鱼糜蛋白质在胶凝中的构象变化及其对凝胶特性的影响

鱼糜蛋白质在胶凝中的构象变化及其对凝胶特性的影响1.鱼肉中蛋白质组成及其特性鱼肌肉中蛋白质通常分为三大类，肌原纤维蛋白、肌浆蛋白和结缔组织蛋白。

一般说来，肌原纤维蛋白占鱼肉总蛋白质含量的65%~75%，占肌纤维总容积的80%，是鱼类食品加工中最主要的结构和功能性蛋白质。

肌原纤维蛋白与肌原纤维蛋白的相互作用、与非蛋白添加物的相互作用可使鱼肉制品获得理想的品质特性。

肌浆蛋白石水溶性蛋白，蒸煮时变性沉淀，与鱼肉的质构关系不大。

结缔组织蛋白组要由胶原蛋白组成。

与家禽和家禽肉相比，鱼肉胶原蛋白熔化温度较低，蒸煮时很容易转变为明胶（一）肌原纤维蛋白肌原纤维蛋白大约占肌肉总重量的11%，或占肌肉蛋白质总重的55%~70%。

肌原纤维蛋白时构成肌原纤维的蛋白，支持着肌纤维的形状，因此也称为结构蛋白或不溶性蛋白质。

根据其在活体中的作用，肌原纤维蛋白又可分为收缩蛋白、调节蛋白和支架蛋白。

收缩蛋白（肌球蛋白和肌动蛋白）直接参与肌肉收缩，构成肌原纤维。

调节蛋白包括原肌球蛋白、肌原蛋白和其他小分子蛋白，参与肌肉收缩的启动和控制。

支架蛋白包括伴肌球蛋白或肌联蛋白、C—蛋白、肌间线蛋白和其他小分子蛋白。

1.肌球蛋白（myosin）（1）肌球蛋白的基本特性肌球蛋白时肌肉中含量最高的也是食品加工中最重要的蛋白质，约占肌肉总蛋白质的三分之一，占肌原纤维蛋白的55%~60%。

肌球蛋白构成粗丝，分子质量约为470~510ku，形状很像“豆芽”，由两条肽链相互盘旋构成，全长约160nm，头部直径约为8nm，尾部直径约为1.5~2nm。

在胰蛋白酶的作用下，肌球蛋白裂解为两部分，即由头部和一部分尾部构成的重酶解肌球蛋白（Heavy meromysoin，HMM）和尾部的轻酶解肌球蛋白（lightmeromysoin，LMM）。

在肌球蛋白的头部有四个轻链，分别为两个LC—1、一个LC—2和一个LC—3。

肌球蛋白不溶于水或微溶于水，可溶解于离子强度为0.3以上的中性盐溶液中，等电点5.4。

肌球蛋白可形成具有立体网络结构的热诱导凝胶和高压诱导凝胶。

肌球蛋白的溶解性和形成凝胶的能力与其所在溶液的pH、离子强离子类型等有密切的关系。

肌球蛋白形成热诱导凝胶是非常重要的工艺特性，直接影响碎肉或肉糜类制品的质地、保水性和感官品质等。

肌球蛋白可在饱和的NaCl或（NH4）2SO4溶液中盐析沉淀。

肌球蛋白的头部有ATP酶活性，可以分解ATP，并可与肌动蛋白结合形成肌动球蛋白。

ATP对肌球蛋白的变性和凝集程度很敏感，所以，可用ATP酶的活性大小指示肌球蛋白的变性程度。

（2）肌球蛋白的聚合于解聚每个天然的粗肌丝大约是由300个肌球蛋白依靠其尾部间的静电作用而有序排列形成的，头部向外突出。

在离子强度大于0.5mol/L KCl时，粗肌丝发生解聚，致使肌小节解体。

肌球蛋白溶解于1%~8%的NaCl溶液，在这种情况下，肌球蛋白多以单体形式存在；而在低离子强度（0.05%~0.5% NaCl）的水溶液中，肌球蛋白则大部分溶解，多以聚合体的形式存在。

改变溶液的pH和离子强度，干扰了离子间的静电作用，肌球蛋白的聚合程度会随之发生变化2.肌动蛋白（Actin）肌动蛋白约占肌原纤维蛋白的20%，是构成细肌丝的组要成分。

肌动蛋白只有一条多肽链构成，其分子质量为41.8—61ku。

肌动蛋白能溶于水及稀的盐溶液中，在半饱和的（NH4）2SO4溶液中可盐析沉淀，等电点4.7.肌动蛋白单体为球形结构的蛋白分子，称为G—肌动蛋白，分子质量为43ku。

