,β-轉角總量的增加其α-螺旋含量明顯下降,這種構象改變有利于形成更好的凝膠網絡結構,并推測由于蛋白質的交聯(lián)從而導致蛋白分子有序結構的重排。Bhat[29]等學者利用紅外光譜探究紫外輻射對魚肉凝膠強度的影響,研究表明經輻照后魚肉蛋白二級構象的特征峰值如1655 cm-1(酰胺I,CO伸縮振動,CN 伸縮),1532 cm-1(蛋白質酰胺 II帶)均出現(xiàn)輕微的移動,而且這種改變對魚肉的凝膠強度有顯著的提高。

3.2拉曼光譜法研究輻照對肌肉蛋白二級構象的影響

紅外光譜可以提供關于蛋白質二級結構的譜學信息,但由于水的強烈吸收限制了紅外光譜的廣泛應用。拉曼光譜受水溶劑的影響較小且對分子振動具有指紋式的分辨率,是研究肌肉凝膠中蛋白質構象的一種較為有效的技術。拉曼光譜常用于食品分析,主要因其非破壞性,且不需要對食品做任何預處理,只需一小部分樣品,同一時間不僅可對食品的組分進行定性定量分析,還可鑒定食品結構[30]。一般來說,具有高α螺旋含量的蛋白質條譜帶集中在1650～1658 cm-1,而主要含有β結構的蛋白質條譜帶在1665～1680 cm-1,很多無規(guī)卷曲或無序結構集中在1660～1665 cm-1。拉曼光譜已經被證明是研究固體食品體系如魚和肉結構變化的有效檢測手段,并可以確定魚類和海鮮產品(如魚糜)在加工存儲過程中結構的變化[31]。

Herrero等[32]利用拉曼光譜研究0～8 kGy電子束輻照劑量對真空包裝冷熏鮭魚肉蛋白質二級結構的影響,發(fā)現(xiàn)用8 kGy電子束輻照食品時蛋白質的二級結構發(fā)生明顯改變,能使魚肉蛋白中的α-螺旋比例顯著下降,β-折疊、β-轉角和無規(guī)卷曲增多;此外研究發(fā)現(xiàn)輻照會使1518 cm-1譜帶強度降低,表明輻射處理可以減少類胡蘿卜素含量。Xu[33]和Chen[34]等分別發(fā)現(xiàn)隨溫度的升高或轉谷氨酰胺酶的添加,蛋白的α-螺旋含量減少,而β-折疊、β-轉角和無規(guī)卷曲含量增加,這些變化均有助于形成強而不可逆的凝膠,由此可見適宜劑量的電子束輻照可提高魚肉蛋白的凝膠強度。

3.3圓二色譜法研究輻照對肌肉蛋白二級構象的影響

圓二色譜是一種快速、簡便獲得生物大分子結構的技術手段,利用光學活性物質對左右圓偏振光的吸光率之差來研究生物大分子的結構信息,其對非對稱分子的結構十分敏感,可反映出非對稱分子內部結構的一些信息,已被廣泛的應用于測定蛋白質分子構象。圓二色譜中,蛋白質在遠紫外區(qū)(240 nm波長以下)的吸收主要來自于肽鍵的貢獻,其中220 nm波長附近產生弱的n→π*躍遷,190 nm波長附近則產生強的π→π*躍遷。不同類型的二級結構將給出不一樣的特征圓二色譜圖[25]。

