影响鸭肉肌原纤维蛋白凝胶保水性的因素研究

李亚楠，张坤生，任云霞

（天津市食品生物技术重点实验室，天津商业大学 食品科学与工程系，天津 300134）

自古以来我国民间就有食鸭的习俗，鸭肉的蛋白含量高，脂肪和胆固醇较于其他肉类偏低，是很好的现代养生健康食品[1]。然而，我国的鸭肉的深加工技术落后，缺乏系统的研究。并且，在对肌原纤维蛋白热诱导凝胶特性的研究方面，多以猪肉及禽肉中的鸡肉[2-3]为研究对象。因此，本实验以鸭肉为研究材料，为优化鸭肉的加工条件提供理论参考。

为了降低成本，并且尽量使产品保持优良的工艺特性，这就要求，肉制品中蛋白质和水的相互作用要达到最佳的状态。这种相互作用，就包括蛋白质的水合和溶解作用[4]。同时，这些相互作用也是肌原纤维蛋白的重要功能特性。而这些相互作用会受到溶液环境和加热方法的影响。目前，国内关于加热方法对肌原纤维热诱导凝胶方面的研究较少，且大多集中在加热温度方面进行研究。

因此，本实验以鸭胸肉为材料，提取肌原纤维蛋白，并且探讨溶液环境（蛋白浓度、NaCl浓度、pH）和加热方法（加热温度、加热时间、加热速率），对肌原纤维蛋白热诱导凝胶保水性的影响。

1 材料与方法

1.1 主要材料及仪器设备

冷冻鸭胸肉：购于天津迎宾放心肉超市；FA2004A型电子天平：上海精天电子仪器有限公司；J2-21台式高速冷冻离心机：美国贝克曼公司；525BR电泳仪：美国BIO-RAD；pHS-3C数字pH计：天津市盛邦科学仪器技术开发有限公司；UV-7504紫外可见分光光度计：上海精密科学仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 肌原纤维蛋白的提取制备

肌原纤维蛋白的提取，根据Xiong及韩敏义等[5-6]的方法并稍加改动。将鸭胸肉解冻，添加4倍体积的0.01 mol/L Na2HPO4缓冲溶液,匀浆，冷冻离心，取沉淀；提取的沉淀按上述步骤反复提取。将多次提取的沉淀分散于4倍体积的0.1 mol/L NaCl溶液中，匀浆，冷冻离心，取沉淀。最后一次离心前，将沉淀与8倍体积NaCl溶液混合，调节pH为6，最终的沉淀即为肌原纤维蛋白沉淀，4℃储存。蛋白质的浓度采用Folin-酚法进行测定。

1.2.2 溶液环境对蛋白溶解度和保水性的影响

结合文献，选取蛋白浓度、溶解液pH、溶解液离子浓度为溶液环境的主要影响因素，测定鸭肉肌原纤维蛋白的溶解度和凝胶的保水性。采取单因素试验，在改变其中的某个因素时，其2个因素的水平固定，即NaCl溶液浓度0.6 mol/L、溶解液pH 6.5、蛋白浓度40 mg/mL。

1.2.2.1 蛋白浓度的影响

将肌原纤维蛋白稀释到20、30、40、50、60 mg/mL（溶于0.6 mol/L NaCl，50 mmol/L Na2HPO4缓冲溶液,pH 6.5），水浴加热成胶，从20℃以0.5℃/min线性升温到70℃，保温20 min，4℃冷却，留待测定。

1.2.2.2 NaCl浓度的影响

将肌原纤维蛋白稀释到40 mg/mL（溶于0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mol/L NaCl，50 mmol/L Na2HPO4缓冲溶液,pH 6.5），水浴加热成胶，4℃冷却，留待测定。

1.2.2.3 pH的影响

将肌原纤维蛋白稀释到40 mg/mL（溶于0.6 mol/L NaCl，50 mmol/L Na2HPO4缓冲溶,pH 5.0、5.5、6.0、6.5、7.0），水浴加热成胶，4℃冷却，留待测定。

1.2.3 加热方法对蛋白保水性的影响

结合文献，选取加热温度、加热时间、加热速率为加热方法的主要影响因素，测定鸭肉肌原纤维蛋白凝胶的保水性。采取单因素试验，在改变其中的某个因素时，其他2个因素的水平固定，即加热温度70℃、加热时间20 min、加热速率0.5℃/min。

