荞麦胰蛋白酶抑制剂对蓝圆鲹鱼糜凝胶特性的影响

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荞麦(Fagopyrum esculentum Moench.)是一种药食同源的谷物,常被用来加工成面制品,水溶性的荞麦蛋白是其加工过程中主要的副产物。荞麦蛋白富含赖氨酸,氨基酸组成与其他谷物互补,属于优质植物蛋白,对其进行回收利用具有十分重要的意义。此外,荞麦蛋白中还存在多种天然的特异性蛋白酶抑制剂。鱼糜制品是低值海洋鱼类常见的高值化加工产品,但在其凝胶形成过程中由于肌肉中内源性蛋白酶的存在常常会发生凝胶劣化现象。本文通过等电点沉淀法提取荞麦蛋白,研究不同干燥方式对荞麦分离蛋白结构与功能特性的影响,探究荞麦分离蛋白对蓝圆鲹(Decapterus maruadsi)鱼糜凝胶品质的改善效果,在此基础上纯化得到荞麦胰蛋白酶抑制剂,研究抑制剂对肌肉中内源性蛋白酶的抑制作用。研究结果如下:(1)通过等电点沉淀法制备荞麦分离蛋白(buckwheat protein isolate,BPI),研究冷冻干燥/喷雾干燥不同干燥方式荞麦分离蛋白理化特性和凝胶性质。结果表明,冷冻干燥荞麦分离蛋白(freeze-dried buckwheat protein isolate,FBPI)的蛋白组成与BPI类似,而喷雾干燥荞麦分离蛋白(spray-dried buckwheat protein isolate,SBPI)的13S球蛋白发生降解。FBPI和SBPI的α-螺旋含量分别为22.10%和20.00%,β-转角含量为19.40%和19.80%,表明喷雾干燥会使蛋白结构更加无序化。与BPI相比,SBPI具有更高的表面疏水性和更均匀的粒径,但溶解度和持水能力较低,而FBPI具有与BPI相似的物理化学性质。相比于SBPI,FBPI在升温过程中G’持续下降,表明热处理会破坏FBPI的蛋白凝胶结构。经加热处理再进行冷却,FBPI的G’显著高于SBPI,具有更好的凝胶性。化学作用力结果显示,疏水相互作用和二硫键是凝胶主要作用力。以上结果表明,不同干燥方式使荞麦分离蛋白的理化性质和凝胶性质产生较大差异,因此在食品加工应用方面也可能会带来不同的效应。(2)探究不同干燥方式BPI对蓝圆鲹鱼糜凝胶特性的影响。流变学结果表明,复合体系在45-55℃出现凝胶劣化现象,储能模量降低;随着温度升高,肌原纤维蛋白(myofibrillar protein,MP)变性产生交联使储能模量增强。BPI的加入减轻了凝胶劣化现象,使复合体系的储能模量增强,且加入FBPI的凝胶弹性行为更好。添加BPI增强了蓝圆鲹鱼糜的凝胶强度、咀嚼性、弹性和持水性,降低了鱼糜的蒸煮损失,但过量BPI反而会对凝胶强度和持水性等性质产生一定的消极影响。SDS-PAGE结果表明,添加BPI的鱼糜观察到了MP降解被抑制的现象。相比于SBPI,FBPI对鱼糜凝胶性能的改善效果较强。空白组鱼糜的微观结构呈现出大小不一的孔洞,荞麦分离蛋白-鱼糜复合体系的凝胶结构比较紧凑有序,1%FBPI对鱼糜凝胶基质的填充效果最佳,分形维数结果最高。凝胶强度与弹性、硬度、持水性、蒸煮损失等指标呈显著性相关。因此,荞麦分离蛋白可作为辅料,减轻鱼糜凝胶劣化现象,增强鱼糜的凝胶质构。(3)探究了荞麦胰蛋白酶抑制剂与重组肌原纤维蛋白结合型丝氨酸蛋白酶(recombine myofibril-bound serine proteinase,rMBSP)的作用机制,以期为鱼糜凝胶劣化的有效控制提供理论指导。通过硫酸铵盐析、离子交换柱层析、亲和柱层析等方式,纯化得到了分子量为11 kDa的荞麦胰蛋白酶抑制剂(buckwheat trypsin inhibitor,BTI),经LC-MS/MS质谱鉴定其与荞麦中已知蛋白酶抑制剂BTIw1的同源性高达88%。BTI的温度和pH稳定性较强,变性温度为78.7±1.1℃,且能够在鱼糜热凝胶形成的温度和盐浓度下发挥抑制作用。胃肠液消化结果表明,BTI可以被胃蛋白酶消化,在胃肠液消化中能够被最大程度降解,残余抑制活性为50%左右。与rMBSP的体外相互作用结果表明,BTI对rMBSP的抑制作用为可逆竞争性抑制,抑制常数为0.44μM。分子对接结果显示,Arg48-Asp49是BTI的活性区域,BTI与rMBSP主要通过氢键产生抑制作用。综上所述,荞麦分离蛋白对蓝圆鲹鱼糜凝胶的改良途径有两种,一方面可以填充鱼糜凝胶基质,增强鱼糜凝胶的三维网络结构,另一方面荞麦蛋白中的抑制剂可以在一定程度上减轻由内源性蛋白酶导致的凝胶劣化,提高鱼糜凝胶的品质。本文旨在为荞麦分离蛋白在鱼糜的应用提供理论指导。
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