Lee等[35]采用圓二色譜法分析γ射線對肌紅蛋白分子特性的影響,表明隨輻照劑量的升高,肌紅蛋白α-螺旋含量降低,無規(guī)卷曲含量升高。Moon等[36]采用圓二色光譜發(fā)現(xiàn)輻射時間越長、強度越大,蛋白質有序結構的破壞越明顯。Choi[37]同時利用圓二色譜和拉曼光譜研究普通蕎麥中球蛋白的構象,結果表明圓二色譜(蛋白濃度為0.01%)與拉曼光譜(蛋白濃度為5%)所測得的結果相一致。吳燁[38]利用圓二色譜和拉曼光譜探究在受熱過程中兔肌球蛋白二級結構的變化,發(fā)現(xiàn)α-螺旋含量隨溫度升高逐漸降低、β-折疊和無規(guī)卷曲含量則隨溫度升高而增加,其化學作用力變化與二級結構變化有較強相關性,認為α-螺旋結構的丟失導致了肌球蛋白在低溫狀態(tài)下的天然結構被破壞,暴露出蛋白質內部的大量基團如巰基和疏水基團,繼續(xù)加熱逐步參與形成凝膠,丟失的α-螺旋轉變成為β-折疊和無規(guī)卷曲,后兩者參與了凝膠的結構形成。綜上所述,目前很多學者研究表明采用拉曼光譜法和圓二色譜法對蛋白二級構象進行分析,兩者所得結果呈一定的相關性,但是將拉曼分析與圓二色譜分析同時用于測定輻照過程中肌肉凝膠蛋白構象的變化,并進一步確定這種改變是否對肌肉凝膠品質有一定改善,此類研究應用甚少。

3.4低場核磁共振研究輻照對肌肉蛋白二級構象的影響

除拉曼光譜、圓二色譜和紅外光譜外,低場核磁共振也被用來測定蛋白質的構象,并且能夠對蛋白質的二級結構進行定位。李銀等[39]以豬肉為研究對象,利用低場核磁共振考察了羥自由基氧化體系中不同H2O2濃度對蛋白氧化程度及肌原纖維蛋白凝膠特性的影響,得出隨H2O2濃度的增加,蛋白氧化程度加劇,凝膠白度、持水力、硬度、咀嚼性及彈性模量下降,可見肌原纖維蛋白的氧化會影響其凝膠形成,破壞蛋白凝膠結構,降低凝膠功能。但相對于圓二色譜、傅里葉紅外光譜和拉曼光譜,低場核磁共振分析較復雜,要求蛋白質在水溶液中穩(wěn)定,不降解,不聚合,且具有高溶解度,因此在對蛋白質二級結構的初步研究中,多采用前面介紹的三種光譜方法。

4　不同檢測手段研究輻照對肌肉蛋白三級構象及微觀結構的影響

4.1熒光光譜法研究輻照對肌肉蛋白三級級構象的影響

蛋白質中的芳香族氨基酸殘基能吸收紫外區(qū)域的入射光從而發(fā)射熒光,因此熒光發(fā)射光譜通常用來研究變性因素對蛋白質溶液構象的影響。何軒輝[40]采用熒光光譜分析超高壓對花生分離蛋白構象的影響,發(fā)現(xiàn)隨著壓力、花生分離蛋白濃度的增大,花生分離蛋白中酪氨酸的最大熒光波長逐漸增大,表明花生分離蛋白構象變化越顯著,但延長超高壓處理時間后,被打開的空間構象又逐漸變得緊簇。用280 nm的熒光光譜激發(fā)色氨酸和酪氨酸可以反應蛋白三級構象是否發(fā)生變化。Moon[41]等人采用280 nm的熒光發(fā)射光譜檢測經γ射線輻照的卵清蛋白溶液,結果表明由于γ射線會引起卵清蛋白色氨酸和酪氨酸殘基局部結構的變化，從而引起其發(fā)光強度的減弱。