1.2.3.1 加热温度的影响

将肌原纤维蛋白稀释到40 mg/mL（溶于0.6 mol/L NaCl，50 mmol/L Na2HPO4缓冲溶液,pH 6.5），水浴加热成胶，从20℃以0.5℃/min线性升温到50、60、70、80、90、100℃，保温20 min，4℃冷却，留待测定。

1.2.3.2 加热时间的影响

将肌原纤维蛋白稀释到40 mg/mL，水浴加热成胶，从20℃以0.5℃/min线性升温到70℃，保温0、10、20、30、40分钟，4℃冷却，留待测定。

1.2.3.3 加热速率的影响

将肌原纤维蛋白稀释到40 mg/mL，水浴加热成胶，分别采用恒温70℃加热、非线性升温到70℃、线性升温（0.2、0.5、1.0、1.5、2 ℃/min）到70 ℃，保温20 min，4 ℃冷却，留待测定。

1.2.4 溶解度的测定

将处理过的肌原纤维蛋白溶液，按比例稀释到适当的浓度，震荡使蛋白颗粒均匀分散，在4℃7000 r/min离心15 min。取上清液测定蛋白浓度，溶解度根据以下公式计算。

溶解度=离心后上清液中的蛋白浓度/离心前的蛋白浓度×100

1.2.5 SDS-PAGE电泳

根据Ramirez-Saurez[7]等的方法，进行SDS-PAGE凝胶电泳试验，分离胶12%、浓缩胶4%，观察不同NaCl浓度和不同pH下，肌原纤维蛋白溶液的图谱变化。

1.2.6 保水性的测定

参照Kocher和Foegeding的离心法测量[8],制备的肌原纤维蛋白凝胶，冷冻离心后称总重，将离心后的水分除去，再称重，然后计算保水性。

WHC/%=（W1-W）/（W2－W）×100

式中：W1为离心管+除去水分后的凝胶质量，g；W2为离心管+包含水分的凝胶的总质量，g；W为离心管的质量，g。

1.2.7 数据处理

本实验每个处理设3个重复，实验数据的统计分析采用SPSS 11.5软件进行分析处理。

2 结果与讨论

2.1 溶液环境对蛋白溶解度和保水性的影响

2.1.1 蛋白浓度的影响

蛋白浓度的影响见图1。

图1 蛋白浓度的影响Fig.1 The effect of protein concentration

由图1可以看出，在其他因素不变的情况下，凝胶的保水性随着肌原纤维蛋白浓度的升高而显著升高（P<0.05）。Xiong[5]和徐幸莲等[9]都曾提出：增大蛋白质的溶解度，能够提高凝胶的保水性。如图1所示，随着蛋白浓度的增加，肌原纤维蛋白的溶解度也逐渐增大，因此，凝胶的保水性也随之升高。

2.1.2 NaCl浓度的影响

NaCl浓度的影响见图2。不同NaCl的浓度处理的肌原纤维蛋白电泳图见图3。

图2 NaCl浓度的影响Fig.2 The effect of NaCl concentration

图3 不同NaCl浓度处理的肌原纤维蛋白电泳图Fig.3 SDS-PAGE pattern of duck myofibrillar proteins with different NaCl concentration

图2可以看出：NaCl的离子浓度为0时，蛋白的溶解度和保水性都非常低。而加入NaCl溶液能使纤维蛋白上的负电荷增加，蛋白间的斥力加强，蛋白和水的相互作用加强，促进肌原纤维蛋白的溶解，提高凝胶的保水性。不同的离子浓度的NaCl溶液能提高凝胶保水性的程度也不一样，溶解度和保水性随着NaCl的离子浓度的升高而升高，但是在0.6 mol/L时，上升趋势变缓，和0.8 mol/L时差异不显著（P>0.1）。

图3的电泳图谱很好的证实了这个结果。NaCl浓度在0.2 mol/L时，几乎看不到蛋白分子条带，因为蛋白没有溶解；NaCl浓度从0.2 mol/L～0.6 mol/L，蛋白条带明显变深，表明蛋白溶解度变大；从0.6 mol/L～0.8 mol/L，蛋白条带没有太大的变化，说明溶解度上升速度变缓；1.0 mol/L时，蛋白的溶解度继续上升，而保水性则显著下降（P<0.05），这可能是因为盐浓度过高，使得蛋白的溶解度增高，但凝胶却过度脱水导致。因此，NaCl的离子浓度0.6 mol/L～0.8 mol/L的范围内，保水性较好，根据实际生产的成本和人们的身体健康考虑，采用较低的盐浓度较好，因此，选定0.6 mol/L。

