线性与非线性多糖对鸡肉肌原纤维蛋白凝胶特性的影响

    肖雄等

    摘 要：将不同质量浓度（0.15～0.30 g/100 mL）的线性魔芋胶（konjac glucomannan，KGM）和非线性支链淀粉（amylopectin，AP）添加到鸡胸肉肌原纤维蛋白（myofibrillar protein，MP）溶液中，通过测定MP凝胶的保水性、凝胶硬度、流变特性和横向弛豫时间变化，研究不同分子链形态多糖对其凝胶特性的影响。结果表明：与未添加多糖的对照组相比，线性多糖能明显增强MP凝胶硬度（P<0.05），且添加量大于0.30 g/100 mL时，凝胶的保水性显著提高（P0.05），且其对储能模量（G）和耗能模量（G）的提高作用也不及线性多糖。同时，两种多糖（0.30g/100 mL）均在一定程度上降低了T22和T23值，但变化不明显（P>0.05）。因此，线性多糖对鸡胸肉肌原纤维蛋白凝胶特性的改善作用大于非线性多糖。

    关键词：肌原纤维蛋白；凝胶特性；线性多糖；非线性多糖

    Effects of Linear and Non-Linear Polysaccharides on the Gel Properties of Chicken Breast Myofibrillar Protein

    XIAO Xiong， SHI Kefu， WU Shuangshuang， YAO Jing， XIE Tingting， CHEN Conggui*

    （School of Biotechnology and Food Engineering， Hefei University of Technology， Hefei 230009， China）

    Abstract： The effects of polysaccharides of different molecular chain types on the properties of chicken breast myofibrillar protein （MP） gels were investigated by addition of linear konjac glucomannan （KGM） and non-linear amylopectin （AP） into MP solution at addition levels 0.15 ? 0.30 g/100 mL. Water holding capacity （WHC）， gel hardness， rheological properties and transverse relaxation time of MP gel samples were measured. Results showed that linear polysaccharide could significantly enhance gel hardness and dramatically improved WHC at addition levels > 0.30 g/100 mL （P < 0.05）， compared with control group， while non-linear polysaccharide had no apparent influence on these parameters

    （P > 0.05）. Moreover， the AP-induced enhancement of storage modulus G and loss modulus G was inferior to that induced by KGM， though the transverse relaxation time of WHC. T22 and T23 values were faintly reduced by both polysaccharides （P > 0.05）. Consequently， linear polysaccharide was more beneficial to improve the gel properties of chicken breast MP.

    Key words： myofibrillar protein； gel properties； linear polysaccharide； non-linear polysaccharide

    中图分类号：TS251.51 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2015）01-0001-05

    doi： 10.7506/rlyj1001-8123-201501001

    多糖类物质是肉制品生产中常用的一种辅料，可作为脂肪替代物，在低脂肉制品开发中扮演着重要的角色；魔芋胶（konjac glucomannan，KGM）[1]、卡拉胶、刺槐豆胶、淀粉[2]、海藻酸钠、结冷胶[3]、亚麻籽胶、黄原胶[4]等多糖应用于肉制品，可降低肉制品的生产成本，显著改善肉糜制品的凝胶特性、持水性，并可延长产品货架期[5-6]。肌原纤维蛋白（myofibrillar protein，MP）约占原料肉总蛋白的40%～60%，是最重要的一类盐溶蛋白[7]；主要由肌球蛋白、肌动蛋白、肌动球蛋白、原肌球蛋白等组成[8]，其热诱导凝胶的性能决定了肉制品的保水、质构及黏着性等[9]。