4.2核磁共振法研究輻照對肌肉蛋白三級構象的影響

X射線晶體衍射、核磁共振波譜、電鏡三維重構是結構生物學的三種主要研究方法,核磁共振波譜技術由于其測試靈敏、技術方法齊全,在表征蛋白構象上有著廣泛的應用,并且核磁共振波譜技術是能夠在原子分辨率下測定溶液中生物大分子三維結構的唯一方法[42]。液相核磁共振技術能夠在溶液狀態(tài)下,通過調節(jié)溶液pH、鹽濃度、溫度,在盡可能接近蛋白質大分子自然環(huán)境下,對蛋白質三維結構進行研究,具有其它研究手段不可比擬的優(yōu)越性。核磁共振技術主要通過反應位點的核磁共振參數(shù)來決定蛋白質的三級結構,這些參數(shù)主要包括弛豫時間、化學位移、自旋耦合、磁化量轉移、自選標記等。其中液相核磁共振技術主要通過原子核弛豫過程可以在原子水平對蛋白質多位點的動力學特性進行研究。二十世紀末,測量得到核磁共振三級結構的絕大多數(shù)蛋白質分子量都在10×103以下,近年來隨著核磁共振技術的發(fā)展,溶液結構的測定已經應用于分子量25×103以上的蛋白質。蛋白質的三級結構與其凝膠性能有著密切的關系,但是如何有效利用核磁共振來測定肌肉凝膠蛋白的三級構象,此類研究目前較為鮮見。

4.3輻照對肌肉蛋白凝膠微觀結構的影響

肌肉凝膠的微觀網絡結構,與凝膠內部的化學作用力及蛋白結構密切相關,同時也是反映質構特性的一個重要指標。凝膠特性是評價肌肉凝膠品質的重要參數(shù)之一,與微觀結構密切相關[43]。在肌肉加熱形成凝膠過程中,蛋白質分子鏈展開,疏水性基團暴露,同時維系魚糜蛋白質構象和作用力發(fā)生變化,分子間相互作用、團聚形成聚集體[44-45],聚集體的大小、分布及形狀構成了魚糜凝膠的微觀結構。很多學者將電鏡與蛋白構象的測定手段聯(lián)用,進一步探討在分子水平上輻照對肌肉蛋白凝膠網絡結構的影響。劉海梅等[25]研究表明α-螺旋的含量與凝膠微觀結構也有一定關系,含越多有序的α-螺旋,蛋白變性聚集緩慢,使凝膠微觀結構越有序,而α-螺旋含量越少時,凝膠微觀結構越無序。Yoon[41]采用透射電鏡比較了輻照和未輻照雞胸肉的微觀結構,顯示輻照雞胸肉的肌節(jié)大小顯著小于未輻照樣品,輻照組的肌原纖維出現(xiàn)斷裂,肌原纖維的直徑與未輻照組存在顯著差異。Lin等[46]采用電鏡觀察帶魚魚糜發(fā)現(xiàn)7 kGy電子束輻照有助于形成緊湊密集的凝膠網絡結構,并推測由于輻照導致氨基酸與蛋白質,蛋白質與蛋白質間的相互作用以及蛋白質構象的改變,使凝膠網絡結構產生變化。

5　輻照對肌肉蛋白凝膠性能的改善作用

目前很多研究表明輻照對肌肉蛋白的凝膠性能有一定的改善作用。Segars等[47]通過對硬度和粘結性的測定,發(fā)現(xiàn)輻照殺菌對未凍結牛肉有嫩化作用,而對凍結牛肉則有硬化作用,認為輻照對凍結和未凍結肉質構影響的差異在于輻照和冷凍的交互效應。楊文鴿等[4]采用電子束輻照鮐魚肉原料,發(fā)現(xiàn)電子束輻照能夠有效抑制鮐魚肉組胺含量的增加,并且5 kGy電子束輻照處理對冷藏期內鮐魚肉組胺的控制效果最好。張明琦等[26]研究了60Co-γ射線輻照對蟹過敏蛋白生化性質和抗原性的影響,SDS-PAGE表明經過3、5、7、9 kGy輻照處理后,蟹過敏蛋白條帶均消失,且無新的條帶產生,說明輻照可有效破壞過敏蛋白結構。林嫻萍等發(fā)現(xiàn)輻照引起肌肉蛋白α-螺旋含量降低,其它構象單元(β-折疊、β-轉角和無規(guī)卷曲)含量升高,通過1～9 kGy電子束輻照帶魚魚糜,發(fā)現(xiàn)7 kGy可以顯著提高魚糜凝膠強度及水分活度,促進魚糜凝膠網絡結構的形成[46,48]。Jaczynski[10]研究得出,6～8 kGy的電子束輻照鱈魚糜可有效提高其凝膠特性。因此采用科學合理的輻照處理方式,可有效提高肌肉蛋白凝膠品質。但輻照對肉制品蛋白凝膠力學特性的影響較為復雜,其機理尚需進一步研究。

