冷凍貯藏過程中魚肉蛋白的變性

1、冷凍貯藏過程中魚肉蛋白的變性姓名：學(xué)號：專業(yè)：課程名稱：蛋白質(zhì)化學(xué)授課教師：作為漁業(yè)大國，我國水產(chǎn)品產(chǎn)量穩(wěn)定增加，2012全年全國水產(chǎn)品總產(chǎn)量達(dá) 5907.68萬噸，比上年增長5.43%； 2013年全國水產(chǎn)品總產(chǎn)量6172萬噸，比上年 增長4.47%。魚類與其他食品原料不同，水分含量高，肌肉組織細(xì)嫩，易腐敗變 質(zhì)。在高溫季節(jié)捕獲后應(yīng)迅速冷藏或凍藏，如不能及時(shí)加工處理，在微生物和酶 的綜合作用下蛋白質(zhì)、氨基酸等分解，并釋放大量的熱，對質(zhì)量產(chǎn)生極為不利的 影響。因此為了保證原料魚的質(zhì)量，必須用冷藏或凍藏的方法進(jìn)行保存，但在冷 藏或凍藏過程中魚肉蛋白質(zhì)易發(fā)生冷凍變性，造成品質(zhì)下降并影響后繼加工產(chǎn)品

2、 的質(zhì)量。魚肉蛋白在冷凍貯藏期間的變性及變性機(jī)理魚肉蛋白質(zhì)由水溶性的肌漿蛋白、鹽溶性的肌原纖維蛋白和不溶性的基質(zhì)蛋 白組成1。所謂魚肉蛋白質(zhì)的冷凍變，性，是指魚在凍藏條件下，即一12一23C 條件下貯藏，蛋白質(zhì)受物理或化學(xué)因素的影響，其分子內(nèi)部原有的高度規(guī)律性的 空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，致使蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)都有所改變，但并不導(dǎo) 致蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的破壞，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性。1.1結(jié)合水的分離學(xué)說結(jié)合水的分離學(xué)說，即蛋白質(zhì)中的部分結(jié)合水被凍結(jié)，破壞其膠體體系，使 蛋白質(zhì)大分子在冰品的擠壓作用下互相靠攏并聚集起來而變性，也可稱為蛋白質(zhì) 分子的聚集變tt (aggregation)。具有a

3、 -螺旋結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)在凍藏過程中易發(fā)生聚集變性。該模型指出，當(dāng) 蛋白質(zhì)冷卻到冰點(diǎn)以下時(shí)，溫度較低部分的水分子開始結(jié)品，而其他部分的未凍 結(jié)水分子則向冰品處遷移，引起冰品生長，最終蛋白質(zhì)表面功能基團(tuán)所結(jié)合的水 分也會(huì)被移去，使這些功能基團(tuán)游離出來而相互作用，從而使蛋白質(zhì)分子間發(fā)生 聚集。魚肉肌原纖維蛋白中的肌球蛋白、肌動(dòng)球蛋白中的肌球蛋白部分都具有a -螺旋結(jié)構(gòu)，在凍藏中易發(fā)生聚集變性。研究發(fā)現(xiàn)，參與這些蛋白質(zhì)聚集的鍵為 氫鍵、離子鍵、疏水鍵和二硫鍵3。蛋白質(zhì)聚集使其相應(yīng)的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改 變。1.2水和水合水的相互作用蛋白質(zhì)分子中復(fù)雜的三級、四級結(jié)構(gòu)是由分子內(nèi)的非極性鍵之間的疏水結(jié)合 和分子

4、間的氫鍵來維持的。這些鍵的分布狀態(tài)和蛋白質(zhì)周圍的水分子所形成的構(gòu) 造、狀態(tài)密切相關(guān)。凍結(jié)時(shí)由于冰品的生成引起結(jié)合水和蛋白質(zhì)結(jié)合狀態(tài)的改變， 使蛋白質(zhì)分子內(nèi)部有些鍵被破壞，有些鍵又重新生成，這涉及到蛋白質(zhì)分子內(nèi)部 構(gòu)造的變化，從而使蛋白質(zhì)變性4。此外，肌肉組織結(jié)構(gòu)因細(xì)胞內(nèi)外生成的冰結(jié)品而產(chǎn)生破壞，肌肉組織蛋白酶 對蛋白質(zhì)的水解作用，凍藏中氧化三甲胺還原產(chǎn)生的二甲胺和甲醛，脂質(zhì)氧化生 成的醛酮類物質(zhì)，ATP分解產(chǎn)生的次黃嘌吟類物質(zhì)，ATP降解和糖原酵解造成 的pH值下降等因素均會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生變性。1.3細(xì)胞液濃縮學(xué)說細(xì)胞液的濃縮學(xué)說，即在冷凍條件下，蛋白質(zhì)自由水與結(jié)合水先后結(jié)冰，使 蛋白質(zhì)的立體

