微波条件下肌原纤维蛋白凝胶形成过程与特性的研究

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肌原纤维蛋白(MP)的热诱导胶凝特性很大程度上决定了肉制品的色泽、嫩度、弹性和保水性等品质。水浴加热是制备凝胶最常使用的方法,但它具有加热缓慢、耗水、耗时和耗费能源等缺点。而微波加热迅速、高效且节能,可作为制备凝胶的良好加热方式。目前有少量微波加热条件下关于凝胶特性的研究,但是尚未见对于凝胶形成过程的报道。因此,本论文研究了微波加热诱导制备的AA型肉仔鸡胸肉MP凝胶特性与结构的变化,揭示MP从“溶胶”转变为“凝胶”的过程,探讨了凝胶特性的调控机制,并优化了微波加热的工艺参数,为微波加热方式在鸡肉糜类肉制品加工中的应用提供理论依据。本文的具体内容如下:
  (1)在不同功率微波(300、400、500、600、700和800W,时间:12s)加热条件下制备MP凝胶样品,研究凝胶的白度、保水性、质构特性、超微结构和蛋白质的组成、二级结构和高级结构的变化趋势。结果表明:在500W时,MP凝胶具有最佳的表面形态和超微结构,此时的弹性和保水能力也达到最大,而硬度则随着微波功率的增加而持续增加。微波功率的变化不会改变凝胶中MP的组成,但是可以改变其二级结构和高级结构。随着微波功率的增加,α-螺旋含量减少,而β-折叠、β-转角和无规卷曲含量增加。同时,表面疏水性和活性巯基含量上升,总巯基含量下降。相关性分析表明凝胶中MP的结构显著影响其凝胶的质构和保水特性。因此,不同功率的微波加热改变了MP的高级结构,导致凝胶特性发生改变,微波功率500W为制备MP凝胶的合适条件,此时MP凝胶具有最佳的三维网状结构和较好的凝胶特性。
  (2)在微波功率500W条件下,将MP溶液分别加热不同时间(0、3、6、9、12、15和18s)后,立即测定其对应的温度变化,并通过测定加热后MP样品的热焓、二级结构变化、亚基组成、超微结构、外观变化,探讨了微波加热条件下MP从“溶胶”转变为“凝胶”的过程,揭示了化学作用力对凝胶特性的调控机制。结果表明:加热处理3s样品的差示扫描量热仪(DSC)图中变性峰温度和热焓值(ΔH)与对照样基本一致,6s样品和9s样品的热焓值ΔH显著下降,加热12s及以上温度样品的吸热峰均全部消失。加热处理6、9、12s时MP样品的对应温度分别为42.03、63.50和73.28℃。说明加热6s即温度达到42℃时MP已经开始变性,加热12s即温度达到73.28℃时MP已经完全变性。微波加热过程中,MP的α-螺旋含量逐渐降低而β-折叠逐渐增加,说明MP分子逐渐展开并不断聚集和重排,凝胶结构逐渐形成。扫描电镜显示9-12s之间形成的MP凝胶具有更好的三维网络结构。微波加热使MP样品的肌球蛋白重链条带变浅。因此,凝胶的形成过程概括为:微波加热6s即温度达到42.03℃时MP开始变性,蛋白质分子逐渐展开、聚集、重排,开始形成凝胶,9s即温度达到63.50℃时,已经形成了具有固体形状和良好网络结构的凝胶,到12s即温度为73.28℃时MP完全变性,形成具有最均匀细腻三维网络结构的凝胶。
  微波加热0-9s时,MP样品的蒸煮损失和保水性基本不变,9s后,蒸煮损失显著增加,而保水性显著下降(p<0.05),低场核磁共振(NMR)也显示MP中的束缚水减少,自由水增加。在微波加热过程中,MP样品的硬度在6s后持续增大,而弹性在12s时达到最大值。在微波加热过程中,二硫键逐渐生成,疏水作用力和静电作用力增强,氢键作用被削弱。经相关性分析和主成分分析发现,在微波加热过程中,作用力变化引起蛋白结构改变,进而调控其凝胶特性变化。
  (3)在单因素实验基础上,利用响应面实验设计考察了微波功率、微波时间和溶液pH三个因素对MP凝胶硬度、弹性和保水性的影响,建立了微波加热条件与MP凝胶特性之间的回归模型。实验结果表明,响应面模型拟合性良好,微波加热制备MP凝胶的最佳条件为:微波功率400W,微波时间15s,溶液pH6.0,此条件下MP凝胶的硬度为45.48g,弹性为0.82,保水性为88.86%,与预测值误差较小。
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