鸡肉肌原纤维蛋白静态流变特性的研究

游 远，彭晓蓓，杨玉玲，陈 熙

(南京财经大学食品科学与工程学院，江苏南京210046)

食品流变学是研究食品在力的作用下变形的科学。流变学特性分为动态流变性和静态流变性。动态流变性指标主要有贮能模量G’和损耗模量G”等，反映流体的动态粘弹性，主要用于研究半固体物质(如凝胶等)的流变特性;静态流变性主要指标有剪切速率、剪切应力等，在食品中常常用来反映食品大分子浆料或溶液在外力作用下的运动速度和运动阻力［1］。研究食品大分子料液的静态流变性对于设计、改善有关食品加工工艺与设备具有重要意义［2-3］。肌肉中的蛋白主要是肌原纤维蛋白(MP)，肌原纤维蛋白是由排列成束状的细丝状蛋白构成的，它包括肌球蛋白、肌动蛋白、原肌球蛋白、肌动球蛋白等，是动物肌肉中最重要的一种蛋白质［4-5］。肌原纤维蛋白热诱导凝胶的动态流变性与肉制品产品质量控制密切相关，而研究其溶液状态的静态流变性对肉制品加热熟制前的其他加工工艺和设备(如物料的搅拌和输送等)具有理论意义。刘小玲等［6］研究了不同质量分数、温度、和pH对鸡骨明胶粘度和剪切应力的影响。Liu等［7］分别从鱼肉和猪肉中提取肌球蛋白，研究了不同肌球蛋白浓度、温度和离子强度下肌球蛋白的静态流变性。许柯等［8］研究了兔骨骼肌肌球蛋白在不同蛋白质浓度、温度和p H下的静态流变性的变化特点。董秋颖等［9-10］研究了鸡肉肌原纤维蛋白MP、MP和明胶混合凝胶以及MP和卡拉胶混合凝胶形成过程中G’，G”和δ(相位角)的变化特点。但尚未见对鸡肉肌原纤维蛋白(MP)的静态流变性的研究报道，本实验利用流变仪研究肌原纤维蛋白浓度、温度、pH和离子强度对鸡肉肌原纤维蛋白静态流变特性的影响，为鸡肉制品加工提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鸡胸脯肉 山东六和食品集团有限公司;KCl，K2HPO4，EGTA，MgCl2，NaCl，NaN3，HCl，NaOH，CuSO4·5H2O，KI 均为分析纯;牛血清蛋白(BSA)

国药集团化学试剂有限公司。

Anton Paar MCR302旋转流变仪 奥地利安东帕有限公司;Anke GL-20B型高速冷冻离心机 上海安亭科学仪器厂;DS-1高速组织捣碎机 上海标本模型厂;PHS-3C型p H计 上海精科雷磁仪器厂;722N可见分光光度计 上海精密科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 肌原纤维蛋白的提取 鸡胸肉在4℃下解冻，剔除结缔组织和脂肪，采用 Xiong［11］的方法在 0～4℃下提取肌原纤维蛋白。取40g鸡肉切碎，加入8倍分离缓冲液(0.1mol/L KCl，2mmol/L MgCl2，1mmol/L EGTA，10mmol/L K2HPO4，pH7.0)，冰 浴，于10000r/min条件下分散10s，间隔10s，分散3次，在2000×g条件下离心20min，弃上清，取沉淀，重复该步骤共三次。再加入8倍缓冲液(0.1mol/L NaCl，1mmol/L NaN3，p H6.0)，10000r/min 分散 10s，分散后，用双层干燥洁净的纱布过滤，2000×g条件下离心20min，弃上清，取沉淀，重复该步骤3次，得到提纯的MP沉淀。

