超声改变没食子酸对鱼类肌原纤维蛋白凝胶特性的作用模式
FoodChemistry
??研究背景
多酚普遍存在于蔬菜水果等植物中的物质，具有良好的抗氧化性，并对人体健康有着积极作用，被广泛应用于各类食品体系以改善食品品质与稳定性。多酚类物质可以改变蛋白质的凝胶特性，但其作用效果不一，与多酚的种类、剂量和食品体系本身有着密切关系。例如，氧化单宁酸、咖啡酸可提升马鲛鱼凝胶强度，但未氧化的丹宁酸、咖啡酸则无效果；在氧化环境中低剂量的绿原酸可提高肌原纤维蛋白凝胶性能，但高剂量绿原酸反而降低其凝胶性能。因此，如何有针对性地效利用多酚类物质提升蛋白质的凝胶特性是一个具有挑战性的任务。
超声（US）的空穴效应和湍流效应可产生微环境的高温、高压、高剪切作用，从而改变蛋白质的结构与功能性质。可以猜想超声可改变蛋白质得结构，促进蛋白分子与多酚的相互作用。同时，超声的空穴效应可产生自由基（H2O→H·+OH·），将多酚氧化成醌，后者可与蛋白–NH2or–SH有效反应生成巯基或氨基加合物，促进蛋白分子间交联。因此，推测超声可通过改变蛋白质结构和形成醌类加合物影响多酚对蛋白凝胶特性的调控作用。
没食子酸（Gallicacid，GA）是一类具有强自由基猝灭和金属螯合作用的水溶性多酚，并展示出抗炎、抗癌、预防心脑血管疾病的功效，在食品中具有良好的应用前景，有文献报道其对肌原纤维蛋白（MP）具有凝胶改善作用。论文以马鲛鱼MP为对象，研究了超声协助下不同剂量GA对MP的结构性质和流变特性作用，采用质谱分析证实了巯基和氨基加合物的形成，阐明了二者形成的化学途径，提出了超声对GA的MF凝胶调控作用的干涉模型，阐明了MFP、GA、US三者的作用机理。
??研究方法
制备两组肌原纤维蛋白溶液模型，添加不同剂量（0，1，5，25，μmol/gprotein）GA，一组为无超声对照（NU），另一组通过杆式超声破碎仪施加20kHz，W，10min的超声作用（U），完成样品准备。采用激光粒度仪和化学方法对样品进行粒径、溶解度、浊度、巯基、游离氨基分析，进一步分析内源荧光性和表面疏水性。采用SDS-PAGE电泳分析蛋白质的交联作用，通过分析升温过程的流变特性说明凝胶特性的变化规律。最后采用质谱分析了样品中的氨基和巯基加合物。
??研究结果
超声作用后，所有U组的MF的内源荧光性下降，表面疏水性、游离氨基和巯、溶解度均下降，表明超声促进了蛋白质结构的展开，暴露出更多的活性基团。
加热后，电泳分析显示NU组中NU展示出最深重的聚合物，而U组中U5展现出最深重聚合物且U展现出最弱的聚合物。
流变特性分析表明NU组中弹性模量G’与GA浓度呈现正向剂量关系，而U组中U5显示了最高的弹性模量G′，U则展示出最低的弹性模量值G’。表明超声前后GA浓度对凝胶特性作用模式发生改变。质谱分析发现，U样品中存在Cys-GA-Cys和Lys-GA-Lys聚合物，表明超声引发的OH·促进GA形成GA-quinone，后者进一步鱼MP中的Cys和Lys交联。
??研究结论
无超声作用时，GA一方面诱导MP发生结构展开，暴露出一定的活性基团，同时可能形成少量的GA-醌，促进MP分子间的交联，此情形下MP凝胶能力与GA呈正向剂量关系。在有超声作用时，超声极大地促进了MP结构的展开，暴露出大量的活性基团。同时，超声引发的OH·可促进GA形成大量地GA-醌。因此，低浓度的GA可通过形成GA醌进一步促进MP分子间的交联（protein-S-GA-S-protein），加热后获得极佳的凝胶特性，但高浓度的GA则形成过多的GA-醌，导致MP分子提前形成大量的交联（protein-S-GA-S-protein），掩盖了活性基团并产生位阻效应，妨碍了加热时的进一步交联，导致了凝胶性能的降低。因此，低浓度GA与超声结合可以用于鱼蛋白凝胶特性的改善。
??创新性与应用前景
本研究发现在超声协助下，低剂量的GA即可极大提升鱼蛋白的凝胶性能，而高剂量GA反而降低凝胶性能，并通过质谱分析证实了GA醌类蛋白加合物的存在。研究结果揭示了多酚调控鱼蛋白凝胶的新模式和新机制。
鱼蛋白凝胶食品以其高营养、多形态、可塑性获得消费者的亲睐，现有产品多通过添加淀粉、多糖、蛋白保持其良好凝胶性能，不利于其营养价值和风味特征的保持。多酚类物质广泛存在果蔬中，天然安全且益于人体健康物质，消费者接受度高。本研究采用水溶性好抗氧化性强的GA联合超声作用，在低剂量（5μmol/gprotein）下即可实现凝胶性能的极大提升，为采用绿色低耗能的方式改善鱼类凝胶食品品质提供了新策略，具有良好的应用前景。
参考文献