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高压微射流技术应用于肌原纤维蛋白改性与增溶

作者:www.willnano.com 日期:2022-07-10 点击:389
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鸡胸肉的肌原纤维蛋白(MPs)通常不溶于水。本文将介绍通过高压微射流技术的应用,对肌原纤维蛋白改性,从而大大提高了肌原纤维蛋白的水溶性。文章名为:Potential of high pressure homogenization to solubilize chicken breast myofibrillar proteins in water. 发表于Innovative Food Science and Emerging Technologies,原文链接:http://dx.doi.org/10.1016/j.ifset.2015.11.012


 

图 BEE与Genizer高压微射流技术应用于肌原纤维蛋白改性与增溶

图 BEE与Genizer高压微射流技术应用于肌原纤维蛋白改性与增溶2

图 BEE与Genizer高压微射流技术应用于肌原纤维蛋白改性与增溶

 

鸡胸肉的肌原纤维蛋白(MPs)一般不溶于水。研究了高压微射流均质技术对水中鸡胸肉MPs的溶解作用。研究了0psi(0.1MPa)、10000psi(69MPa)、15000psi(103MPa)和20000psi(138MPa)对水中MPs的溶解度、蛋白质谱、颗粒性质、流动性能和微观结构的影响。高压微射流均质技术在15000psi(103MPa)下,可诱导具有小粒径(亚丝、低聚物或单体结构)和高绝对zeta电位的MPs悬浮,从而提高其溶解度、流动能力和稳定性,而不需要单个蛋白降解。粒径减小和分子间静电斥力增强是高压微射流均质技术处理水中MPs溶解的主要原因。工业意义:肉制品的定性特性与肉蛋白的溶解度密切相关。肌原纤维蛋白(MPs),作为总肌肉蛋白的主要组成部分,通常被认为是不溶于水的。结果表明,高压微射流均质技术可以使肌原纤维蛋白在水中增溶,为新功能肌肉蛋白食品提供了一种思路。

 

肉类是一种营养丰富的食物,作为人类的补充蛋白质来源起着重要的作用。与豆类和全麦相比,肉蛋白因其所有必需氨基酸的限制氨基酸,具有高消化率。然而,由于肌原纤维蛋白(MPs)在低离子强度溶液或水中约占肉类蛋白的低溶解度,肉类尚未像牛奶或豆制品那样得到充分利用。此外,肉类蛋白质需要相对较高浓度的盐(大于0.3M氯化钠或氯化钾)来溶解。肉制品的质地坚硬,使那些有咀嚼和吞咽障碍的人难以食用。如果MPs可以在水或低盐溶液中溶解,则可以推进肌原纤维蛋白的研究,以促进肉制品的创新。例如,肉类可以发展为一种针对老年人和营养不良患者的口服营养补充剂。

 

目前已经对MPs在水中的溶解度进行了几项研究。基本上所有的鳕鱼肌原纤维蛋白都被证明变得可溶,实现方式是将切碎的鳕鱼肌肉在水中洗涤三次,然后用足够量的水(1/50:重量/体积)提取,将离子强度降低到0.3mM以下。然而,当鸡胸肌均质并在水中洗涤时,即使将离子强度降低到远低于鱼肌肉的值,肌纤维蛋白也没有溶解。用l-组氨酸(pH 7.0-7.5)缓冲的氯化钠溶液(25毫米-150mM)洗涤,然后超声处理肿胀的肌纤维,以完成鸡胸肉MPs在水中的溶解。研究表明,某些蛋白质优先被(25mM-150mM)氯化钠溶液去除,该溶液被调整到中性pH,使最终洗涤沉积物中的蛋白质通过超声波溶于水。这将抑制肌凝蛋白丝的形成,有助于肌凝蛋白在低离子强度溶液中的溶解。然而,这种方法对食品生产是不可行的。这些局限性是由于难以控制相对较低的离子强度和中性pH,复杂的程序(25mM-150mM氯化钠溶液步进洗涤)和超声处理不均匀。需要一种更好的方法来将鸡胸肌肌纤维蛋白溶解在水中。

 