6　展望

迄今為止,輻照對肌肉蛋白及其凝膠特性的影響已取得了一些成果,包括其對凝膠功能特性、物化特性等方面的研究,但是對于凝膠形成過程中的化學作用力以及蛋白二級結構變化與凝膠特性間的關系,此類研究尚不多見。輻照誘導肌肉蛋白凝膠變化是一個復雜的動力學過程,通過對肉品吸附的輻射劑量或輻照時間的調控,可以實現(xiàn)對蛋白質分子的聚合或解聚,從而對肌肉蛋白及其凝膠性能產生不同的影響。有效利用精確合適的技術如差示熱量掃描儀、核磁共振、激光拉曼光譜、圓二色譜及電鏡等綜合分析輻照劑量對肌肉蛋白凝膠網絡結構的作用,從分子水平闡明輻照對肌肉凝膠特性的影響機理,摸清改善凝膠特性的途徑和方法,對于改進肉制品加工工藝和提高產品質量具有重要的意義。

[1]Byun M W,Lee J W,Yook H S,et al. Application of gamma irradiation for inhibition of food allergy[J]. Radiation Physics and Chemistry,2002,65(7):1196-1199.

[2]Luchsinger S E,Kropf D H,Hollingsworth M E. Sensory analysis and consumer acceptance of irradiated boneless pork chops[J]. Journal of Food Science,1996,61(6):1261-1266.

[3]Ozogul F,Ozden O,Ozogul Y. Nucleotide degradation products of gamma-irradiated sea bream(Sparu saurata)stored in ice[J]. International Journal of Food Science and Technology,2010,45(11):2290-2296.

[4]吳東曉,楊文鴿,徐大倫,等. 電子束輻照對鮐魚肉品質的影響[J]. 核農學報,2012,26(3):484-489.

[5]Hermansson A M.Gel Characteristics-Structure as Related to Texture and Water binding of Blood Plasma Gels[J]. Journal of Food Science,1982,47(6):1965-1972.

[6]顧可飛,高美須,李春紅,等. 輻照對蝦過敏原生化性質的影響[J]. 核農學報,2007,2 1(2):60-163.

[7]段鑫,歐杰,李柏林. 輻照技術在肉制品殺菌保鮮中的應用[J]. 食品科學,2010,31(1):278-282.

[8]Yan Shi,Ruyi Li,Zongcai Tu,et al. Effect of γ-irradiation on the physicochemical properties and structure of fish myofibrillar proteins[J]. Radiation Physics and Chemistry,2015,109:70-72.

[9]Dogbevi M K,Vachon C,Lacroix M. Physicochemical and microbiological changes in irradiated fresh pork loins[J]. Meat Science. 1999,51:349-354.

[10]Jaczynski J,Park J W. Physicochemical Changes in Alaska Pollock Surimi and Surimi Gel as Affected by Electron Beam[J]. Journal of Food Science,2004,69(1):53-57.

[11]郭園園,孔保華. 冷凍貯藏引起的魚肉蛋白質變性及物理化學特性的變化[J]. 食品科學,2011,32(7):335-340.

[12]Samejima K,Ishioroshi M,Yasui T. Relative roles of the heat and tails Portions of molecule in the heat-induced gelation of myosin[J]. Journal of Food Science,1981,46(5):1412-1418.

[13]Katoh N,Nozaki H,Komatsu K,et al. A new method for evaluation of the quality of frozen surimi from Alaska Pollack:Relationship between myofibrillar ATPase activity and Kamaboko forming ability of frozen surimi[J]. Nippon Suisan Gakkaishi,1979,45:1027-1032.

