CN110353083B - 一种加热改善猪肉肌原纤维蛋白凝胶持水力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加热改善猪肉肌原纤维蛋白凝胶持水力的方法，属食品加工工艺技术领域。本发明采用猪肉肌原纤维蛋白置于磁场强度为8‑10 mT低频磁场条件下，同时以2°C/min的加热速率从22℃加热至72℃并保温20‑30 min，制备的凝胶在冰水中冷却10‑15min并在4℃下保存。本发明显著提高了猪肉肌原纤维蛋白凝胶的保水性，改善了猪肉肌原纤维蛋白凝胶的微观结构，表现出更加均一多孔的微观结构，在不影响凝胶外观形态的条件下，降低了凝胶的硬度，提高了凝胶的嫩度。

Description

一种加热改善猪肉肌原纤维蛋白凝胶持水力的方法
技术领域
本发明涉及一种加热改善猪肉肌原纤维蛋白凝胶持水力的方法，属食品加工工艺技术领域。
背景技术
肌原纤维蛋白（MP）是肌肉蛋白的主要成分，具有热诱导凝胶化特性，在肉类加工中起着关键作用。热诱导MP凝胶的形成主要包括蛋白质的热变性和聚集两个步骤，形成稳定的三维网络结构。Foegeding和Camou等人已经研究表明，加热速率对蛋白质凝胶强度和水分损失具有显着影响。随着加热速率的增加，凝胶具有更弱的强度和更高的水分损失，这可能是由于加热速率的增加产生不利的蛋白质--蛋白质相互作用，从而影响着蛋白质凝胶的特性（Foegeding E A, Allen C E, Dayton W R. Effect of heating rate onthermally formed myosin, fibrinogen and albumin gels [J]. Journal of FoodScience, 1986, 51(1): 104-108. Camou J P, Sebranek J G, Olson D G. Effect ofheating rate and protein concentration on gel strength and water loss ofmuscle protein gels [J]. Journal of Food Science, 1989, 54(4): 850-854.）。由于猪肉肌原纤维蛋白热诱导凝胶的形成受多种因素的影响，因此越来越多的修饰方法被应用于蛋白质功能特性的改善，包括物理，化学和酶处理，其中物理场改善蛋白质的特性引起了广泛关注（Zhao Z, Mu T, Zhang M, Richel A. Chemical Forces, Structure, andGelation Properties of Sweet Potato Protein as Affected by pH and HighHydrostatic Pressure [J]. Food and Bioprocess Technology, 2018, 11(9): 1719-1732.）。磁场会影响氢键含量和分子排列，从而改变蛋白质的整体构象（Chang K T, WengC I. The effect of an external magnetic field on the structure of liquidwater using molecular dynamics simulation [J]. Journal of Applied Physics,2006, 100(4): 1-6. Pang X F, Deng B. The changes of macroscopic features andmicroscopic structures of water under influence of magnetic field [J].Physica B: Condensed Matter, 2008, 403(19): 3571-3577.），Calabrò等报道，牛血清白蛋白在经低频磁场处理后二级结构发生明显变化（Calabrò E, Magazù S. Directspectroscopic evidence for competition between thermal molecular agitationand magnetic field in a tetrameric protein in aqueous solution [J]. PhysicsLetters A, 2018, 382(21): 1389-1394.）