辐照剂量对泡椒凤爪肌原纤维蛋白凝胶特性的影响

廖 李，邓 敏，丁安子，石 柳，李 新，乔 宇

（湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所，湖北 武汉 430064）

0 引言

凝胶性能是泡椒凤爪的重要功能特性，决定着泡椒凤爪的结构特征和感官品质。辐照是一种在常温下高效、节能、安全的灭菌方法，冷杀菌工艺能更大程度地保持泡椒凤爪肉质的风味，但60Co-γ产生的射线，在引起微生物有机分子中化学键的断裂、蛋白质与DNA分子交联以及DNA序列中碱基的改变，导致微生物死亡的同时，也影响泡椒凤爪中部分分子结构的改变，改变凝胶特性，引发蛋白质氧化和脂质氧化[1,2]。目前辐照对食品中的水分、蛋白质、糖类、脂类等的影响都有比较广泛的研究，但是对蛋白质氧化乃至凝胶特性变化的影响研究还比较少。因此，考察辐照剂量与肌原纤维蛋白结构和凝胶特性的相关性，探寻辐照泡椒凤爪蛋白质氧化机制，具有重大现实意义和应用前景，也为辐照加工过程中进行剂量效应利用和机理研究提供了启示。

本研究以辐照后泡椒凤爪为研究对象，以蛋白凝胶的弹性、硬度、持水性，白度和微观结构为指标，研究不同辐照剂量（0～18 kGy）对凤爪肌原纤维蛋白凝胶特性的影响，阐明辐照剂量对于蛋白质氧化程度的影响。

1 试验材料和仪器

1.1 原料

鸡爪、白醋、白砂糖、盐、花椒、鸡精、姜、蒜、、料酒、小米椒、干燥的山药皮等，购于武汉武商量贩超市。

1.2 仪器与设备

仪器与设备如表1所示。

表1 仪器与设备一览表

2 试验方法与内容

2.1 泡椒凤爪的制作工艺

将凤爪解冻并将血块清洗干净，称取一定量，放入沸腾的水中，加入适量生姜去除凤爪的腥味。待水再次沸腾后再煮3 min，即出锅，然后立即放入冷水中冷却、晾干。

准备泡制液，参照配方：鸡爪1 000 g、水500 g、醋900 g、盐120 g、糖100 g、花椒4 g、鸡膏2 g、姜100 g、蒜60 g、洋葱200 g、芹菜200 g、料酒34 g、小米椒400 g 、I+G 4 g、氯化钙6.4 g。

将晾干的凤爪放入泡制液中，泡制24 h，舀出并沥干。将沥干的凤爪装入真空包装袋抽真空，放入冰盒中，送去湖北省辐照中心，按照不同剂量进行辐照处理。将处理好的凤爪放在常温（25℃）下贮藏，待后续试验用。

2.2 不同辐照剂量对凝胶特性的影响

提取经不同剂量（0～18 kGy）辐照处理后泡椒凤爪的肌原纤维蛋白制备凝胶，并测定其弹性、硬度、持水性、白度和微观结构，研究不同辐照剂量对蛋白凝胶特性的影响。

2.3 蛋白的提取及测定

2.3.1 蛋白质的提取

20 mM磷酸盐缓冲液（pH=7.0，含0.1 M NaCl溶液）的制备：

A液（20 mM Na2HPO4·10H2O溶液）：称取磷酸氢二钠7.16 g，用蒸馏水溶解，定容至1 000 mL；B液（20 mM NaH2PO·2H2O溶液）：称取磷酸二氢钠3.12 g，用蒸馏水溶解，定容至1 000 mL。

取A液610 mL和B液390 mL混合，再往其中加入NaCl 5.84 g 充分混匀。

将鸡爪皮浸于4倍体积的20 mM磷酸盐缓冲液中，用高速匀散器匀浆2 min，然后在4℃，10 000 r/min离心10 min，弃去上清液，将沉淀用4倍体积的0.1 M NaCl溶解，再在相同条件下离心，重复操作2次，得到的沉淀即为肌原纤维蛋白沉淀，将其置于4℃冰箱中保存。

