纳米纤维素晶体抑制鱼糜肌原纤维蛋白冷冻变性的机制研究

During frozen storage of minced fish, the denaturation of proteins occur due to the crystallization and removal of binding water, leading to the deterioration of quality and the loss of nutrients. Based on the previous study, the applicant found that cellulose nanocrystalline (CNC) has the potential to retard the freeze-induced denaturation of minced fish proteins. The underlying mechanism might be that CNC could simultaneously bind with myofibrillar protein and its binding water to form a stable microstructure, thus retarding the degeneration of myofibrillar protein. With CNC and fish myofibrillar protein as the research objects, molecular dynamics simulation, rheology, spectroscopy and other methods will be applied to explore the formation of stable microstructure among CNC, myofibrillar protein and its binding water, and its effect on the stability of fish protein during frozen storage. The binding sites and links between molecules will be analyzed to explain the protection mechanism of CNC on the stability of myofibrillar protein. The results will provide a new thought and theory basis for the application of nanoscale food material as a novel protein cryoprotectant.

鱼糜在冻藏过程中，由于肌原纤维蛋白结合水的结晶和分离导致蛋白质变性，造成其品质劣变与营养流失。申请人前期研究发现，纳米纤维素晶体（CNC）可抑制鱼糜肌原纤维蛋白的冷冻变性，其机制可能是：CNC可与肌原纤维蛋白及其结合水发生双重结合作用，形成更稳定的微结构，进而抑制肌原纤维蛋白冷冻变性。拟以CNC和鱼糜肌原纤维蛋白为研究对象，采用分子动力学模拟结合流变学、光谱学等方法，研究CNC与肌原纤维蛋白以及结合水之间的稳定微结构及其对鱼糜蛋白冻藏稳定性的作用，解析分子间的结合位点和连接方式，进而揭示CNC对鱼糜肌原纤维蛋白稳定性的保护机制，以期为纳米级食品材料在新型蛋白抗冻剂的应用提供新思路和理论借鉴。

为深入系统地研究纳米纤维素晶体（CNC）抑制鱼糜肌原纤维蛋白的冷冻变性的作用机理，本项目分析了CNC与肌原纤维蛋白以及结合水之间的稳定微结构及其对鱼糜蛋白冻藏稳定性的作用，解析分子间的结合位点和连接方式，揭示CNC对鱼糜肌原纤维蛋白的保护分子机制，主要研究结论如下：. 1. CNC抑制鱼糜肌原纤维蛋白冷冻变性的研究：冻藏鱼糜中的盐溶性、巯基含量和Ca2+-ATP酶活性等指标随着CNC添加量的上升而上升。肌原纤维蛋白凝胶能力随着CNC含量的增高而增高。CNC有效地抑制蛋白质结构变化，10%添加量效果最好。. 2. CNC抑制鱼糜肌原纤维蛋白冷冻变性的机理研究：CNC可显著抑制肌原纤维蛋白凝胶网状结构空隙增大，可减缓鱼糜冻藏过程中凝胶性能的降低。在CNC的保护作用下，肌原纤维蛋白在冻藏过程中蛋白质二级结构变化明显小于对照组。CNC可显著抑制冰晶生长，并与自由水形成稳定结构从而减少冰晶对蛋白凝胶的影响。. 3. CNC与鱼糜肌原纤维蛋白结合的分子动力学模拟：均方根偏差和均方根波动图像表明，肌原纤维蛋白在含有CNC的体系中更加稳定。无论是构型参数，还是能量参数，均验证了肌原纤维蛋白在含CNC溶剂环境中更稳定的结论。