。并且磁场可以通过改变水分子的氢键状态来促进β-乳球蛋白的水合和水分子缔合结构的形成（He J S , Yang H W , R. C.Hydration of β-Lactoglobulin in Magnetized Water:Effect of Magnetic Treatmenton the Cluster Structure of Water and Hydration Properties of Proteins[J].Acta Physico-Chimica Sinica, 2010, 26(2): 92–95.）。磁场还可以通过改变蛋白质分子侧链的方向分布从而影响蛋白质的构象（Zhang J, Cheng D, Sun F, Li G, WU G.Studies of biological effects of static magnetic fields on vitro catalasefrom bovine liver in two different conformational states[J]. Acta LaserBiology Sinica, 2002, 11(2): 88-103.）。基于以上研究背景，本发明对猪肉肌原纤维蛋白不同加热速率的热诱导凝胶形成过程中介入低频磁场处理，以期改善肌肉蛋白的凝胶持水力，提高猪肉凝胶类制品的出品率。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种采用安全性高、可控性强的低频磁场结合加热速率的方法制备凝胶，可以在保证凝胶质地均一的同时有效提高凝胶持水力，为制备高出品率的猪肉肌原纤维蛋白凝胶类制品提供技术依据的加热改善猪肉肌原纤维蛋白凝胶持水力的方法。
本发明的技术方案是：
一种加热改善猪肉肌原纤维蛋白凝胶持水力的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
1）、猪肉预处理：
取新鲜猪里脊肉剔除多余脂肪和结缔组织后，使用绞肉机绞碎成肉糜，分装后于4°C冰箱中保存备用；
2）、猪肉肌原纤维蛋白的提取：
取肉糜加入其4-5倍质量体积的分离缓冲液于9000—110000 r/min条件下均质3次，每次30-40 s；悬浮液在2500 ×g、3—5°C条件下离心10—20 min，收集沉淀，重复以上步骤3次；收集沉淀加入其3-4倍质量体积的0.1 M NaCl溶液，在9000—110000 r/min条件下均质30-40 s，然后在2500 ×g、4 °C条件离心10—20 min，取沉淀；重复以上步骤3次，得，猪肉肌原纤维蛋白；
3）、猪肉肌原纤维蛋白热诱导凝胶的制备：
将所得的肌原纤维蛋白溶于溶解缓冲液中（肌原纤维蛋白与溶解缓冲液的质量体积比为1:3），浓度调节至40-45 mg/mL，然后将其分装于体积为10mL的多个离心管中 ，各离心管中的分装量为4-5 mL，将离心管置于磁场强度为8-10 mT磁场条件下（即，将离心管置于通电螺线管中，再将离心管和螺线管整体放置于恒温加热设备中，螺线管型号：FE—LXG400，湖南永逸科技有限公司出品，加热设备型号：TC—50，无锡爱思普瑞试验设备公司出品），同时以2 °C/min的加热速率从22 ℃加热至72 ℃并保温20-30 min，然后将离心管取出，在4 ℃以下的冰水中冷却10-15min，以快速降温，提高肌原纤维蛋白的强度；得，特性得以提高的猪肉肌原纤维蛋白凝胶，特性提高后的猪肉肌原纤维蛋白凝胶在4 ℃下保存。
所述的分离缓冲液由10 mM Na2HPO4/NaH2PO4、0.1 M NaCl、 2 mM MgCl2和1 mMEGTA混合制成。