2.3.2 蛋白质浓度的测定

肌原纤维蛋白质浓度用双缩脲法测定，以牛血清蛋白作标准曲线，计算蛋白质浓度。

2.4 凝胶特性的测定

2.4.1 凝胶的制备

将提取的不同辐照剂量下的鸡爪肌原纤维蛋白用20 mM磷酸盐缓冲液（pH=7.0，含0.6 M NaCl溶液）配制成40 mg/mL的溶液，将溶液置于烧杯中于80℃水浴锅中加热30 min，取出后用自来水冷却至室温，再分装于25 mm×40 mm密封玻璃瓶中，置于4℃冰箱中保存过夜。待测制备好的凝胶在每次分析前都需放在室温下（20～25℃）平衡30 min。

2.4.2 凝胶弹性和硬度的测定

将制备好的待测样品置于测定平台上，在室温下利用TA-XT型质构分析仪进行测量。以质构剖面分析方法（Texture profile analyse，TPA）测定凝胶的弹性和硬度，每个样品测5个平行。

质构参数：探头型号P/0.5，测前速度1 mm/s，测定速度1 mm/s，测后速度10 mm/s，压缩率25%，保持时间10 s，触发力5 g。

2.4.3 凝胶持水性的测定

称量离心管的质量记为 m0，然后称取大约5 g凝胶于离心管中称量，记为m1，在4℃ 10 000 r/min离心10 min，去水，称量离心管和样品记为m2。所有样品重复三次取平均值。结果以肌原纤维蛋白离心前后质量百分数计算（w/w），公式如下：

式中 m0为离心管质量，g；m1为离心前离心管和凝胶质量，g；m2为离心后离心管和凝胶质量，g。

2.4.4 凝胶白度的测定

凝胶白度用柯尼达美能达投资有限公司制造的色彩色差计（CR-400）测定。将探头对准样品，按下测量键，根据液晶显示，记下L*、a*、b*值，每个样品重复测定5次取平均值。测量后关闭电源。计算公式为：

式中 Whiteness为总色差；L*为明亮指数，L表示黑白，0为黑色，100为白色，1～100为灰色；a*为色品指数，正值为红色，负值为绿色；b*为色品指数，正值为黄色，负值为蓝色。

2.4.5 凝胶微观结构观察

将制成的凝胶放在室温下平衡30 min，然后取一小块凝胶涂抹在载玻片上，用酒精灯火焰烘烤固定，置于显微镜（60×）下观察。

3 结果与分析

3.1 双缩脲法测定肌原纤维蛋白浓度

双缩脲法测定肌原纤维蛋白浓度标准曲线如图1所示。

图1 双缩脲法测定肌原纤维蛋白浓度标准曲线

蛋白质标准曲线方程为y=0.776x+0.03，其中R2=0.999 61。

3.2 不同辐照剂量对凝胶弹性和硬度的影响

肌原纤维蛋白凝胶的弹性和硬度是反映蛋白形成凝胶的能力。其中，弹性（Springiness）指产品本身在第一次穿刺过程中变形后的“弹回”程度，它的度量是第二次穿刺的测量高度同第一次测量的高度的商。硬度（Hardness）值指第一次穿刺样品时的压力峰值。

从图2—3可知，随着辐照剂量的增加，凝胶弹性和硬度总体都呈现下降趋势。未经辐照处理的泡椒凤爪蛋白凝胶弹性为0.691、硬度为2.268 g，而经过6 kGy，12 kGy，18 kGy辐照剂量灭菌的泡椒凤爪，凝胶弹性分别降低了36.9%，61.4%，85.1%，硬度降低了48.9%，60.3%，86.3%。经过辐照的泡椒凤爪肌原纤维蛋白凝胶弹性和硬度随着辐照剂量的增加不断下降，可能是由于蛋白氧化变性导致肌球蛋白之间的交联作用下降，不能形成良好的三维空间结构所致[3-5]。从图2—3可以看出，辐照剂量在0～10 kGy之间凝胶的弹性和硬度下降趋势比较平缓，所以辐照灭菌剂量建议不超过10 kGy。