[14]Park J D,Yongsawatdigul J,Choi Y J,et al.Biochemical and conformational changes of myosin purified from Pacific sardine at various pHs[J]. Journal of Food Science,2008,73(3):191-197.

[15]Benjakul S,Seymour T A,Morrisseym T. Physicochemical changes in pacific whiting muscle proteins during iced storage[J]. Journal of Food Science,1997,62(4):729-733.

[16]Li Y,Kong B,Xia X,et al. Structural changes of the myofibrillar proteins in common carp(Cyprinus carpio)muscle exposed to ahydroxyl radical generating system[J]. Process Biochemistry,2013,48(5):863-870.

[17]Nakai S,Hayakawa S. Contribution of hydrophobicity,net charge and sulfhydryl groups to thermal properties of ovalbumin[J]. Canadian Institute of Food Science and Technology Journal,1985,18:290-295.

[18]Sankar T V,Ramachandran A. Thermal stability of myofibrillar protein from Indian major carps[J]. Journal of the Science of Food & Agriculture,2005,85:563-568.

[19]Dogbevi M K,Vachon C,Lacroix M. Physicochemical Properties of Dry Red Kidney Bean Proteins and Natural Microflora as Affected by Gamma Irradiation[J]. Journal of Food Science,1999,4(3):540-542.

[20]Lacroix M,Smoragiewicz W,Jobin M,et al. Protein quality and microbiological changes in aerobically-or vacuum-packaged,irradiated fresh pork loins[J]. Meat Science,2000,56:31-39.

[21]菲尼馬著,王璋譯. 食品化學:第三版[M]. 北京:中國輕工業(yè)出版社,2003,4.

[22]Sano T,Ohno T,Otsuka F H. Carp natural actomyosin:Thermal denaturation mechanism[J]. Journal of Food Science,1994,59(5):1002-1008.

[23]Hossain M,Itoh Y,Morioka K. Contribution of the polymerization of protein by disulfide bonding to increase gel strength of walleye Pollack surimi gel with preheating time[J]. Fisheries Science,2001,67(4):710-717.

[24]Ko W C,Yu C C,Hsu K C. Changes in conformation and sulfhydryl groups of tilapia actomyosin by thermal treatment[J]. LWT-Food Science and Technology,2007,40(8):1316-1320.

[25]劉海梅,熊善柏,謝筆鈞. 鰱魚糜凝膠形成過程中化學作用力及蛋白質構象的變化[J]. 中國水產科學,2008,15(3):469-475.

[26]張明琦,高美須,支玉香,等. 輻照對蟹過敏蛋白生化性質和抗原性的影響[J]. 中國農業(yè)科學,2009,42(9):3259-3264.

[27]Jaczynski J,Park J W. Physicochemical changes in Alaska Pollock surimi and surimi gel as affected by electron beam[J]. Food Chemistry and Toxicology,2004,69(1):53-57.

[28]S Salmierib,K Cies′laab,M Lacroixb,et al. Gamma irradiation influence on physical properties of milk proteins[J]. Radiation Physics and Chemistry,2004,7:193-97.

[29]Bhat R,Karim A. Ultraviolet irradiation improves gel strength of fish gelatin[J]. Food Chemistry,2009,113:1160-1164.

[30]Herrero A M. Raman spectroscopy a promising technique for quality assessment of meat and fish:A review[J]. Food Chemistry,2008,107(4):1642-1651.

[31]Herrero A M,Cambero M I,Ordóez J A,et al. Raman spectroscopy study of the structural effect of microbial transglutaminase on meat systems and its relationship with textural characteristics[J]. Food Chemistry,2008,109(1):25-32.

[32]Herrero A M,Carmona P,Ordonez J A. Raman spectroscopic study of electron-beam irradiated cold-smoked salmon[J]. Food Research International,2009,42(1):216-220.

[33]Xu X L,Han M Y,Fei Y,et al. Raman spectroscopic study of heat-induced gelation of pork myofibrillar proteins and its relationship with textural characteristic[J]. Meat Science,2011,87(3):159-164.

