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发酵鲢鱼鱼糜凝胶形成及其机理研究

许艳顺

  鱼糜制品是深受国内外消费者欢迎的水产加工大类产品。生物发酵鱼糜不仅具有营养价值高、安全性好、食用方便、易保藏及益生效应等优点,而且凝胶强度高,近年来受到国内外研究者的广泛关注,本实验室前面研究发现淡水鱼糜经微生物发酵能产生高强度的凝胶,但目前对于发酵鱼糜凝胶形成的机理还不完全清楚。本文以大宗淡水鱼类鲢鱼为原料,在发酵形成高强度鱼糜凝胶的基础上,研究鱼肉蛋白组分在发酵过程中分子结构变化以及分子相互作用力与凝胶形成的关系以及参与凝胶网络形成过程,以期从分子水平上阐明发酵鱼糜凝胶形成机理。本研究对于了解鱼肉蛋白在发酵过程中的生化变化和凝胶形成机理、丰富蛋白凝胶形成理论具有重要的学术意义,同时也为鱼糜加工产业建立生物发酵新型加工技术提供理论依据。 首先研究了影响鱼糜发酵的关键因素,特别是温度对鲢鱼鱼糜发酵的影响。在不同温度条件下进行鲢鱼鱼糜发酵试验,通过分析不同发酵温度条件下鱼糜的微生物变化、理化变化、感官品质、质构特性、生物胺变化以及发酵动力学特性,确定了制备高品质鱼糜凝胶的发酵条件。结果表明:以戊糖片球菌为发酵剂,采用23℃发酵48 h;在此条件下,鱼糜发酵48 h内鱼肉pH值快速降至4.5以下,有效抑制了肠道菌、葡萄球菌和假单胞菌等杂菌的生长繁殖以及挥发性盐基氮(TVBN)与生物胺的积累;鱼糜发酵过后形成了致密均匀的三维凝胶网络结构,凝胶强度高达1242.4 g*cm,具有较好的感官品质和食用安全性。 研究了鲢鱼蛋白组分在鱼糜发酵过程中分子间作用力变化。通过测定鱼糜发酵过程中蛋白组分变化、蛋白质降解、二硫键以及鱼糜蛋白在不同变性溶剂中的溶解度变化分析维持发酵鱼糜凝胶网络结构的主导作用力和参与凝胶形成的关键蛋白组分。结果表明:鱼糜发酵过程中随着pH值下降,盐溶性蛋白和水溶性蛋白由于变性聚集含量逐渐减少,不溶性蛋白含量逐渐增加,形成了不溶性凝胶网络结构;维持发酵鱼糜凝胶结构的主导作用力是疏水作用、二硫键及非二硫共价键,其中疏水相互作用对发酵初期鱼糜凝胶结构的形成起主要作用,而二硫键主要形成于鱼糜发酵后期,对凝胶网络起到增强作用;肌球蛋白重链是参与发酵鱼糜凝胶形成的主要蛋白组分,同时肌动蛋白以及蛋白降解产生的低分子量肽也参与了凝胶网络的形成。 利用葡萄糖酸内酯(GDL)建立模拟酸化体系,通过测定凝胶强度、选择性溶解度、浊度、ATPase活性、巯基含量、表面疏水性、内源荧光强度、CD色谱、原态PAGE、还原和非还原PAGE研究鲢鱼肌动球蛋白和肌原纤维蛋白在不同pH和离子强度条件下的凝胶特性、聚集作用力和蛋白分子结构变化,并与发酵鱼糜凝胶进行对照比较。结果表明:在酸性条件下鲢鱼肌动球蛋白二级和三级结构发生改变,使包埋于分子内部的疏水性氨基酸残基和巯基外露,增强了蛋白分子间相互作用,导致Ca2+-ATPase活性和蛋白溶解度下降,浊度增加,形成不溶性蛋白聚集体和高强度凝胶;疏水作用是引起鲢鱼肌动球蛋白在酸性条件下聚集的主导作用力,氢键、离子键和二硫键等作用力虽参与了鲢鱼肌动球蛋白的聚集,但贡献较小;离子强度对鲢鱼肌原纤维蛋白在酸性条件下分子结构改变以及凝胶形成影响显著,离子强度增加引起蛋白分子部分变性展开,活性基团外露,促进酸性条件下蛋白分子间的相互作用,鲢鱼肌原纤维蛋白在酸性条件下形成凝胶的强度随离子强度的增加呈现先增加后降低的趋势,当NaCl浓度为0.3 mol/L时达到最大值;鲢鱼鱼糜在酸性条件下形成凝胶的强度和维持凝胶网络结构的作用力与发酵鱼糜凝胶一致,证实了生物发酵过程中产生的有机酸是引起发酵鱼糜凝胶形成的主要原因。 从分子水平上进一步研究了鱼肉蛋白在酸性条件下凝胶形成的动力学过程。酶法制备肌球蛋白球状头部(S-1)和螺旋尾部(Rod)以及重酶解肌球蛋白(HMM)和轻酶解肌球蛋白(LMM),采用透析酸化法建立酶解产物的酸化模拟体系,通过SDS-PAGE结合蛋白结构分析对鲢鱼肌球蛋白在酸性条件下的聚集过程进行研究。结果表明:鲢鱼肌球蛋白在酸性条件下凝胶形成首先由头-头相互作用引起,接着肌球蛋白尾部变性展开,使部分相邻的肽链之间相互链接,同时头部之间继续交联形成有序的凝胶网络。 本文明确了维持发酵鱼糜凝胶结构的主导作用力以及参与凝胶形成的主要蛋白组分,证实了发酵过程中产生的有机酸是引起发酵鱼糜凝胶形成的主要原因,从分子水平阐明了酸性条件下鲢鱼鱼糜蛋白质结构变化及作用力与凝胶形成的关系,初步揭示了发酵鱼糜凝胶形成机理。……   
[关键词]:淡水鱼;鲢鱼;鱼糜;发酵;凝胶;机理;肌球蛋白;酸变性;聚集
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:江南大学2010年