在磷酸盐和ATP的存在下，G—肌动蛋白聚合成F—肌动蛋白，其形状像“串珠”，后者与原肌球蛋白等结合成细肌丝。

激动蛋白不具备凝胶形成能力。

3.肌动球蛋白（Actomyosin）鱼经宰杀后，肌球蛋白与细肌丝或肌动蛋白紧紧结合，形成肌球蛋白和肌动蛋白复合物，即肌动球蛋白。

肌动球蛋白的黏度很高，由于聚合度不同，其分子质量不定。

肌动蛋白与肌球蛋白的结合比例大约为1：（2.5~4）。

肌动球蛋白也具有ATP酶活性，但与肌球蛋白不同，Ca2+和Mg2+都能激活。

肌动球蛋白能形成热诱导凝胶，影响肉的加工特性。

鱼糜及其制品在加工中，肌动球蛋白是主要的蛋白质，其浓度和性质决定着鱼糜凝胶的性质。

加工中，如果肌球蛋白变性不明显，可向鱼糜或尸僵后的鱼肉中添加多聚磷酸盐化合物，使肌动球蛋白分解为肌球蛋白和肌动蛋白4.5.（二）肌浆蛋白肌浆蛋白大约占鱼肉总重的5%~6%，或者占鱼肉总蛋白质含量的20%~30%。

肌浆蛋白是水溶性的，溶解于低离子强度的水溶液（离子强度0.05~0.15，pH6.5~7.5），主要包括产于肌纤维代谢的酶类，其特点是分子质量较小，等电点、pH较高，绝大多数的肌浆蛋白质为球状。

肌浆蛋白中主要包括肌溶蛋白、肌红蛋白、肌浆酶、肌粒蛋白、肌质网蛋白等，是鱼肉中最容易提取蛋白质，30~40℃凝固，黏度较低。

肌浆蛋白中含有肌红蛋白。

在鱼糜加工过程中，如果肌红蛋白变性并结合到肌原纤维蛋白上，就会引起鱼糜变色。

一般认为，肌浆蛋白不参与激斗蛋白热变性凝胶的形成，并且结合水的能力也较弱，有可能对凝胶的形成产生影响。

如肌浆蛋白中的一些蛋白酶能降解蛋白质，破坏蛋白会的结构，所以对肌原纤维蛋白的凝胶形成有不利影响。

（三）胶原蛋白肌纤维间隙中的结缔组织含有三种胞外基质蛋白，即胶原蛋白、弹性蛋白和网状蛋白，其中主要是胶原蛋白。

胶原蛋白由三条多肽链组成，它们之间由氢键连结形成超螺旋结构。

每一分子含有螺旋区和非螺旋区。

胶原蛋白分子通过输水作用和静电作用，按头尾相连的方式排序。

每个胶原蛋白分子与相邻的胶原蛋白分子相互交错大约自身长度的1/4，形成胶原纤维。

到目前为止，发现至少有19种类型的胶原蛋白，鱼肉肌肉结缔组织有Ⅰ型、Ⅲ型、Ⅳ型、Ⅴ型和Ⅵ型胶原蛋白，肌肉中的胶原蛋白主要是Ⅰ型胶原蛋白。

胶原蛋白呈白色，是一种多糖蛋白，含有少量的半乳糖和葡萄糖。

甘氨酸占到总氨基酸的1/3，是其最重要的组成部分，其次是羟脯氨酸和脯氨酸，两者合起来也有1/3，其中羟脯氨酸含量稳定，一般13%~14%，所以通过测定它来推算胶原蛋白的含量。

哺乳动物胶原蛋白在酸性溶液中的溶解度小，而鱼类胶原蛋白的溶解度则较高，并且交联含量低。

鱼肉经过冻藏后，其胶原蛋白酸溶解部分增多，不溶解部分减少。

这是由于冻藏期间鱼肉中胶原蛋白酶、中性、酸性蛋白酶把胶原蛋白分子由非螺旋部分切开，导致非螺旋部分降解，分子间交联断裂，溶解性增加，从而影响鱼肉的质构。

胶原蛋白不溶于水，鱼糜加工中与肌原纤维蛋白一起保留下来。

这些胶原蛋白受热转变为可溶性明胶，后者影响肌原纤维蛋白热诱导凝胶的形成。

鱼肉胶原蛋白含量一般为0.2%~2.0%，大约占粗蛋白的1%~12%。

胶原蛋白的等电点为7.0~7.8。

鱼皮和鱼肉胶原蛋白在稀盐溶液和稀酸溶液中的溶解度可达80%以上。

（四）弹性蛋白和网状蛋白弹性蛋白呈黄色，在结缔组织中比例很小。

其氨基酸组成有1/3为甘氨酸，脯氨酸、缬氨酸占40%~50%，不含色氨酸和羟脯氨酸，另外它含特有的羟赖氨酸。

弹性蛋白加热不能分解，因而其营养价值甚小。

网状蛋白（Reticulin）的氨基酸组成与胶原蛋白相似，水解后可产生与胶原蛋白同样的肽类。

网状蛋白对酸、碱比较稳定。

2.鱼糜凝胶形成中蛋白质的构象变化通常大多数蛋白质所采取的折叠策略是使主链肽基之间形成最大数目的分子内氢键（如α-螺旋，β-折叠片），与此同时保持大多数能成氢键的侧链处于蛋白质分子的表面将与水相互作用。

