低温胁迫肌原纤维蛋白结构转变、分子间作用力及热聚集行为机理的研究

Effects on the spatial structure and thermal aggregation behavior of myofibrillar proteins (MP) are studied under cold stress (different freezing temperatures, freezing times, and freeze-thawing cycles). Firstly, ice crystal characteristics (type, shape and distribution) of raw meat are explored during frozen storage by the nuclear magnetic resonance (NMR), and differential scanning calorimetry (DSC). Secondly, effects of freezing storage on the molecular characteristics (fractal dimension, chain conformation, intermolecular interactions) and spatial structure (secondary and tertiary structure) of MP are analyzed by small-angle X-ray scattering (SXAS), circular dichroism (CD) and atomic force microscopy (AFM). Finally, the structure and heat characteristic of MP heat aggregated gel are investigated in order to clarify the formation mechanism of MP gel. Effects of low temperature storage on microstructure and macroscopic properties of MP are illustrated for revealing the molecular mechanism. Therefore, the relationship between special structural changes and heat aggregated behavior of protein is established. The study will provide the theoretical basis and technological strategies for improving the quality of muscle protein and processing deeply under low temperature storage, and building relationships between spatial structure and functional properties of protein.

以肌原纤维蛋白（MP）大分子物质为研究对象，研究低温冻藏（冻藏温度、时间和反复冻融）对蛋白质空间结构和热聚集行为的影响。首先，利用低电场核磁（NMR）和差示热量扫描仪（DSC）等技术，探讨冻藏过程中原料肉冰晶形成特点（种类、形态和分布情况）；其次，通过小角X射线散射（SXAS）、园二色谱（CD）、原子力显微镜（AFM）等技术，分析冻藏条件迫使MP分子特性（分形维数、链构象、分子间相互作用力）、空间结构（二级、三级）的变化；最后，探究MP热聚集体的结构和热特性（微观结构、粒度、Zeta电位），进一步阐明冻藏条件下MP热聚集凝胶体的形成机制。从分子水平、微观水平和宏观水平系统揭示低温冻藏胁迫MP微观结构和宏观性能变化的机理，建立冻藏处理后肌原纤维蛋白空间结构的变化与热聚集行为的关系，为提高低温贮藏肌肉蛋白的质量和精深加工、构建蛋白空间结构和功能特性之间的关系提供理论基础和技术指导。

低温贮藏是保藏原料肉最直接、最有效的方法。但由于在贮藏过程中，水分发生了迁移和重新分配、已形成的冰结晶还会发生冰晶升华和重结晶等现象，引起肌肉蛋白发生化学变化，最终导致肉类食品质量下降。本项目以肌原纤维蛋白（MP）大分子物质为研究对象，研究低温冻藏（冻藏温度、时间、反复冻融、冷冻方式）对蛋白质空间结构和热聚集行为的影响。利用低场核磁（LF-NMR）和电镜等技术，探讨冻藏过程中原料肉冰晶形成特点（种类、形态和分布情况）；其次，通过X射线衍射（XRD）、园二色谱（CD）、原子力显微镜（AFM）等技术，分析冻藏条件迫使MP分子特性（分形维数、链构象、分子间相互作用力）、空间结构（二级、三级）的变化；最后，探究MP热聚集体的结构和热特性（微观结构、粒度、Zeta电位），进一步阐明冻藏条件下MP热聚集凝胶体的形成机制。结果表明随着冻藏温度的升高、冻藏时间的延长、反复冻融次数的增加、不恰当的冷冻方式会增大冰晶的尺寸，形成了不规则分布和形状的冰晶；蛋白质一级结构侧链发生氧化交联，二级结构中有序结构比例下降，三级结构逐渐解体，分子链构象发生转变，解旋的蛋白质通过二硫键交联形成大分子聚集体；在热变性的过程中，聚集体变性温度降低，大尺寸的蛋白质颗粒形成，促进了蛋白质进行无序的聚集，形成了刚性较弱、表面粗糙、网络结构松散的热聚集体，降低了凝胶品质。本研究从分子水平、微观水平和宏观水平系统揭示了低温冻藏胁迫MP微观结构和宏观性能变化的机理，建立冻藏处理后肌原纤维蛋白空间结构的变化与热聚集行为的关系，为提高低温贮藏肌肉蛋白的质量和精深加工、构建蛋白空间结构和功能特性之间的关系提供理论基础和技术指导。