东北农业大学刘骞教授团队发表论文：κ-卡拉胶掺入加热过程中低盐肌原纤维蛋白凝胶形成的机制：蛋白质结构和分子相互作用动态变化的视角
东北农业大学刘骞教授团队在国际知名学术期刊Food Hydrocolloids ( IF 10.7 )发表了题为“Underlying the mechanisms of incorporation of κ-carrageenan on the formation of low-salt myofibrillar protein gels during heating process: Perspective on the dynamic changes of protein structures and molecular interactions”的论文。
本研究旨在基于加热过程中蛋白质结构和分子相互作用的动态变化，系统研究低盐条件下κ-卡拉胶（KC）浓度对肌原纤维蛋白（MP）凝胶形成的影响。结果表明，加入 KC 显着提高了 MP 凝胶的持水能力 (WHC) 和凝胶强度 (P < 0.05)。添加 0.4% KC 后这些性能得到最大改善，WHC 为 71.44%，凝胶强度为 1.62 N。在加热过程中，当温度高于 50 °C 时，KC 的添加显着增加了 MP 的浊度和粒径，并降低了溶解度，并且在 0.2% KC 浓度（P < 0.05）下表现出更高的表面疏水性，表明 KC 在加热过程中加速了 MP 的聚集速率。动态流变行为表明，KC的添加促进了MP在较低温度下的早期解折叠和聚集，荧光变性机制结果也验证了这一点。此外，KC的添加显着促进了MP从α-螺旋的热诱导构象转变 ，同时伴随 β-折叠和 β-转向，这是由于MP和KC之间的相互作用在加热过程中加速了MP凝胶的形成。分子间力结果表明，添加KC的MP通过离子键、疏水相互作用和二硫键增强了肌球蛋白头部的聚集和肌球蛋白尾部的交联，从而有利于更好的凝胶性能。我们目前的结果提供了对低盐条件下 MP-KC 混合凝胶的凝胶机理的全面了解，对 KC 在肉类加工中的实际应用具有重要意义。
图1 不同 KC 浓度对低盐 MP 凝胶的 WHC (A)和凝胶强度(B)的影响。
图2 不同 KC 浓度对低盐 MP 加热过程中浊度(A)、溶解度(B)、粒径(C)和表面疏水性(D)的影响。
图3 加热过程中不同 KC 浓度低盐 MP 的流变行为分析。
图4 加热过程中不同浓度 KC 的低盐 MP 固有荧光光谱。
图5 在加热过程中，不同 KC 浓度的低盐 MP 在 Δλ = 15nm (A，B)和 Δλ = 60nm (C，D)处的同步荧光光谱。A 和 C 代表没有 KC 的对照组，B 和 D 代表不同 KC 浓度的 MP 在30 °C、50 °C和80 °C 下的最大荧光值。
图6 加热过程中含不同浓度氯化钾的低盐圆二色性的光谱和二级结构含量。
图7 加热过程中不同浓度 KC 的低盐 MP 在不同破碎力溶液中的溶解度(%)。
图8 低盐 MP-KC 混合体系在加热过程中含有不同浓度 KC 的透射电镜图。
图9 低盐 MP 和 KC 在加热过程中的凝胶化机理示意图。
在低盐条件下，KC 的加入明显影响了 MP 凝胶的形成。在初始加热阶段(30 ° C) ，KC 可以通过更大程度地暴露蛋白质内部的疏水基团来促进蛋白质结构的展开，具有较高的表面疏水性和较低的荧光强度。当温度达到蛋白质变性温度(50-60 °C)时，加热可以改变蛋白质和 KC 的构象，从而通过控制非共价相互作用(疏水相互作用和离子键)和共价相互作用(二硫键)有效地增强凝胶过程中的聚集和交联。这表现为溶解度的明显降低和浊度的增加，伴随着颗粒尺寸的增加。此外，流变学分析也显示，在加入 KC 后，肌球蛋白头部的聚集和交联优先在低温下进行，因为峰值的温度向左移动。这促进了 MP 的头尾交联和头尾聚集，有助于形成更致密、更细的三维凝胶网络结构，具有更高的凝胶强度和 WHC。我们的研究不仅促进了对 MP-KC 混合凝胶热诱导成胶机理的深入研究，而且为今后开发具有良好凝胶性能的健康低盐肉制品提供了参考。
责任编辑：唐长波、鲍雅倩