5、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而造成，同時(shí)，還由于細(xì)胞內(nèi)外生成的冰結(jié)品破壞， 并引起肌肉中的水溶液濃度升高、離子強(qiáng)度和pH值發(fā)生變化，最終導(dǎo)致蛋白 質(zhì)變性，這種變性幾乎是不可逆的凍結(jié)，使蛋白質(zhì)因鹽析作用而變性。這種觀點(diǎn) 往往被用來說明細(xì)胞內(nèi)外冰的生成量及生成狀態(tài)同蛋白質(zhì)變性之間的密切關(guān)系。未凍結(jié)時(shí)，蛋白質(zhì)分子以高度水化的折疊狀蛋白質(zhì)存在，這時(shí)，蛋白質(zhì)多肽 鏈上的非極性基團(tuán)位于分子內(nèi)部而避免了與水分接觸，具有較高的熵，較穩(wěn)定， 同時(shí)，蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的非極性基團(tuán)相互作用形成的非極性鍵可使其更穩(wěn)定。肉 在冷凍過程中，隨著結(jié)合水的凍結(jié)，冰品形成會(huì)使蛋白質(zhì)的水化程度大大降低從 而使其鏈展開，形成水化程度很低的開鏈蛋白質(zhì)。

6、其未折疊部分暴露出非極性氨 基酸，結(jié)果導(dǎo)致臨近蛋白質(zhì)間的疏水相互作用、氫鍵、二硫鍵、離子鍵等形成， 最終導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子間構(gòu)象重排、分子內(nèi)發(fā)生聚集，也稱作蛋白質(zhì)多肽鏈的展 (unfolding)變性。影響魚肉蛋白變性的因素冷凍貯藏期間，引起魚肉質(zhì)量發(fā)生變化的因素包括：原料固有的品質(zhì)、貯藏 前后的處理和包裝、貯藏溫度、貯藏時(shí)間、冷凍速度、溫度波動(dòng)、反復(fù)凍融以及 解凍方式等。其中冷凍速度和貯藏溫度是影響魚肉品質(zhì)變化的關(guān)鍵因素。冷凍速 度影響冰品的大小、形成、數(shù)量和分布等。緩慢冷凍時(shí)，冰品體大多在細(xì)胞的間 隙內(nèi)形成，冰品量少而且粗大，多呈柱狀或塊狀；冷凍速度越快，冰晶越細(xì)小， 而且主要分布在細(xì)胞內(nèi)，因

7、此，水產(chǎn)品在冷凍時(shí)必須以最快的速度通過0-5C 溫度區(qū)，并且迅速達(dá)到冷凍所需的溫度，這樣才能使冰品細(xì)而均勻，解凍后的魚 肉肌肉組織可塑性大、鮮度好，蛋白變性程度低，魚肉不會(huì)發(fā)生很大程度的劣變。 魚肉貯藏溫度越低，魚體內(nèi)各種導(dǎo)致腐敗變質(zhì)的物理化學(xué)、組織形態(tài)變化以及生 化反應(yīng)的速度也就越緩慢。這就要求貯藏溫度的低溫化，但是即使在最佳的凍藏 條件下，魚肉的質(zhì)量也會(huì)不可避免地出現(xiàn)下降，并隨著時(shí)間的累積而增加。肌原纖維蛋白在凍藏過程中物理化學(xué)性質(zhì)的變化3.1肌原纖維蛋白空間結(jié)構(gòu)的變化肌原纖維蛋白質(zhì)(myofibrillar protein)是構(gòu)成肌原纖維的蛋白質(zhì)，占肌肉中總 蛋白的50%70%，在離子強(qiáng)

8、度0.5以上的中性鹽溶液中，可以大致被完全抽提 出來。肌原纖維在電鏡下呈長的圓筒狀結(jié)構(gòu)，其直徑為12m。其橫切面由粗絲 和細(xì)絲交錯(cuò)穿插進(jìn)行有序排列，以一條粗絲為中心，六條細(xì)絲呈六角形包繞在周 圍?？v切面有明暗相見的橫紋，分為暗帶(A帶)和明帶(I帶)，I帶中央有一條Z 線。粗絲主要由肌球蛋白(myosin)組成，細(xì)絲主要由肌動(dòng)蛋白(actin)組成。魚肉在凍藏過程中，由于冰品的形成及增大而使肌原纖維蛋白脫水變性，電 鏡結(jié)果顯示肌原纖維的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，出現(xiàn)明顯的裂縫和空隙，粗細(xì)絲排列 紊亂、松散，肌節(jié)、A帶、I帶以及橫紋模糊甚至消失，Z線扭曲、斷裂、嚴(yán)重 時(shí)溶解消失，肌組織中出現(xiàn)大小不等的空