所述的溶解缓冲液由0.6 M NaCl和20 mM Na2HPO4/NaH2PO4混合制成。
本发明通过介入8-10 mT低频磁场并结合加热速率（2°C/min）对肌原纤维蛋白进行加热制备凝胶。通过分析发现，与传统加热方式相比，此种方法可以显著提高猪肉肌原纤维蛋白凝胶的持水力。
为表明本申请的先进性和优点，申请人对本工艺同其他几种工艺进行了检测性实验对比分析。结果如下：
1、样品制备与处理
按步骤1）、2）的方法制备猪肉肌原纤维蛋白样品，然后将样品分为4组，每组5份，分装于10 mL的多个离心管中，各离心管中的样品体积为4-5 mL。对样品进行以下处理：
无磁场条件下以不同加热速率形成凝胶：
（1）第一组样品以1 °C/min加热速率形成凝胶；
（2）第二组样品以2 °C/min加热速率形成凝胶；
8-10 mT磁场介入条件下以不同加热速率形成凝胶：
（3）第三组样品在8-10 mT磁场介入条件下以1 °C/min加热速率形成凝胶；
（4）第四组样品在8-10 mT磁场介入条件下以2 °C/min加热速率形成凝胶；
此外，所有样品均从中心温度22 °C加热至72 °C，并在中心温度72 °C时保温20-30 min制备凝胶，制备的凝胶样品冰水浴冷却10-15 min，冷却后放置4 °C冰箱中保存过夜。制备好的凝胶样品取出后在室温下放置30 min，用于测定凝胶的保水性、质构以及微观结构。
2、猪肉肌原纤维蛋白凝胶样品保水性的测定
称取凝胶样品置于10 mL离心管中，并在4 ℃条件下以10,000 r/min离心10 min，WHC(%)通过以下等式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中m0表示离心前凝胶的重量，m1表示离心后保留的凝胶的重量。每个处理重复三次。
3、猪肉肌原纤维蛋白凝胶样品凝胶质构的测定
将凝胶样品切成1cm厚的圆柱体，用TA-XT Plus型质构仪测定凝胶样品的凝胶强度，参数设置为：形变量为60％，测试速度为1 mm/s，感应力为5.0 g，圆柱形金属探针直径36 mm（P / 36R），每个处理重复三次。
4、猪肉肌原纤维蛋白凝胶样品微观结构的测定
将凝胶样品用刀切成5 mm厚的立方块，用2.5%的戊二醛溶液（pH 6.8）固定12 h，用0.1 M磷酸缓冲液（pH 6.8）重复洗涤3次，每次10 min，再用无水乙醇脱水15 min，使用真空冷冻干燥机冻干并镀金，最后使用JSM-IT 300型号的扫描电子显微镜观察样品。设定参数：电压（15kV），放大倍数（1000倍）。每次处理重复三次。
5、统计分析和作图
采用SPSS软件(22.0.0.0)进行方差分析，不同样本间的差异显著性水平为P <0.05，采用Origin 8.5和Excle 2010作图。
6、结果与分析
1） 不同加热方式对猪肉肌原纤维蛋白凝胶保水性的影响
不同加热方式对猪肉肌原纤维蛋白凝胶保水性的影响如图1 所示，无磁场条件下，第二组凝胶保水性明显低于第一组（P<0.05），表明加热速率的增加不利于凝胶的保水能力，而在介入8-10 mT磁场条件下以2 °C/min加热形成的凝胶保水性却明显高于其他组（P<0.05），说明该方法可以在加热速率增加时有效的抑制保水性的降低，极大的提高了凝胶保水性，同时也节省了制备凝胶所需的时间。
2）不同加热方式对猪肉肌原纤维蛋白凝胶质构的影响
不同加热方式对猪肉肌原纤维蛋白凝胶质构的影响结果见图2。结果显示，在相同的加热速率条件下，有无磁场的介入对猪肉肌原纤维蛋白凝胶强度的影响不显著（P<0.05），在介入8-10 mT磁场条件下以2 °C/min加热形成凝胶的硬度却显著低于其他组（P<0.05），而肉的嫩度在一定意义上也可以理解为肉的硬度（刘兴余, 金邦荃. 影响肉嫩度的因素及其作用机理[J]. 食品研究与开发, 2005, 26(5).）。而四组凝胶样品感官上没有显著差异，均呈现出光滑、均一、完整的凝胶状态，由此说明该方法可以在不影响凝胶结构的前提下，降低猪肉肌原纤维蛋白凝胶的硬度，改善其嫩度。