2.1.3 pH的影响

溶液环境的pH是影响蛋白凝胶保水性的重要因素。

图4 pH的影响Fig.4 The effect of pH

由图4可以看出，pH5.0～7.0范围内，pH为5.0时，凝胶的溶解度和保水性最低。这是由于蛋白溶液的pH靠近肌肉蛋白等电点的缘故，此时，蛋白所含的静电荷最少，蛋白间结合较紧密，蛋白溶解少，凝胶的保水性也低。随着pH的升高，蛋白偏离了等电点，增加的电荷之间的静电斥力使蛋白质结构松散，溶解度增大，蛋白束缚水的能力大大提高，使得保水性逐渐升高，到6.5～7.0间达到平缓，上升幅度变小，差异不显著（P<0.05）。

图5 不同pH值处理的肌原纤维蛋白电泳图Fig.5 SDS-PAGE pattern of duck myofibrillar proteins with different pH

图5的电泳图谱也证实了这个结果，pH5.5～6.5，蛋白条带由浅入深，蛋白溶解度增大；继续升高，6.5～7.0，蛋白条带变化不明显，说明蛋白溶解度达到平缓。从实际生产考虑，并不能为了追求保水性而无限提高肉的pH，这是因为肉制品在碱性条件下不易防腐。因此，可以选择pH的范围为6.5～7.0。

2.2 加热方法对蛋白保水性的影响

2.2.1 加热温度的影响

热变温度对蛋白凝胶保水性的影响如图6所示。

图6 加热温度的影响Fig.6 The effect of heating temperature

加热到温度50℃时的凝胶保水性最低，随后，在50℃～60℃的温度范围内，保水性显著升高（P<0.05）；温度60℃～70℃的范围内，保水性虽然继续升高，但趋于平缓（P>0.1）；70℃～100℃温度范围内，保水性逐步下降。这是因为加热温度直接影响肌原纤维蛋白热诱导凝胶的形成。

2.2.2 加热时间的影响

加热时间也会影响蛋白的变性和其他一些因素，见图7。

图7 加热时间的影响Fig.7 The effect of warming-up time

由图7实验结果可以看出，不同加热时间对凝胶的保水性不同。其中，0～10 min，10 min～20 min，2个区间内，加热时间对保水性的影响都是差异显著的（P<0.05）；20 min～40 min，这段时间的加热时间对保水性的影响差异并不显著（P>0.1）。其原因可能是因为，合适的加热保温时间可以提供蛋白足够的变性机会，形成更为致密均匀的网络结构，导致蛋白凝胶的保水性也较好。但是，当蛋白变性完成时，再提供更多的加热时间也没有了意义，保水性并没有太大的差异。因此，本实验得出，加热保温凝胶20 min，能够得到良好的凝胶保水性，同时节省了时间。

2.2.3 加热速率的影响

加热速率对肌原纤维蛋白凝胶保水性的影响如图8、9所示。

图8 加热速率的影响Fig.8 The effect of heating rate

图9 加热速率的影响Fig.9 The effect of heating rate

线性升温、非线性升温、恒温3种温度加热方法，对保水性的影响是非常差异显著的（P<0.05）。其中，线性升温的凝胶保水性最好，达到87.16%，其次是非线性升温，保水性为76.74%，效果最不好的是恒温加热40.45，保水性很低。原因可能是线性升温跟非线性升温和恒温相比，给了蛋白质变性足够的时间。当线性升温加热速率为0.2℃/min时，保水性最高，但与0.5℃/min相比，差异不显著（P>0.1）；随着加热速率的加快，保水性随之降低，且差异显著（P<0.05）。

同样是因为加热速率较低时，给了肌原纤维蛋白变性充足的时间，保水性较高；而速率加快，蛋白变性可能不充分，因此保水性降低。

3 结论

1）溶液环境对鸭肉肌原纤维蛋白的溶解度和凝胶的保水性有很大的影响。蛋白浓度越大，蛋白的溶解度越大，凝胶的保水性越好。

2）蛋白的溶解度随着NaCl的离子浓度的升高而变大；保水性则在NaCl的离子浓度0.6 mol/L～0.8 mol/L的范围内得到较好的结果，根据实际生产的成本和人们的身体健康考虑，采用较低的盐浓度0.6 mol/L。

3）pH偏离蛋白等电点越远，保水性越好，为了避免由于pH碱性条件下增大防腐的难题，选择pH的范围为6.5～7.0。

4）加热方法对鸭肉蛋白凝胶的保水性有着直接的影响。加热温度为70℃，加热时间为20 min，加热速率0.2℃/min～0.5℃/min，凝胶保水性最好。

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