9、泡；同時(shí)電泳圖譜會(huì)出現(xiàn)色帶變淡、消 失或有新的條帶生成，這都表明了肌原纖維蛋白變性，發(fā)生不同程度的降解。汪秋寬等5對在-20C下凍藏210 d后鯉魚的肌原纖維蛋白進(jìn)行電泳分析， 在電泳圖譜上發(fā)現(xiàn)了新的大分子帶，這說明鯉魚肌原纖維蛋白在凍藏過程中發(fā)生 了交叉連接反應(yīng)。Matthews等對凍藏的鱈魚糜進(jìn)行研究時(shí)，得到了同樣的結(jié)果。 汪秋寬等5還用電鏡觀察了在-20C下凍藏210 d后的鯉魚肌原纖維蛋白，結(jié)果 表明肌原纖維之間出現(xiàn)了空隙。Roura等在電鏡下觀察凍藏過程中鱈魚的肌原纖 維蛋白，也得到相似的結(jié)果。繆宇平等8 對凍結(jié)過程中鰱魚的肌原纖維蛋白進(jìn)行 電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)當(dāng)凍結(jié)到-18C時(shí)，肌肉纖維

10、之間開始出現(xiàn)大冰品，當(dāng)凍結(jié)到-35C 時(shí)，肌肉纖維之間冰品較大，纖維扭曲，形狀紊亂，這說明凍結(jié)前后肌肉纖維的 組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。3.2肌原纖維蛋白溶解性的變化蛋白質(zhì)溶解性是指在一定條件下，肌肉中可以進(jìn)入溶液的蛋白量與總的肌肉 蛋白量的比值，且這部分溶解的蛋白質(zhì)在一定的離心力作用下不應(yīng)發(fā)生沉淀。肌 原纖維蛋白包括肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白、原肌球蛋白、肌鈣蛋白、輔肌動(dòng)蛋白等。 他們可以在離子強(qiáng)度0.5以上的中性鹽溶液中被抽提出來，所以又叫鹽溶性蛋白。 在低溫貯藏過程中，由于魚肉肌原纖維蛋白發(fā)生變性，其鹽溶性會(huì)發(fā)生變化。研究表明，冷凍貯藏期間肌原纖維蛋白的溶解性降低。且當(dāng)凍藏溫度高于冰 結(jié)品點(diǎn)時(shí)，凍

11、藏溫度越低，蛋白質(zhì)變性越快，溶解性下降得越快；當(dāng)凍藏溫度低 于冰結(jié)品點(diǎn)，凍藏溫度越低，蛋白質(zhì)變性越慢，溶解性下降得也越慢；凍藏時(shí)間 越長肌肉蛋白的溶解性越差。凍藏過程中由于氫鍵、疏水鍵、二硫鍵、鹽鍵的形 成往往會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶解性的下降，且其下降程度與魚種有關(guān)。羅永康對鰱魚肉在一20C和一10C凍藏期間鹽溶性蛋白含量的變化進(jìn)行了 研究，發(fā)現(xiàn)前6周分別下降到新鮮鰱魚肉的49.7%和39.8%，分別下降了 50.3% 和60.2%。從第7周到第24周，鹽溶性蛋白含量下降越來越慢，分別從49.7%和 39.8%下降到30.1%和26%，表明貯藏溫度越低，鹽溶性蛋白下降越慢，蛋白 變性程度越小。汪秋寬等

12、5 研究表明，鯉魚在-20C凍藏過程中，肌球蛋白的重 鏈鹽溶性下降最大，肌動(dòng)蛋白鹽溶性下降最小，而原肌球蛋白，肌鈣蛋白保持相 對穩(wěn)定。3.3肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性的變化肌球蛋白的球狀頭部(S1)具有ATP酶活性，Ca2+可以激活其活性。所以 Ca2+-ATPase活性是反映肌球蛋白完整性的一個(gè)重要指標(biāo)。研究表明，冷凍貯藏 期間肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性發(fā)生不同程度的下降，這表明凍藏破壞了肌 球蛋白的完整性，發(fā)生變性，從而降低了肌原纖維蛋白的功能特性。不同魚種在 新鮮狀態(tài)時(shí)Ca2+-ATPase活性不同是因?yàn)榧∪獾鞍讓μ幚淼拿舾行源嬖诓町?，?可能是因?yàn)榧∪獾鞍滋烊唤Y(jié)

