Food Chemistry│金针菇多糖在有氧和无氧体系中对猪肉肌原纤维蛋白凝胶过程中性质和结构变化的影响

政务   2024-07-30 12:00   江苏  


随着对健康饮食的不断需求,研究人员开始关注饮食与健康的关系。因此,对低脂、低胆固醇、低盐肉制品的需求不断增加。通常,肉制品含有饱和脂肪酸和胆固醇。世界卫生组织报告称,高脂肪、高胆固醇饮食会显着增加患脂肪肝、高血糖、高血压和心血管疾病等疾病的风险。为了降低这些疾病的风险,研究人员正在尝试通过添加天然活性成分(多糖)或减少盐、脂肪和胆固醇含量来满足对改良肉制品配方不断增长的需求。肌原纤维蛋白(myofibrillar protein,MP)是一类重要的肌肉结构蛋白,由肌球蛋白、肌动球蛋白、肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白组成。在不同类型的肌肉和纤维中存在多种MP异构体,且分布广泛,这促使MP表现出不同的功能行为。肉类中的MP约占蛋白质总含量的50%~55%,它参与肌肉收缩,影响肌肉嫩度,对肉类产品的质量和功能特性有重要影响。蛋白质氧化引起的食品结构和功能变化是食品安全问题。研究表明,MP氧化不仅会降低肉类的可食用品质,如嫩度、多汁性、风味和色泽,还会影响其功能特性,如凝胶和乳化。

最近,多糖在肉制品中的应用引起了广泛关注。然而,添加不同类型的多糖会改变MP凝胶的特性。金针菇多糖(Flammulina Velutipes polysaccharide,FVSP)是一种水溶性多糖,主要由阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、鼠李糖和木糖组成。多糖对肉质的影响与蛋白质和多糖之间的相互作用密切相关。许多报告显示,FVSP通常具有较强的抗氧化活性,可将其作为新的潜在抗氧化剂加以开发。多糖与蛋白质之间的相互作用会受到多种因素的影响,包括混合比例、反应条件、电荷密度及生物聚合物的分子特性。在不同条件下会出现复杂的相行为,如复合、共溶和相分离。但到目前为止,关于FVSP对MP凝胶的性质和结构的研究还很有限。此外,FVSP对猪肉中氧化MP(oxidized MP,OMP)的影响及其作用机理还有待于进一步研究。



山西农业大学食品科学与工程学院朱迎春教授团队在Food Chemistry 期刊上发表了题为Impact of Flammulina velutipes polysaccharide on properties and structural changes of pork myofibrillar protein during the gel process in the absence or presence of oxidation(金针菇多糖在有氧和无氧体系中对猪肉肌原纤维蛋白凝胶过程中性质和结构变化的影响)的研究论文。该研究旨在探讨MP、OMP和FVSP之间的相互作用机制,为FVSP在肉制品中的应用提供理论依据。


研究成果

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图 1. 不同金针菇多糖 (FVSP) 含量下的肌原纤维蛋白 (MP) 特性



MP的WHC是评价肉制品产量和品质的重要指标。图1A显示对照组凝胶的WHC为40.39%。添加不同量的FVSP后,混合凝胶的WHC发生显著变化(p < 0.01),并随着FVSP含量的增加而逐渐增加。5.00% FVSP-MP 使混合凝胶的 WHC 增加至 59.01%,表明凝胶中保留了更多的水。如图1B所示,对照组凝胶的白度为60.48。添加FVSP后,蛋白凝胶白度显著降低(p < 0.05),且与FVSP含量的增加呈负相关。如图1C所示,对照组的凝胶强度为75.14g。与对照组相比,3.00%和5.00% FVSP-MP的凝胶强度显着增加(p < 0.05),分别达到136.00 g和167.62 g,表明FVSP的添加可以增强MP的凝胶强度。此外,分布在整个凝胶网络系统中的 FVSP 颗粒的膨胀可以通过颗粒强化或堆积拥挤来增加凝胶强度。5.00% FVSP 的复合凝胶强度高于 1.00~3.00% FVSP 的复合凝胶(p < 0.001),表明 5.00% FVSP 在体系中的分布更宽,有利于改善凝胶网络基质和 随后提高其结合更多水分子的能力。



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图2.添加金针菇多糖(FVSP)的猪肉肌原纤维蛋白(MP)的凝胶特性和流变学特性


如图2A所示,与对照相比,在MP凝胶中添加FVSP增加了G'。当多糖颗粒膨胀并填充 MP 系统中的所有可用空间时,它们相互连接,形成三维网络结构与添加1.00%和3.00%FVSP相比,添加5.00%FVSP显著改善了凝胶的弹性性能。G”的变化可以用来表达FVSP制备的MP复合凝胶体系粘度和蛋白质构象的变化。如图2B所示,与G'相比,所有样品的G”曲线均呈现出明显的变化。较低的趋势,表明凝胶样品表现出更大的弹性行为。FVSP-MP组的G”曲线趋势与对照组相似,表明FVSP的添加并没有改变G”值,但确实影响了复合凝胶的粘度。

如图 2C 所示,FVSP 对 MP 结构的影响使用覆盖 400-4000 cm−1 的 FTIR 光谱进行表征。所有组都具有相似的红外光谱,但在1600~1 700 cm-1(酰胺I带)内,相较于对照组,复合凝胶的蛋白质结构发生变化,结果表明,FVSP的加入诱导α-螺旋向β-折叠的转变,改善了凝胶的结构特性。

蛋白质在凝胶热诱导过程中逐渐聚集和展开,在凝胶样品中形成三维网络结构。如图2E所示,对照组的MP凝胶表现出完整、均匀的单相凝胶网络。FVSP-MP组蛋白凝胶的孔径小于对照组。5.00% FVSP-MP 凝胶具有最佳的微观结构(即较小的孔径和更紧密的凝胶网络),反映了蛋白质和 FVSP 之间的相互作用。