3）不同加热方式对猪肉肌原纤维蛋白凝胶微观结构的影响
不同加热方式对猪肉肌原纤维蛋白凝胶微观结构的影响结果见图3，结果显示，在无磁场条件下，以1 °C/min加热形成具有不规则孔隙的较粗糙的凝胶质构，随着加热速率的增加，在2 °C/min加热时凝胶的微观结构变得更加粗糙并且孔隙增加；而在介入8-10 mT磁场条件下以1 °C/min加热时凝胶变得非常致密，但是在介入8-10 mT磁场条件下以2 °C/min加热形成的凝胶显示出均一分布的小孔。由此可见在介入8-10 mT磁场条件下以2 °C/min加热形成的凝胶具有更好的微观结构。
综上所述可知在在介入8-10 mT磁场条件下以2 °C/min加热形成的凝胶表现出更高的保水性和规则的微观结构，同时此加热方式能在不影响凝胶形态条件下降低凝胶的硬度，提升凝胶的嫩度，从而使凝胶产品更易被消费者所接受。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
本发明提高了猪肉肌原纤维蛋白凝胶的保水性，改善了猪肉肌原纤维蛋白凝胶的微观结构，表现出更加均一规则的质地，在不影响凝胶外观形态的条件下，降低了凝胶的硬度，提高了凝胶的嫩度。
附图说明
图1不同加热方式对猪肉肌原纤维蛋白凝胶保水性的影响。
图1中：第一组和第二组分别表示：无磁场条件下以1 °C/min 和2 °C/min加热形成凝胶；第三组和第四组分别表示：8-10 mT磁场介入条件下以1 °C/min 和2 °C/min加热形成凝胶。图中小写字母（a-d）表示不同加热方式对猪肉肌原纤维蛋白凝胶保水性影响的差异显著性分析（P<0.05）。
图2不同加热方式对猪肉肌原纤维蛋白凝胶质构的影响。
图2中：第一组和第二组分别表示：无磁场条件下以1 °C/min 和2 °C/min加热形成凝胶；第三组和第四组分别表示：8-10 mT磁场介入条件下以1 °C/min 和2 °C/min加热形成凝胶。图中小写字母（a-c）表示不同加热方式对猪肉肌原纤维蛋白凝胶保水性影响的差异显著性分析（P<0.05）。
图3不同加热方式对猪肉肌原纤维蛋白凝胶微观结构的影响。
图3中：A和B分别表示：无磁场条件下以1 °C/min 和2 °C/min加热形成凝胶；C和D分别表示：8-10 mT磁场介入条件下以1 °C/min 和2 °C/min加热形成凝胶。图中大写字母A-D分别代表第一组至第四组凝胶样品。
具体实施方式
首先将10 mM Na2HPO4/NaH2PO4、0.1 M NaCl、 2 mM MgCl2和1 mM EGTA混合制成分离缓冲液；备用。
将0.6 M NaCl和20 mM Na2HPO4/NaH2PO4混合制成缓冲液；备用。
实施例1：
取新鲜猪里脊肉剔除多余脂肪和结缔组织后，使用绞肉机绞碎成肉糜，分装后于4°C冰箱中保存备用；
将肉糜加入其4-5倍体积的分离缓冲液中，于110000 r/min条件下均质3次，每次40 s；悬浮液在2500 ×g、3°C条件下离心20 min，收集沉淀，重复以上步骤3次；将3次所收集的沉淀加入3-4倍体积的0.1 M NaCl溶液，在110000 r/min条件下均质40 s，然后在2500×g、4 °C条件离心20 min，取沉淀；重复以上步骤3次，得，猪肉到肌原纤维蛋白；
将所得的猪肉肌原纤维蛋白溶于缓冲液中，猪肉肌原纤维蛋白与溶解缓冲液的质量体积比为1:3，浓度调节至40mg/mL，然后将其分装于体积为10mL的多个离心管中 ，各离心管中的分装量为4-5 mL，将离心管置于磁场强度为10 mT磁场条件下，同时以2 °C/min的加热速率从22 ℃加热至72 ℃并保温30 min，然后将离心管取出在冰水中冷却15min，得，特性得以提高的猪肉肌原纤维蛋白凝胶，特性提高后的猪肉肌原纤维蛋白凝胶在4 ℃下保存。
实施例2：
取新鲜猪里脊肉剔除多余脂肪和结缔组织后，使用绞肉机绞碎成肉糜，分装后于4°C冰箱中保存备用；
