鲢鱼和草鱼肌原纤维蛋白的聚集及鱼糜凝胶特性的研究

摘要

鲢鱼（Hypophthalmichthys molitrix)和草鱼（Ctenopharyngodon idellus)等低值鱼是产量最大的淡水鱼品种，然而因其蛋白质结构和特性限制了这些鱼种在鱼糜加工制品中的应用，如何利用这些大宗低值淡水鱼生产品质优良的鱼糜食品则是水产品加工领域研究的重要课题。为了解决上述问题中的主要基础研究问题，首先需要清楚地了解和阐述鱼糜凝胶的品质变化规律，以寻找最佳的加工条件和改善品质的有效方法。为此，本文以鲢鱼和草鱼为原料，主要研究鱼糜凝胶加工过程中在形成凝胶时蛋白质的聚集行为及其环境影响因素，了解加工条件改变所引起的鱼糜凝胶流变特性和质构特性的变化规律，同时采用图像处理技术获得鱼糜凝胶微结构参数，并建立其与质构特性参数的关系，此外采用动态流变仪和核磁共振技术分别研究了鱼糜凝胶化动力学和鱼糜加工过程水分状态的变化，为实现鱼糜凝胶形成过程和产品特性的控制奠定理论基础和提供实际参考。主要研究结果如下：
　　1、环境条件对鲢鱼肌原纤维蛋白功能特性的影响研究结果表明，环境因素（如pH、温度、外源物NaCl、CaCl2等）显著影响蛋白质功能特性。在实验条件范围内，pH值和NaCl浓度的增大均可使肌原纤维蛋白溶液的浊度降低，溶解度增大，蛋白质起泡能力增强。CaCl2浓度对肌原纤维蛋白功能特性的影响存在温度效应；Ca2+可促进鲢鱼肌原纤维蛋白聚集体的形成，在40℃时，Ca2+浓度效应较明显。
　　2、环境条件对肌球蛋白聚集行为的影响研究结果表明，鲢鱼和草鱼肌球蛋白溶液的浊度与肌球蛋白浓度存在量效关系。鲢鱼肌球蛋白在环境温度<40℃时，其聚集过程可逆；温度对草鱼肌球蛋白聚集行为的影响不明显。草鱼肌球蛋白溶液的浊度受环境pH值的影响较小，pH值对鲢鱼肌球蛋白溶液聚集行为的影响大于其对草鱼肌球蛋白溶液聚集行为的影响。CaCl2可促进鲢鱼和草鱼肌球蛋白分子发生聚集，使其溶液的浊度升高。肌球蛋白的特性粘度随温度升高而下降，鲢鱼鱼肉肌球蛋白的特性粘度高于草鱼；Ca2+浓度对肌球蛋白特性粘度的影响存在量效关系。在pH6-7.5范围内和Ca2+浓度为20～60mmol/L时，鲢鱼鱼肉肌球蛋白的特性粘度以及相对粘度均高于草鱼。
　　3、淡水鱼鱼糜凝胶的应力松弛特性研究结果表明，采用三元件Maxwell模型能较好拟合鲢鱼和草鱼鱼糜凝胶的应力松弛特性。鲢鱼和草鱼鱼糜凝胶的衰变弹性系数E1与平衡弹性系数E2随着含水量的增加呈现下降的趋势，松弛时间τ在含水量84.0％时最小。在所研究的凝胶化温度范围内，鲢鱼鱼糜凝胶的应力松弛特性参数要大于对草鱼鱼糜凝胶的应力松弛特性参数，当40℃时三个参数均达到最大值。冷却方式对应力松弛特性影响很小。两种鱼糜凝胶的E1和E2随着CaCl2添加量的增加呈先增加后下降的趋势，在添加量为80mmol/Kg时，E1和E2达到最大值；随着食盐添加量升高，两种鱼糜凝胶的E1和E2均减小，松弛时间τ在食盐添加量为2.5％达到最小值。贮藏时间对E1、E2和τ均有不同程度的影响。
　　4、淡水鱼鱼糜凝胶的蠕变特性研究结果表明：采用Burgers模型能较好拟合鲢鱼和草鱼鱼糜凝胶的蠕变特性。鲢鱼鱼糜凝胶和草鱼鱼糜凝胶的蠕变特性有较大差异；凝胶化温度对淡水鱼鱼糜凝胶的蠕变特性有较大影响，采用40℃加热60min，90℃加热30min的两段式加热方式制得的凝胶蠕变特性较好；冷却方式对淡水鱼糜凝胶的松弛时间τ影响较大，对其他Burgers模型参数影响较小；在凝胶中加入CaCl2和NaCl都影响鱼糜凝胶的蠕变特性；随含水量的增加，鲢鱼鱼糜凝胶和草鱼鱼糜凝胶的普弹形变模量E1降低，其他蠕变参数变化较小；在贮藏期中，鲢鱼鱼糜凝胶和草鱼鱼糜凝胶的蠕变特性参数变化幅度较小。