在胶凝过程中肌纤维蛋白氢键的变化反映此类蛋白质的三维结构发生了变化；疏水基团的暴露使得蛋白质的表面疏性增强在鱼糜胶凝过程中，由于各种化学键发生了变化，蛋白质的结构等会发生一系列的变化导致蛋白质的变性并相互交联从而形成蛋白质凝胶网络结构。

目前对胶凝过程中蛋白结构的变化研究较多的主要是蛋白质的二级结构的变化。

刘海梅应用圆二色谱仪在对鲢鱼肌球蛋白进行扫描，用计算机模拟肌球蛋白中的二级结构如下刘茹在对鲢鱼肌球蛋白加热的过程中测得肌球蛋白的二级结构组成比例变化如下表Masahiro Ogawa在研究罗非鱼等四种海水鱼肌球蛋白在低温凝胶过程中肌动球蛋白的结构变化时也发现了蛋白质中二级结构由α—螺旋构象转变为β—折叠和无规蜷曲的二级构象。

另外Masahiro Ogawa发现在胶凝中形成的二硫键大多是g-g-t（扭式—扭式—反式）型而不是天然蛋白质中的g-g-g（扭式—扭式—扭式）型二硫键。

根据前人的研究结果和数据表明在鱼糜胶凝时，对鱼糜凝胶性质具有影响较大的肌球蛋白的二级变化发生了较大的变化。

在胶凝之前肌球蛋白的二级结构主要是以α—螺旋为主，在加热凝胶的过程中，α—螺旋转变为了β—折叠和无规蜷曲。

且当凝胶温度下降时，β—折叠构象的比列会降低。

3.影响鱼肌球蛋白构象变化的因素与引起蛋白质变性的因素很多一样，在鱼糜胶凝过程中有很多因素可以引起蛋白质二级构象的转变。

大多数能引起蛋白质变性的因素都能引起蛋白质二级结构的转换。

如温度、pH和离子强度等因素都可以在凝胶过程中都可以改变蛋白质之间的化学作用力进而引起蛋白质的构象改变。

3.1.温度对构象的影响肌球蛋白的二级结构是由大量的氢键和离子键所维系的。

随着温度T的升高振动增强，是蛋白质分子中氢键和离子键等弱键逐渐被破坏，从而使得蛋白质的二级结构被破坏。

从α—螺旋结构的稳定性优于β—折叠，而氢键又是维系二级结构的主要化学力，可以看出二级结构从α—螺旋转变为β—折叠是一个氢键减少的过程。

通过对肌球蛋白中的各种作用力的测量也发现，在胶凝过程中蛋白质之间的氢键的信号值是逐渐降低的。

（刘海梅）3.2.pH对构象的影响pH同样可以对蛋白质间的氢键产生影响。

在蛋白质中的α—羧基和α—氨基之间可以产生氢键。

pH的改变可以使得α—羧基和α—氨基发生质子化，从而使得蛋白质之间的氢键改变。

当鱼肉肌球蛋白的pH偏离7.0时α—螺旋结构都会减少并伴随着β—折叠等二级结构的增加。

（刘茹）3.3.离子强度对构象的影响Park and Lanier (1989) 发现添加盐可以使得蛋白质的变性温度降低，热变性焓值减少。

因此猜测添加盐可以使得蛋白质中的对热变性敏感的的部分展露出来；TEIN M. LIN and JAE W.PARK对鲑鱼的肌球蛋白的研究中发现肌肌球蛋白的α—螺旋含量与肌球蛋白的溶解度随着KCl浓度（溶度范围0.3M-0.5M）的增加表现出相反的变化趋势。

盐浓度、离子强度对蛋白质结构的作用可以从两方面考虑：①离子对蛋白子分子内部的极性基团的直接作用。

②离子改变溶剂的结构，影响水分子与蛋白质极性侧链基团之间相互作用，从而间接地影响蛋白质构象的稳定性，导致发生变化作用。

在添加了盐以后，使得肌球蛋白中的疏水基团和巯基从蛋白质内部暴露出来，破坏了蛋白质的α—螺旋结构，但随着盐离子强度的增加，非极性氨基酸残基之间的疏水作用力成为主要的化学作用力，并使得蛋白质重新获得α—螺旋结构并发生聚集沉淀。