1.2.2 蛋白质浓度的测定 采用双缩脲法测定蛋白质浓度［12］。

1.2.3 实验设计 将肌原纤维蛋白沉淀溶解于缓冲液中，采用单因素实验设计、按表1配制成不同系列的溶液进行流变性测定。其中不同蛋白浓度下的肌原纤维蛋白溶液的离子强度为0.6，p H为6.0;不同pH下的肌原纤维蛋白溶液蛋白浓度为20mg/mL，离子强度为0.6;不同离子强度下的肌原纤维蛋白溶液蛋白浓度为20mg/mL，pH为6.0。每个样品重复三次。

表1 影响MP溶液流变性的因素及水平Table 1 Factors and levels affecting the MP solutions rheology

1.2.4 静态流变性的测定 通过使用MCR302旋转流变仪，流变仪设定条件:直径为50mm平行板，狭缝0.5mm，应变 2%，频率 0.1Hz，剪切速率范围0～1024s-1。每1s取值2次。每次测定都要清洗平台和重新放样。

同时，由幂率定律 τ=K × δn(τ 为剪切应力，K［13］为粘度系数，δ为剪切速度，n为流变指数)可得，当n＞1，流体为胀塑性流体，当n=1时，流体为牛顿流体，当n＜1时，流体为假塑性流体。根据幂率定律算出不同情况下的K值和n值。

1.3 数据统计分析

用spss17.0进行数据处理。

2 结果与讨论

2.1 蛋白质浓度对MP静态流变特性的影响

由图1可以看出，当剪切速率在100～600s-1范围内，随着剪切速率的增大，剪切应力明显升高;当剪切速率从600s-1继续增大时，剪切应力增加变慢，图像变平缓，越来越接近于牛顿流体。随着MP浓度的增大，同一剪切速率下MP样品的剪切应力不断升高。

图1 蛋白浓度对样品静态流变特性的影响Fig.1 Rheological properties of MP under different protein concentrations

根据幂率定律采用非线性回归用spss17.0进行数据拟合，得到不同条件下肌原纤维蛋白的K和n值，见表2。

表2 蛋白浓度对MP流变参数的影响Table 2 Power-law parameters for MPunder different protein concentrations

R2反映拟合精度，得到的拟合精度均在0.972以上，说明幂率定律具有很高的拟合度。由表2可得，K，n的变化规律，在不同肌原纤维蛋白浓度下，n值最大为0.358，小于1，说明不同浓度肌原纤维蛋白均为假塑性流体，剪切变稀。随着蛋白质浓度的增加，K值逐渐增加，可能是因为随着浓度增加，单位体积有更多的蛋白质分子相互作用，所以流动时阻力增大，故K值增加;n值随着浓度增加而逐渐变小，更加偏离牛顿流体。许柯［8］对兔肌球蛋白的研究也表明，随着蛋白浓度从10mg/mL，到15mg/mL再到20mg/mL，K值不断增加，n不断减少。

2.2 温度对MP静态流变特性的影响

图2可以看出，从50s-1开始，不同温度下MP样品的剪切应力都是随着剪切速率的增加而升高，当剪切速率越来越大时，MP样品就越来越接近牛顿流体。相同剪切速率下不同温度剪切应力相比，随着温度从0℃升高到8℃，剪切应力变化趋势是先升后降。

图2 温度对样品静态流变特性的影响Fig.2 Rheological properties of MPunder different temperatures

根据幂率公式用spss17.0进行拟合，肌原纤维蛋白MP的K和n值见表3。

表3 温度对MP流变参数的影响Table 3 Power-law parameters for MP under different temperatures

拟合得到的不同温度下的K和n值的R2在0.93以上，说明幂率定律具有极高的拟合精度，不同温度下肌原纤维蛋白的n值均小于1，说明该条件下肌原纤维蛋白溶液为假塑性流体，剪切变稀。从0～4℃，K值从7.577增加到15.037，可能是因为温度升高，蛋白质分子间相互作用如二硫键加强，使得流动阻力增强，所以K值增加，当温度从4℃增加到8℃时，K值减至13.564，温度升高，蛋白质分子的能量增加，蛋白质分子间距增加，流动阻力减少，所以K值降低。n值先降后升，在4℃时样品溶液偏离牛顿流体程度最大。