微射流高压均质技术是一种非热加工技术,能够对食品产生有趣的功能特性。这是一种特殊形式的技术利用高压使液体材料通过结合行动,如强剪切、冲击力和空化通过金刚石交互容腔(取决于每台机器的设计和特性),导致生物大分子的修改,如植物和牛奶蛋白质。在本研究中,我们认为高压微射流均质技术由于其粒径缩小和物理修饰效应,可能是加速鸡胸肉MPs在水中溶解的一种很好的替代方法。因此,本研究的目的是测试高压微射流均质技术在不需要氯化钠溶液洗涤、离子强度和pH调整步骤的情况下,在水中溶解鸡胸肉MPs的潜力。研究了高压微射流均质技术压力对MPs在水中的溶解度、蛋白质分布、粒径分布(PSD)、zeta电势、流动特性和微观结构的影响。据我们所知,高压微射流均质技术在肉制品加工过程中一直没有得到充分的重视。高压微射流均质技术对MPs在水中的溶解的尝试将为广泛的肉制品开发开辟一个有前途的研究领域,并扩展高压微射流均质技术技术在食品工业中的应用领域。

 

部分主要研究过程:

用微射流高压均质法制备水溶性MPs分散液

肌原纤维悬浮液原液通过将肌原纤维在冷(4°C)去离子水中,用高速剪切机8000rpm在蒸馏水剪切2min,并调整浓度为5 mg/mL(基于初步实验),用于进一步分析和处理。高压微射流均质是通过使用高压均质器(MiniDeBee,BEE,美国)配备一个单增压柱塞系统和一个75μmF20Y型金刚石交互容腔(Genizer™,洛杉矶,美国)进行的。该均质单元的几何形状和原理图在其他地方有详细描述(Donsi,Sessa&法拉利,2011;Donsi等人,2013)。在4°C的进样温度下,以10000psi(69兆帕)、15000psi(103MPa)和20000psi(138MPa)通过交互容腔处理两次。为了保证出口温度不高于20°C,在高压均质系统中配备了一个快速冷却系统,通过连接紧邻腔室下游的热交换器来实现。获得的样品在进一步分析前立即以4°C保存。未经微射流高压均质处理的样品作为对照。

 

主要研究结果:

高压微射流处理压力对MPs在水中溶解度的影响

在图1a中未经高压微射流均质处理,预计MPs在水中的溶解度较低(2%)。这与文献一致,强调了在缺乏独特的处理程序的情况下,MPs在水中的不溶性。然而,有趣的是,高压微射流均质(10000-20000psi)处理可以显著增加(p小于0.05),溶解度可达60%(图1a)。当压力从0psi增加到15000psi时,高压微射流均质处理促进了溶解度的逐渐增加(P小于0.05)(到69%)。由于施加非常高的力,高压微射流均质的较高的压力(20,000psi)可能会导致一个“过度处理”效应(阿尔瓦雷斯-萨巴特尔,德马拉农,&阿波利亚,2015)作为一个减弱在20,000psi 高压微射流均质下的溶解效果见图1a。图1b显示了在4°C下保存14天后,经不同高压微射流均质压力处理的水中MPs的视觉方面。在非高压微射流均质处理的样品(对照)中的MPs迁移到底部,并观察到两相,即白色沉积物和透明的水相。蛋白质迁移证实了沉降现象,这是由于颗粒与介质之间的密度差异。相反,在15000psi 高压微射流均质处理下的样品沿整个样品呈现出均匀的白色结构(图1b),说明高压微射流均质可以显著提高样品的均匀性。同样,在10000psi和20000psi的压力水平下,样品呈现出一小层非保留水。高压微射流均质处理后的菊粉水溶液分散也出现了类似的现象。据报道,高压微射流均质可以减少果汁在储存过程中的沉淀和加热的乳清蛋白水溶液。这些事实表明,高压微射流均质能够提高鸡肉肌原纤维蛋白的溶解度。


 图 高压微射流处理压力对MPs在水中溶解度的影响

图1 高压微射流处理压力对MPs在水中溶解度的影响

 

 图 高压微射流处理压力对MPs水溶液中粒径与zeta电位的影响

图 高压微射流处理压力对MPs水溶液中粒径与zeta电位的影响

 

结论:用15000psi(103MPa)进行两次高压微射流均质处理,可以显著提高MPs在水中的溶解度和稳定性,而不需要任何单个蛋白质多肽的降解。高压微射流均质处理可以产生具有小粒径(最可能是亚丝或单体结构)和高绝对zeta电位的MP水悬浮液。高压微射流均质处理也提高了其流动能力。高压微射流均质诱导的颗粒径减小和分子间静电斥力增强可能导致鸡胸MPs在水中的溶解度增加。高压微射流均质似乎是一种很有前途的促进MPs在水中溶解的技术。


 图 高压微射流技术应用于肌原纤维蛋白改性与增溶机制原理示意图

图 高压微射流技术应用于肌原纤维蛋白改性与增溶机制原理示意图

 

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