[34]Chen H Y,Han M Y. Raman spectroscopic study of the effects of microbial transglutaminase on heat-induced gelation of pork myofibrillar proteins and its relationship with textural characteristics[J]. Food Research International,2011,44(5):1514-1520.

[35]Lee Y,Song K B. Effect of irradiation on the molecular properties of myoglobin[J]. Journal of Biochemistry and Molecular Biology,2002,35(6):590-594.

[36]Moon S,Song K B. Effect of γ-irradiation on the molecular properties of ovalbumin and ovomucoid and protection by ascorbic acid[J]. Food Chemistry,2001,74(4):479-483.

[37]Choi S M,Ma C Y. Structural characterization of globulin from common buckwheat(Fagopyrum esculentum Moeneh)using circular dichroism and Raman spectroscopy[J]. Food Chemistry,2007,102(l):150-160.

[38]吳燁. 兔肌球蛋白熱誘導凝膠化學作用力與凝膠結構功能關系的研究[D]. 南京:南京農業(yè)大學,2010.

[39]李銀,李俠,張春暉,等. 羥自由基導致肉類肌原纖維蛋白氧化和凝膠性降低[J]. 農業(yè)工程學報,2013,29(12):286-292.

[40]何軒輝,劉紅芝,劉麗,等. 高壓對花生分離蛋白物化特性和微觀結構的影響[J]. 中國食品學報,2014,14(8):123-130.

[41]Yoon K S. Effect of gamma irradiation on the texture and microstructure of chicken breast meat[J]. Meat Science,2003,63(2):273-277.

[42]施蘊渝,吳季輝.核磁共振波譜研究蛋白質三維結構及功能[J]. 中國科學技術大學學報,2008,38(8):941-949.

[43]張紅娟,陳振昌,周瑞寶. pH對11S球蛋白結構與凝膠性的影響[J]. 食品科技,2003(5):26-31.

[44]Aguilera J M. Why food microstructure[J]. Journal of Food Engineering,2005,67:3-11.

[45]Ferry J. Protein gels[J]. Advances in Protein Chemistry,1948,4(1):1.

[46]Lin X P,Yang W G,Xu D L,et al. Improving gel properties of hairtail surimi by electron irradiation[J]. Radiation Physics and Chemistry,2015,110(1):1-5.

[47]Segars R A,Cardello A V,Cohen J S. Objective and subjective texture evaluation of irradiation sterilized meat products[J]. Journal of Food Science,1981,46(4):999-1003.

[48]林嫻萍,楊文鴿. 輻照對肌肉蛋白凝膠性能的影響[J]. 輻射研究與輻射工藝學報,2014,32(1):1-7.

A review on the effects of irradiation on the protein conformation and gelation properties of muscle protein

DENG Si-yao,LV Liang-yu,YANG Wen-ge,ZHOU Xing-yu*

(School of Marine Science,Ningbo University,Ningbo 315211,China)

Known as one of the cold sterilization methods,irradiation has been widely used in food preservation,quality and safety control,as well as quality improvement. Irradiation can change the conformation of muscle protein,leading to protein denaturation,aggregation or gelation. This advantage could be an effective method to improve the gel properties of muscle. In this article,the role of chemical force and protein conformation in maintaining stable muscle gel network was mainly reviewed,and the effect of irradiation on the conformation and gel properties of protein was clarified at the molecular level. The purpose is to provide a theoretical foundation for using irradiation to improve the quality of gel properties of muscle protein.

irradiation;biochemical properties;chemical interactions;protein conformation;gel properties

2015-11-24

鄧思瑤(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：水產品安全與質量控制，E-mail:m13567436995@163.com。

周星宇(1985-)，男，碩士，講師，主要從事水產品保鮮與加工方面的研究，E-mail:zhouxingyu@nbu.edu.cn。

國家自然科學基金項目(31371793)；浙江省重中之重“水產”學科開放基金項目(xkzsc1429)。

TS251.1

A

1002-0306(2016)12-0365-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.12.061