13、構(gòu)的不同，Ca2+-ATPase活性的降低可能是由于肌球 蛋白頭部的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變或聚集所致，且降低的程度取決于魚的品種。周愛梅等10研究發(fā)現(xiàn)鳙魚和羅非魚魚糜在一20C凍藏63d后Ca2+-ATPase活 性分別降低100%和43.5%。鯉魚在一20C冷凍貯藏60d肌原纖維蛋白 Ca2+-ATPase活性降低。凍藏過程中冰結(jié)品的形成、離子強(qiáng)度的增加，誘導(dǎo)肌球蛋白的變性、使肌動(dòng) 球蛋白的復(fù)合物破裂，致使ATPase活性降低。隨著冷凍貯藏時(shí)間的延長， Ca2+-ATPase活性下降越顯著，這表明肌球蛋白更易變性，特別是頭部的變性。 在凍藏過程中冰品的形成及由此所帶來的體系離子強(qiáng)度的增加都會(huì)導(dǎo)致肌球

14、蛋 白頭部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而使其Ca2+-ATPase活性下降。3.4肌原纖維蛋白疏基和二硫鍵含量的變化筑基對于穩(wěn)定肌原纖維蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)有著重要的意義，因此許多學(xué)者都 認(rèn)為筑基氧化形成二硫鍵是引起蛋白質(zhì)分子間交叉、聯(lián)結(jié)、聚合，進(jìn)而導(dǎo)致肌原 纖維蛋白空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的主要原因。研究表明，在冷凍貯藏過程中，肌原纖 維蛋白的活性筑基易氧化成二硫鍵，因此經(jīng)冷凍后其活性筑基或總筑基的含量減 少，而二硫鍵的含量增加。筑基含量的減少可能是多肽內(nèi)部或多肽間形成二硫鍵; 也可能是由于蛋白質(zhì)發(fā)生了聚集反應(yīng)的結(jié)果。羅非魚在一20C冷藏15d后總筑 基含量不斷降低，且降低了初始值的33%，且筑基含量的降低伴隨著二

15、硫鍵的形 成。肌球蛋白有4243個(gè)筑基，其中SH1和SH2兩種筑基位于肌球蛋白頭部區(qū) 域，它們與其ATPase活性有關(guān)。SHa集中在輕質(zhì)酶解肌球蛋白上，它負(fù)責(zé) Mg2+-ATPase活性，與肌球蛋白重鏈(MHC)的氧化及二聚物的形成密切相關(guān)，促 進(jìn)筑基的氧化，總筑基含量的降低是由SHa的氧化引起的。3.5肌原纖維蛋白表面疏水性的變化蛋白質(zhì)的表面疏水性反映的是蛋白質(zhì)分子表面疏水性氨基酸的相對含量，也 可以用它來衡量蛋白質(zhì)的變性程度，對某種蛋白質(zhì)來說，如果表面疏水性的增加 則說明它的變性程度增加。研究發(fā)現(xiàn)，魚肉經(jīng)冷凍貯藏后，肌原纖維蛋白的表面 疏水性增加。這表明凍藏引起蛋白變性，肌原纖維蛋白質(zhì)分子

16、伸展開，把非極性 的氨基酸殘基暴露在蛋白質(zhì)分子的表面，破壞了蛋白質(zhì)原來的排列方式，引起肽 鏈的卷曲或螺旋結(jié)構(gòu)的變化，形成不同于天然結(jié)構(gòu)的狀態(tài)mi。冷藏期間蛋白疏水性的增加可能是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的去折疊及疏水性脂肪族和 芳香族氨基酸的暴露。冷凍的白魚肉肌球蛋白分子的疏水性氨基酸比紅魚肉更易暴露。參考文獻(xiàn)黃海，辛榮，王秀敏魚肉蛋白在低溫貯藏時(shí)生化特性變化研究進(jìn)展J.食品研究與開發(fā)， 2009,30(2):149-154.周愛梅，曾慶孝，劉欣等 冷凍魚糜蛋白在凍藏中的物理化學(xué)變化及其影響因素J.食品 科學(xué)，2003, 24(3): 153-157.RAMIREZ J A, MARTIN-POLO M O,

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