　　5、鱼糜凝胶的凝胶化动力学研究结果表明：鲢鱼和草鱼鱼糜在加热的过程中，弹性模量G′的变化经历3个阶段。随着含水量的增加，鲢鱼和草鱼鱼糜的弹性模量G'均呈下降趋势。鲢鱼和草鱼鱼糜的凝胶化温度Tgel均随着含水量的升高而增加，鲢鱼鱼糜的凝胶化温度Tgel要高于草鱼鱼糜的凝胶化温度Tgel。根据Arrhennius动力学模型计算出鲢鱼和草鱼鱼糜的热交联焓值H分别为502.2kJ/mol和375.1kJ/mol。鲢鱼和草鱼鱼糜凝胶活化能与鱼糜含水量有关。在含水量82.3%-92.5%范围内，鲢鱼和草鱼鱼糜凝胶活化能变化范围分别为183.1-262.0kJ/mol、113.6-155.5kJ/mol，鲢鱼鱼糜凝胶活化能高于草鱼鱼糜凝胶活化能，草鱼鱼糜比鲢鱼鱼糜更容易形成凝胶，在含水量为85.0%时鱼糜凝胶活化能具有较低值。
　　6、加工条件对鱼糜凝胶特性及微结构的影响研究结果表明，在含水量为80%-86%范围内，鱼糜凝胶的硬度和保水性随着含水量的增加呈下降趋势，鲢鱼鱼糜凝胶的硬度高于草鱼鱼糜凝胶的硬度。含水量增加可使蛋白质聚集体分散度变大。在NaCl添加量为1.5%-3.5%范围内，NaCl添加量增加可使鱼糜凝胶的硬度和保水性增加，鱼糜凝胶的弹性随NaCl添加量的增加呈先上升后下降的趋势。NaCl添加量不同可引起蛋白质聚集体形貌的改变。在40℃条件下凝胶化时，鱼糜凝胶的硬度、弹性和保水性均达到最大值，其凝胶结构较致密。在60℃条件下凝胶化时，鱼糜凝胶的硬度、弹性和保水性均最小，其鱼糜凝胶聚集体呈条状。鱼糜凝胶的弹性在CaCl2添加量为20mmol/kg达到最大，其凝胶结构分布均匀。鱼糜凝胶的微结构参数与质构特性之间存在一定的关联性。
　　7、加工过程中凝胶水分状态及微结构的变化研究结果表明：含水量是影响横向弛豫时间的重要原因，鱼糜凝胶的横向弛豫时间T2与含水量呈良好的线性正相关关系。在含水量82.5%-90.0%范围内，随着两段法加热过程的进行，鲢鱼和草鱼鱼糜凝胶横向弛豫时间T2均表现出先下降后上升的趋势。采用多指数衰减模型可将衰减的NMR信号主要反演为1-2个指数峰。在40℃条件下加热时，鱼糜凝胶中的水只存在一种状态，该部分水主要是与蛋白质相结合的水。当进入90℃条件下加热时，鱼糜凝胶中的水存在两种状态，长弛豫时间的峰所表征的水主要是毛细管或凝胶网格中的水。随着含水量的增加，横向弛豫时间T21和T22均增加，其变化范围分别为75.6463-200.923ms、403.702-1072.27ms。与横向弛豫时间T22相对应的第二个峰其比例随含水量的增加而加大，加工过程中凝胶水分状态的变化与微结构的变化相一致。

目录

声明

英文缩略语表

第一章 前言

1 蛋白质的聚集及其对凝胶特性的影响

2 凝胶中的水分及其对凝胶品质的影响

3 本课题的研究目的和意义

第二章 环境条件对肌原纤维蛋白功能特性的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

3.小结

第三章 环境条件对肌球蛋白聚集行为的影响

1材料与方法

2 结果与分析

3 小结

第四章 淡水鱼鱼糜凝胶的应力松弛特性研究

1 材料与方法

2 结果与分析

3讨论

第五章 淡水鱼鱼糜凝胶的蠕变特性研究

1 材料与方法

2 结果与分析

3小结

第六章 鱼糜凝胶的凝胶化动力学研究

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

第七章 加工条件对鱼糜凝胶特性及微结构的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

第八章 加工过程中凝胶水分状态及微结构的变化

1 材料与方法

2 结果与分析

3讨论

第九章 结论与展望

1 结论

2 展望

3 论文创新点

参考文献

致谢

附录