    多糖特性不同，对肉蛋白凝胶特性的影响有差异。Zhou等[10]研究发现，阴离子多糖（如卡拉胶）和中性多糖（如刺槐豆胶）更适合作为脂肪替代物，用于改善低脂肉制品品质；而阳离子多糖（如壳聚糖）对鸡胸肉肌球蛋白凝胶的保水、硬度和黏弹性作用并不明显。闵维等[11]研究在相同添加量下，随着葡聚糖分子质量的增加，大豆7S蛋白混合体系的黏弹性显著增加。吴满刚等[12]在研究不同淀粉对肌纤维蛋白凝胶强度和微观结构的影响时发现，淀粉颗粒大小与糊化温度会影响复合凝胶的强度，并会影响淀粉在凝胶中的充填效应。但比较分析不同分子链型多糖对肌原纤维蛋白凝胶特性的影响研究，尚未见文献报道。本研究以鸡肉肌原纤维蛋白为对象，选择两种代表性的线性与非线性多糖，研究其对MP凝胶特性的影响，旨在为低脂肉制品开发中多糖的筛选提供依据。

    1 材料与方法

    1.1 材料与试剂

    鸡胸肉 合肥家乐福超市；KGM 湖北强森魔芋科技有限公司；支链淀粉（amylopection，AP） 日本Tokyo Chemical Industry公司。

    所有化学试剂均为分析纯。

    1.2 仪器与设备

    BC/BD-241冰柜 青岛海尔集团公司；BSA/24S Sartorius电子分析天平 德国赛多利斯股份公司；

    SCX-8/2A绞肉机 上海双蝶厨具有限公司大溪分公司；DS-1组织捣碎匀浆机 上海越磁电子科技有限公司；FA25高剪切乳化机 德国Fluko公司；B260/B220恒温水浴锅 上海亚荣生化仪器厂；8S-1磁力搅拌器 江苏省金坛市金城国胜实验仪器厂；GL-21M高速冷冻离心机 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；CT14RD冷冻离心机 上海天美生化仪器设备有限公司；TA-XT Plus质构仪 英国Stable Micro System公司；MiniMR-60微型核磁共振成像仪 上海纽迈电子有限公司；HR-3型Discovery流变仪 美国TA公司。

    1.3 方法

    1.3.1 样品制备

    1.3.1.1 MP标准提取液的制备

    参照Liu[13]、Westphalen[14]等的方法，从鸡胸肉中提取MP；并用0.6 mol/L KCl-K3PO4盐缓冲液（pH 7.0），将MP提取液的蛋白质量浓度标准化至3.5 g/100 mL，得到MP标准提取液。

    1.3.1.2 多糖-MP混合溶液的制备

    取100 g的MP标准提取液，按质量浓度0、0.15、0.30、0.45、0.60 g/100 mL，分别添加KGM和AP两种多糖。在4 ℃条件下搅拌混合，并于10 000 r/min条件下均质2 min；再在4 ℃条件下放置12 h，使MP和多糖充分混匀，分别制成KGM-MP和AP-MP混合液。

    1.3.1.3 多糖-MP混合凝胶的制备

    分别称取10 g上述两种多糖-MP混合溶液，置于10 mL小烧杯（内径约27 mm，高度约35 mm）内；放入20 ℃水浴中，以2.5 ℃/min的升温速率，加热至80 ℃后保温30 min；取出小烧杯，冰水浴冷却，于4 ℃条件下冷藏12 h，即得到KGM-MP凝胶和AP-MP凝胶。

    1.3.2 指标测定

    1.3.2.1 保水性

    参照Kocher[15]、Zhou[10]等的方法。称取约3 g的凝胶样品，置于离心管中，于4 ℃、1 000×g条件下离心10 min。实验重复3 次。

    1.3.2.2 凝胶硬度

    参照Zhou等[10]的方法。采用质构仪的GMIA凝胶程序测定。实验重复8 次。

    1.3.2.3 流变特性

    参照Verbeken等[16]的方法并作修改。流变仪采用振荡模式，其他检测参数为平行板直径60 mm，狭缝0.55 mm，应变2%，振动频率0.795 Hz。测试过程包括升温和降温2 个阶段，温度变化范围为20～80 ℃，升温速率2 ℃/min，降温速率4 ℃/min。分别记录升温、降温过程中的储能模量（G）、耗能模量（G）及相位角（δ）正切值的变化。