将肉糜加入其4-5倍体积的分离缓冲液中，于9000 r/min条件下均质3次，每次30s；悬浮液在2500 ×g、5°C条件下离心10min，收集沉淀，重复以上步骤3次；将3次所收集的收集沉淀加入3-4倍体积的0.1 M NaCl溶液，在9000 r/min条件下均质30 s，然后在2500×g、4 °C条件离心10 min，取沉淀；重复以上步骤3次，得，猪肉肌原纤维蛋白；
将所得的猪肉肌原纤维蛋白溶于缓冲液中，猪肉肌原纤维蛋白与溶解缓冲液的质量体积比为1:3，浓度调节至40mg/mL，然后将其分装于体积为10mL的多个离心管中 ，各离心管中的分装量为4-5 mL，将离心管置于磁场强度为9 mT磁场条件下，同时以2 °C/min的加热速率从22 ℃加热至72 ℃并保温20min，然后将离心管取出在冰水中冷却10min，得，特性得以提高的猪肉肌原纤维蛋白凝胶，特性提高后的猪肉肌原纤维蛋白凝胶在4 ℃下保存。
实施例3：
取新鲜猪里脊肉剔除多余脂肪和结缔组织后，使用绞肉机绞碎成肉糜，分装后于4°C冰箱中保存备用；
将肉糜加入其4-5倍体积的分离缓冲液中，于10000 r/min条件下均质3次，每次35s；悬浮液在2500 ×g、4°C条件下离心15 min，收集沉淀，重复以上步骤3次；将3次所收集的收集沉淀加入3-4倍体积的0.1 M NaCl溶液，在10000 r/min条件下均质35 s，然后在2500 ×g、4 °C条件离心15 min，取沉淀；重复以上步骤3次，得，猪肉肌原纤维蛋白；
将所得的猪肉肌原纤维蛋白溶于缓冲液中，猪肉肌原纤维蛋白与溶解缓冲液的质量体积比为1:3，浓度调节至40mg/mL，然后将其分装于体积为10mL的多个离心管中 ，各离心管中的分装量为4-5 mL，将离心管置于磁场强度为8 mT磁场条件下，同时以2 °C/min的加热速率从22 ℃加热至72 ℃并保温25 min，然后将离心管取出在冰水中冷却13min，得，特性得以提高的猪肉肌原纤维蛋白凝胶，特性提高后的猪肉肌原纤维蛋白凝胶在4 ℃下保存。

Claims (3)

1.一种加热改善猪肉肌原纤维蛋白凝胶持水力的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
1）、猪肉预处理：
取新鲜猪里脊肉剔除多余脂肪和结缔组织后，使用绞肉机绞碎成肉糜，分装后于4°C冰箱中保存备用；
2）、猪肉肌原纤维蛋白的提取：
取肉糜加入其4-5倍质量体积的分离缓冲液于9000—110000 r/min条件下均质3次，每次30-40 s；悬浮液在2500 ×g、3—5°C条件下离心10—20 min，收集沉淀，重复以上步骤3次；收集沉淀加入其3-4倍质量体积的0.1 M NaCl溶液，在9000—110000 r/min条件下均质30-40 s，然后在2500 ×g、4 °C条件离心10—20 min，取沉淀；重复以上步骤3次，得，猪肉肌原纤维蛋白；
3）、猪肉肌原纤维蛋白热诱导凝胶的制备：
将所得的肌原纤维蛋白溶于溶解缓冲液中，浓度调节至40-45 mg/mL，然后将其分装于体积为10mL的多个离心管中 ，各离心管中的分装量为4-5 mL，将离心管置于磁场强度为8-10 mT磁场条件下，同时以2 °C/min的加热速率从22 ℃加热至72 ℃并保温20-30 min，然后将离心管取出，在4 ℃以下的冰水中冷却10-15min，以快速降温，提高肌原纤维蛋白的强度；得，特性得以提高的猪肉肌原纤维蛋白凝胶，特性提高后的猪肉肌原纤维蛋白凝胶在4℃下保存。
2.根据权利要求1所述的一种加热改善猪肉肌原纤维蛋白凝胶持水力的方法，其特征在于：所述的分离缓冲液由10 mM Na2HPO4/NaH2PO4、0.1 M NaCl、 2 mM MgCl2和1 mM EGTA混合制成。
3.根据权利要求1所述的一种加热改善猪肉肌原纤维蛋白凝胶持水力的方法，其特征在于：所述的溶解缓冲液由0.6 M NaCl和20 mM Na2HPO4/NaH2PO4混合制成。
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