图2 不同辐照剂量对凝胶弹性的影响

图3 不同辐照剂量对凝胶硬度的影响

3.3 不同辐照剂量对凝胶持水性的影响

由图4可知，随着辐照剂量的增加，泡椒凤爪肌原纤维蛋白凝胶持水性呈现下降趋势，尤其在高辐照剂量下（＞10 kGy）凝胶持水性下降尤为显著。本试验中，未经辐照处理的凝胶持水性为87.32%，而经过6 kGy、12 kGy、18 kGy不同辐照剂量处理后分别下降了7.54%，17.21%，25.59%。凝胶持水性急剧下降说明凝胶结构发生了很大变化。Fennema[6,7]指出，蛋白凝胶是高度水合体系，水分高达98%，被截留在凝胶中缺少流动性，不易被挤出。辐射产生的自由基攻击了部分基团发生了羰氨反应导致了蛋白氧化，降低了凝胶的氢键作用，从而降低了凝胶的持水能力。李艳青等[7]也得到了同样结论，蛋白氧化使蛋白质溶解度和巯基含量下降，导致肌原纤维蛋白凝胶持水性下降。

图4 不同辐照剂量对凝胶持水性的影响

3.4 不同辐照剂量对凝胶白度的影响

从图5可以看出，随着辐照剂量的增加凝胶白度降低，且当辐照剂量大于10 kGy时，凝胶白度降低明显。未经辐照的泡椒凤爪制成的凝胶白度为29.71%，经过6 kGy，12 kGy，18 kGy辐照量处理的凝胶白度分别下降了5.8%，12.0%，30.6%。

由此可见，凝胶白度的变化也与蛋白质的变性程度相关。随着辐照剂量的增加，泡椒凤爪肌原纤维蛋白凝胶的白度逐渐降低，这可能是随着辐照剂量的增加导致蛋白质氧化程度加剧，也可能是脂肪氧化引起的肌肉与色素蛋白交联作用导致[8-10]。

图5 不同辐照剂量对凝胶白度的影响

3.5 不同辐照剂量对凝胶微观结构的影响

图6为不同辐照剂量下凝胶的微观结构。从图中可以看出，未经辐照的凝胶微观结构孔隙均匀且较小，形状规则，胶束较多，网络结构结实致密；经过6 kGy辐照处理后的凝胶，凝胶微观结构空隙变大，凝胶疏松、出现大小不一的孔洞；经过12 kGy辐照后的凝胶，凝胶疏松，有断裂；经过18 kGy辐照后的凝胶，出现塌陷，孔洞较大，胶束较少。

图6 不同辐照剂量对凝胶微观结构的影响

不难看出，随着辐照剂量的增加，蛋白凝胶的空隙变大，胶束减少。这是由于辐照产生的蛋白氧化促使蛋白分子变性，改变了蛋白质本来的结构，使其变得杂乱无章，然后在凝胶网络结构中键位也发生改变，相互作用力降低，凝胶网络坍塌[11,12]。这进一步证实了蛋白氧化后凝胶结构会改变，与硬度、弹性、持水性、白度结构相一致。

4 结论

利用不同剂量辐照对泡椒凤爪灭菌，研究肌原纤维蛋白经辐照后发生氧化对凝胶特性的影响。结果表明，辐照产生的氧化体系会引起蛋白质功能降低，泡椒凤爪肌原纤维蛋白凝胶的弹性、硬度、持水性和白度均发生降低，凝胶微观结构遭到破坏。辐照剂量大于10 kGy时，蛋白质变性尤其严重，所以在泡椒凤爪辐照灭菌过程中，应控制辐照剂量在10 kGy以下，以减少泡椒凤爪品质的劣变。