    1.3.3 横向弛豫时间

    参照Han等[17]的方法并作修改。采用低场核磁共振技术检测，在微型核磁共振成像仪上进行，约1～5 g样品放入直径25 mm核磁管中，质子共振频率为23.318 MHz，自旋-自旋弛豫时间T2用Carr-Purcell-Mebiboom-Gill （CPMG）序列进行测量，其中回波时间（TE）值为400 μs，18 000 个回波，重复扫描4 次，重复等待时间为8 000 ms，得到的指数衰减图形，且使用SIRT算法拟合得到T2谱图。

    1.4 数据处理

    采用Excel 2007软件进行数据分析；采用t-检验进行显著性分析；采用Origin 8.5软件作图。

    2 结果与分析

    2.1 添加线性KGM和非线性AP对鸡胸肉MP保水性的影响

    小写字母不同，表示同一种多糖不同水平之间差异显著（P<0.05）；大写字母不同，表示同一水平下不同多糖之间差异显著（P<0.05）。下同。

    由图1可知，对于非线性、高度分支化的AP，由于其存在空间位阻和无定形区，不容易暴露分子内部基团，对水的吸附能力较弱；但在受热膨润及糊化后，其分子结构会一定程度向外扩散，转变成不规则的松散结构，形成具有较高黏度的溶胶，利于提高AP-MP凝胶的保水性。两种多糖的分子链型、分子侧链基团种类及含量的不同，可能导致与MP之间形成不同的结合方式，进而对MP凝胶产生了不同的保水效果。本研究结果与Chin等[1]研究KGM影响草鱼MP凝胶保水性、Xiong等[18]研究KGM影响猪肉MP凝胶保水性时的实验结果一致，这可能同KGM的强吸水能力以及KGM与MP之间的交联作用有关。Petracci[19]、Rolland-Sabate[20]等报道了AP能够抑制淀粉回生及其凝胶结构中汁液的流失。KGM的线性分子结构容易为其分子链上的羟基与水的相互作用提供大量的结合位点，空间阻碍小；且KGM受热后形成热不可逆的三维网络结构，也可进一步保留水分[21-22]。

    2.2 添加线性KGM和非线性AP对鸡胸肉MP凝胶硬度的影响

    由图2可知，随着线性多糖KGM添加量的增多，KGM-MP凝胶硬度依次显著增加（P<0.05）。而对于非线性多糖AP，其添加量超过0.30 g/100 mL时，可显著提高AP-MP凝胶的硬度（P<0.05）；若进一步提高AP添加水平，其混合凝胶硬度值无显著变化（P>0.05）。可见，添加线性分子链多糖KGM更有利于提高多糖-MP混合凝胶的硬度。据Prestes等[23]研究报道，AP含量较高的淀粉受热凝胶化后，具有较低的凝胶强度，其原因在于AP的分支化结构使得淀粉颗粒不容易在溶液状态下进行分子自组装。而线性结构的KGM则容易形成弹性凝胶[20]，且添加量越大，弹性越大。Liu[24]、Park[25]等研究也发现，添加KGM可以提高低质量鱼糜的凝胶硬度；而在猪肉MP中添加KGM和淀粉，也均能提高其凝胶硬度[18，26]。因此，AP的非线性、高度分支化结构可能会影响其在蛋白凝胶过程中与体系成分的相互作用；而线性的KGM较容易与体系组分进行有序化结合，或容易发生缠绕、交联作用，并由此增加了的凝胶硬度值。