2.3 pH对MP样品流变特性的影响

由图 3 可以看出，在 pH6.0、6.5、7.0、7.5 时，随着剪切速率的增加，MP样品的剪切应力均随之上升，在pH5.5时，由于肌原纤维蛋白处于等电点附近，蛋白质分子间相互作用力弱，导致0～50s-1的剪切应力略有下降。相同剪切速率下剪切应力先随p H增加而增大，至pH6.5达到最大值，随后呈下降趋势。

图3 pH对样品静态流变特性的影响Fig.3 Rheological properties of MP under different pH

根据幂率公式用spss17.0进行拟合，得到肌原纤维蛋白的K和n值，见表4。

表4 pH对MP流变参数的影响Table 4 Power-law parameters for MPunder different pH

由表4可知，在 pH6.0、6.5、7.0、7.5时流变指数 n均小于1，故在该条件下肌原纤维蛋白溶液为假塑性流体，剪切变稀。随着pH从6.0增加到7.5，粘度系数K从5.119增加到8.099，n值先增大后减小。可能是因为随着pH的增加，蛋白质分子间作用力逐渐以引力为主导，所以粘度系数逐渐增大。但是这一结果与Liu［7］等人的实验结果不同，Liu研究发现p H从6.5升高到7.5，鱼肉和猪肉肌球蛋白的粘度系数K都呈下降趋势，这可能是因为实验样品属于不同动物种类，以及Liu的实验对象是肌球蛋白，而在本论文中实验对象是肌原纤维蛋白，肌原纤维蛋白中含有肌球蛋白、肌动蛋白以及其他蛋白。

2.4 离子强度对MP样品流变特性的影响

由图4可以看出，从50～500s-1，随着剪切速率的增加，MP样品的剪应力升高明显;当剪切速率从500s-1继续增加时，MP样品的剪切应力升高缓慢。在相同剪切速率下，剪切应力随着离子强度的增加而增大。

图4 离子强度对样品静态流变特性的影响Fig.4 Rheological properties of MP under different Ionic strengths

根据幂率公式用spss17.0进行拟合，得到肌原纤维蛋白的K和n值，见表5。

拟合得到的流变指数的参数除了离子强度0.2时R2为0.896，其他离子强度下的拟合精度都在0.943以上，说明幂率定律的拟合精度较高。不同离子强度下n值均小于1，说明该条件下肌原纤维蛋白溶液为假塑性流体，随着离子强度的增加，n值逐渐降低，越来越偏离牛顿流体。随着离子强度的增加，K值逐渐增加，可能是因为肌原纤维蛋白易溶解于高浓度盐溶液中，蛋白质分子充分伸展，占有空间增大，导致流动阻力增大，所以K值增加，n降低。而且实验结果与Liu［7］等人的实验结果一致，在离子强度从0.2增加到0.6时，K值升高，n值降低。

表5 离子强度对MP流变参数的影响Table 5 Power-law parameters for MP under different Ionic strengths

3 结论

不同蛋白质浓度、温度、pH和离子强度下的肌原纤维蛋白溶液的剪切应力总体趋势都是随着剪切速率的增加而升高。其剪切应力τ和剪切速率δ的关系用幂率定律τ=K×δn表示时有很高的拟合精度。

不同条件下的肌原纤维蛋白溶液流变指数n均小于1，n值最大为0.463，最小为0.162，表明其为假塑性流体。K和n受蛋白质量浓度、温度、pH和离子强度的影响。K值随着蛋白质浓度、pH和离子强度的增加而升高，即流动阻力逐渐增大。n值随着蛋白质浓度、pH和离子强度的增加而降低，即越来越偏离牛顿流体。

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