如图2F所示,对照组的样品呈现出粗略的网络结构,对照组的孔径主要分布在0.2~0.4μm范围内,而FVSP-MP基团的孔径分布为0~0.2 μm。与对照组相比,FVSP增强了蛋白质基质的连续性,促进了凝胶结构的致密性和密度。随着FVSP含量的增加,凝胶的整体粗糙度降低,含有5.00% FVSP的凝胶混合物表现出最光滑的结构,蛋白质凝胶微观结构相对均匀。



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图 3. 氧化猪肉肌原纤维蛋白(MP)复合凝胶及不同FVSP含量下的MP特性



如图 3A-F 所示,未经氧化的 MP 凝胶的 WHC 为 63.58%,凝胶强度为 62.22 g,总硫醇含量为 155.36 nmol/mg,表面疏水性为 56.81μg,蛋白质溶解度为 59.17%,Ca2+-ATPase 活性为 0.065 U/g。羟自由基氧化后,MP 的凝胶 WHC、凝胶强度、总巯基含量、蛋白质溶解度和 Ca2+-ATPase 活性显著(p < 0.05)下降至 26.60%、62.22 g、114.48 nmol/mg、39.33% 和 0.051 分别为U/g;MP 的表面疏水性显著 (p < 0.05) 增加至 71.85μg。当MP被·OH氧化时,蛋白质凝胶强度和WHC显著下降(p < 0.05),因为氧化改变了蛋白质的结构和构象,影响了正常凝胶过程中的有序聚集,破坏了三聚体的均匀性。凝胶的立体网络结构,使凝胶结构疏松,凝胶强度降低,凝胶保水的毛细作用力下降,从而导致WHC、总硫醇含量、溶解度和Ca2+-ATP酶活性下降 以及表面疏水性的增加。然而,加入FVSP后,这些现象发生了明显的改变。WHC、凝胶强度、总硫醇含量、蛋白质溶解度和Ca2+-ATP酶活性随着FVSP含量的增加而增加。当FVSP的量为5.00%时,这种效果最明显。



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图 4.添加金针菇多糖(FVSP)的氧化猪肉肌原纤维蛋白(MP)的凝胶特性和流变学特性



氧化MP样品G'低于对照组;与OMP相比,加入FVSP后,OMP凝胶的G'增加。当加入1.00%、3.00%、10.00% FVSP时,OMP凝胶样品的G'显著低于5.00% FVSP的(P<0.05)。

FVSP组的G''值始终高于OMP组,当FVSP含量分别为1.00%和3.00%时,随着温度的升高,G''值始终低于5.00%和10.00%组;当FVSP含量为5.00%、80℃时G'和G''最高。

MPs氧化后,酰胺I和II带的强度显著减弱,随着FVSP含量的增加,酰胺I和酰胺II带的强度逐渐增加。未氧化的MPs凝胶呈现出扁平、均匀、连续、致密的结构,孔径大多分布在1.5~3.5 μm之间。氧化后,出现大团聚体,凝胶结构明显粗糙和不规则,聚集体之间有明显的孔隙。OMP组的孔径,大多数分布在0~6.3 μm,与对照组相比,孔径显著增大。与OMP组相比,FVSP-OMP组的孔径变小,其中5.00%的FVSP-OMP组主要分布在0.5~4.0 μm。



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图 5.不同金针菇多糖(FVSP)含量的氧化猪肉肌原纤维蛋白(MP)凝胶中提取的可溶性蛋白的十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)。MW:标记;MHC:肌球蛋白重链;MLC:肌球蛋白轻链。


SDS-PAGE结果如图5所示。添加不同浓度的 FVSP 会影响氧化肌原纤维蛋白的 MHC、肌动蛋白和 MLC 带。与OMP组相比,随着FVSP含量的增加,各组MHC条带略有变窄,而肌动蛋白和MLC条带变浅。这些结果表明FVSP可以抑制氧化引起的蛋白质交联,减弱·OH对MPs的攻击,使氧化的肌原纤维靠近MP基团。此外,随着 FVSP 含量的增加,35-40 kDa 处新条带的强度逐渐增加。尽管在未氧化系统中添加 FVSP 不会对蛋白质结合产生任何显著影响,但在氧化系统中添加 FVSP 会显着阻碍蛋白质聚合和分解。




结论


本研究揭示了 FVSP 对 MP 和 OMP 特性的影响及其潜在机制。不同的 FVSP 含量对未氧化和氧化体系都有积极影响。例如,在未氧化体系中,复合凝胶的储能模量、损耗模量和β倍含量增加,蛋白质凝胶的强度和WHC增强。这表明FVSP可以改善复合凝胶的凝胶性能。在氧化系统中,交联聚集和蛋白质条带的降解受到抑制;总巯基含量、蛋白质溶解度和蛋白质Ca2+ - ATP酶活性降低;且羰基含量和表面疏水性增加。添加量为5.00%的FVSP有效防止了凝胶网络结构的氧化损伤,保护了蛋白质侧链结构。这些结果表明FVSP可以修复和改善氧化系统中的复合凝胶,具有很强的抗氧化能力。综上所述,添加FVSP可以有效提高肉制品品质,控制蛋白质氧化,最终防止肉品质恶化。





原文链接

Li Q, Meng Z, Hu J, et al. Impact of Flammulina velutipes polysaccharide on properties and structural changes of pork myofibrillar protein during the gel process in the absence or presence of oxidation[J]. Food Chemistry, 2024, 450: 139300

https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.139300


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 文字:蒋欣媛

 校编:张   淼

 排版:吴美红

  审核:李春保 





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