    2.3 添加线性KGM和非线性AP对流变特性的影响

    由图3可知，在加热初期（<40 ℃），未添加多糖的MP组G变化很小，意味着MP还未变性；42～46 ℃时，G急剧增加，并于46 ℃时达到峰值点；而在46～58 ℃范围内，G又迅速降低。由此可知，42～58 ℃是鸡胸肉MP的热变性温度范围。58 ℃后，G值呈现持续增加趋势，但在70～80 ℃范围内，变化较平缓。G在加热终点温度80 ℃时达到最大值533.26Pa，且总体呈现出先增加后降低再增加的变化趋势。G在60 ℃之前的变化规律和G类似，但是60 ℃以后变化幅度不及G。

    由图4可知，冷却过程中，G和G相对空白组持续增加，表明热凝胶冷却过程中，凝胶弹性在持续增强。无论是加热还是冷却过程，KGM-MP组凝胶过程中G和G均相对空白组依次升高，且G增加程度远大于G增加程度，说明热诱导后的MP形成了弹性凝胶。在MP中加入线性KGM，KGM-MP混合体系的峰值点位置普遍右移了2～6 ℃（图3），即MP热变性温度增大，反映出KGM与MP之间可能存在某种作用，并提高了体系的热稳定性。总之，KGM-MP组凝胶弹性随着KGM含量的增加而迅速增加，这正好可解释图2KGM-MP组凝胶硬度值的显著增加。由图5可知，单独的KGM缓冲液，经热诱导后形成了弹性凝胶[20]，和蛋白作用后，可加强蛋白凝胶的弹性。

    由图6可知，AP-MP组具有和MP组高度相似的黏弹性变化图，说明加入AP后并不影响凝胶过程中MP的主导地位。同样的现象也在KGM-MP组流变图中发现。不同的是AP-MP组黏弹性变化不及KGM-MP组强烈；而且随着AP的增加，G逐渐降低，但是AP-MP组G值总体仍呈大于MP组。AP-MP组的热变性温度相对空白组只增加了2～4 ℃，小于KGM-MP组，说明线性KGM比非线性AP对MP热稳定性的改善作用更大。这可能是因为KGM的线性分子结构，相比无规则的AP分子，更容易与蛋白支链发生交联、包埋，且KGM分子上丰富的羟基和酰基与体系中其他成分作用，从而影响蛋白的变性。AP-MP凝胶在冷却过程中，G和G变化趋势与KGM-MP相似，只是增加程度不及KGM-MP。以上分析说明非线性多糖对MP流变行为的影响不及线性多糖。

    2.4 添加线性KGM和非线性AP对横向弛豫时间的影响

    由图7可知，MP凝胶的T2水分分布图上有4 个特征峰，对应的弛豫时间分别为：0.12～0.50 ms（T20）、10.72～21.54 ms（T21）、100.00～351.12 ms（T22）和811.00～1629.75 ms（T23）。其中T20代表与蛋白质极性基团紧密结合的结合水；T21是介于结合水和不易流动水之间的组分；T22代表被截留在MP分子中的不易流动水，是体系中水分的主要存在形式；T23代表MP晶格中的自由水。这与过去在鸡肉干[27]、酱牛肉[28]和鳕鱼[29]中观察到的低场核磁共振技术水分分布结果类似，但在具体的弛豫时间上有所差别，这可能与原料、低场核磁共振技术测试条件、反演方法及数据分析方法等因素的不同有关。而添加0.30g/100mL的线性KGM和非线性AP均可改变MP凝胶的T2弛豫时间分布；且导致多糖-蛋白混合凝胶的T22和T23减小，但这种减少并不显著（P>0.05）

    （表1）。Bertram等[30]研究认为，持水性和T2弛豫时间分布有很大的相关性；而T22和T23的降低，说明添加的多糖会增强阻滞凝胶体系中水分流动的程度，进而提高凝胶的保水性。

    3 结 论

    与非线性的支链淀粉AP相比，具有直链线性分子结构的多糖KGM，更容易与MP蛋白发生交联等作用，使得线性多糖KGM-MP混合体系的G和G均显著高于非线性多糖AP-MP体系，进而提高了KGM-MP混合凝胶的保水能力和凝胶硬度。

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