高压均质处理实现骨骼肌肌原纤维蛋白的水溶解机制及其新型加工特性研究

Meat is a nutrient-rich food. However, Meat proteins have not been fully utilized because of the low solubility of myofibrillar proteins (MP) in water or low ionic strength solutions. In the present project, the skeletal muscle MP regarded as the research materials are subjected to protein modification by high pressure homogenization (HPH) technology. To optimize the process parameters in solubilization muscle proteins in water, the effects of different homogenization conditions, ionic strengths and pHs on the solubility of MP will be investigated. Then, to elucidate the mechanism of protein solubilized in water by the HPH and to reveal thermal characteristics of HPH treated MP, the surface functional group content and molecular conformational changes of protein will be determined by using the microplate, circular dichroism, and infrared spectroscopy, the determination of protein molecular aggregation and thermodynamic changes will be conducted by using laser light scattering instrument, density measurement and differential scanning calorimetry determination, the water soluble protein domain and the key subfragments of protein molecule contributing to the water solubility are going to be studied by using enzyme hydrolysis, SDS-PAGE and mass spectrometry determination, the chemical interactions within the proteins will be tested by the chemical modification method. Finally, the physicochemical properties and functional properties such as solubility and emulsify property of HPH modified MP powder under certain conditions are going to be explored. Overall, the research results of this task will enrich the theory of skeletal muscle MPs solubilized in low ionic strength and provide theoretic guidelines for the R&D of new meat protein products.

肉中丰富蛋白质受制于其在水或低离子强度条件下的低溶解性，导致利用程度较低，而本课题以骨骼肌肌原纤维蛋白（MP）为研究对象，通过应用高压均质蛋白改性技术，研究不同高压均质条件、离子强度、pH对MP溶解性的影响，以优化肌肉蛋白其水溶解性的工艺条件；在此基础上，利用酶标仪、圆二色谱、红外光谱仪等测定表面官能团含量以及分子构象变化，利用激光光散射仪、密度仪和差示热量扫描仪等测定蛋白分子聚集和热力学变化，利用酶解、SDS-PAGE和质谱等技术测定蛋白水溶解的关键结构域、对实现蛋白水溶解起重要作用的分子片段，利用化学修饰法测定化学作用力对改性蛋白热特性变化的贡献，以阐明高压均质实现蛋白水溶解机理并揭示高压均质改性蛋白的热特性变化规律；最后探索在此条件下改性蛋白粉的物化性质和溶解、乳化等新型加工特性，以期进一步丰富骨骼肌MP在低离子强度下溶解的理论研究，为开发新型肉蛋白产品提供理论指导。

肌肉蛋白因其营养和结构特性，被公认为是开发新型蛋白产品的良好原料，其应用于质构改性流体食品潜力巨大。在骨骼肌肌肉蛋白中，肌原纤维蛋白（myofibrillar protein, MP）是其主要组分，MP在低离子强度条件下的加工特性缺陷限制了其流体食品的开发与应用。如何实现MP水溶解、提高其热稳定性和改善蛋白粉加工特性等问题在肉类科学领域备受关注，开展相关的基础研究成为亟需完成的任务。本项目以此为出发点，创新引入食品高压均质（high pressure homogenization，HPH）技术，系统研究了HPH对MP在水溶液中的溶解度的影响，揭示了HPH实现MP水溶解的分子机制。随后，探讨了其热特性变化规律。在此基础上，建立了新型加工策略以抑制MP热聚集，提高其热稳定性。在蛋白粉加工特性方面，阐明了HPH提高MP粉加工特性的分子机制，另外与商用的大豆分离蛋白和乳清分离蛋白粉进行了比较，揭示了改性后MP粉的组成和加工特性特点。其重要结果分述如下：（1）HPH能够有效提高MP的水溶性和稳定性，其改善效果受到高压均质压力、处理次数、腔体设计、和蛋白浓度等因素的影响；（2）HPH诱导的分子间静电排斥和肌球蛋白尾部二硫键的空间阻碍，使得肌球蛋白粗肌丝装配进程受到抑制，最终导致MP在水溶液中的溶解度和稳定性的显著提升；（3）HPH结合巯基屏蔽策略可进一步提高MP水溶液的热稳定性。HPH预处理通过解聚完整的肌纤维结构并暴露掩埋的巯基基团，对其屏蔽起到了促进作用，MP的热聚集得到了大幅抑制，最终导致了蛋白溶解度的进一步增强；（4）HPH能够显著改善冻干肌原纤维蛋白粉复溶后的水溶性和乳化性；其必需氨基酸组成与含量达到了推荐的学龄前儿童标准，其赖氨酸和含硫氨基酸的含量显著高于大豆分离蛋白（SPI）；与常用乳清分离蛋白（WPI）和SPI相比，具有优异的吸水/吸油能力和乳化性能。综上所述，高压均质改性后的肌原纤维蛋白在低离子强度下表现出优异的加工性能，以上结果能够为新型肌肉蛋白流体食品的开发提供思路和理论依据。