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LWT | 西南大学李洪军教授:兔肌原纤维蛋白与槲皮素之间共价相互作用:增强蛋白质抗氧化能力和热稳定性的一种方法

12-07 16:50:30 42

与植物来源的蛋白质相比,肉源性蛋白含量高且种类多样,被认为是不可缺少的氨基酸的重要来源。此外,由于其高消化率,肉源性蛋白在营养物质的吸收方面表现非常好,可以满足未来日益增长的营养需求。然而,尽管在肉制品中发现了高质量或具有生物学价值的蛋白质,但它们目前未得到充分利用。由于营养价值高,肉源性蛋白有可能被定制成一种特殊医学用途食品,为那些吞咽障碍人群服务。然而,主要的肉源性蛋白肌原纤维蛋白(myofibrillar proteins,MPs)在中性pH值和低盐介质中表现出较差的溶解度,由于其高分子质量的纤维柔性结构之间发生了有序的静电相互作用。最近,关于通过高压均质化或高强度超声技术,将MPs分散体设计和利用成一种全新的流体产品的报道非常多,这些研究实现了MPs分散体在中性pH值和低盐介质下的溶解,为定制饮料或食品的研发提供了基础。在流体食品工业中,热处理(例如巴氏杀菌和灭菌)是不可避免的,可能会改变蛋白质之间的相互作用,包括疏水相互作用和二硫键(S—S)的交联,导致产生蛋白质聚集和沉淀。因此,将肉源性蛋白质转移到功能性液体补充剂中的第2 个问题是实现热处理后的蛋白质溶解和聚集。许多研究的重点是阻碍或抑制共价二硫键交联和非共价疏水相互作用。此外,通过利用模型疏水分子辛烯基琥珀酸酐,可以抑制加热过程中MPs的疏水聚集。受已有研究启发,通过与更多天然多酚络合来修饰MPs,使其具有功能特性,这对于开发特殊医疗产品至关重要。槲皮素作为一种天然类黄酮,在蔬菜、水果和药用植物中含量丰富。槲皮素的许多治疗潜力和与健康相关的有益作用已被证实,包括直接抗氧化活性、抗炎、抗糖尿病和抗癌。此外,它对心血管和神经保护有积极作用。然而,槲皮素的水溶性差限制了其发挥功能和功效。西南大学食品科学学院、重庆市特色食品工程技术研究中心、川渝共建特色食品重庆市重点实验室的Su Chang等采用pH值变换法制备兔MPs-槲皮素偶联物,以增强MPs的热稳定性。本研究旨在提高MPs在加热后在低盐介质(10 mol/L NaCl)中的溶解度,并通过共价结合槲皮素抑制过度聚集。此外,还探究了偶联对槲皮素溶解度和抗氧化活性的影响。结果表明,槲皮素在4 ℃下保存12 h后稳定性也很低。与游离槲皮素相比,MPs-槲皮素具有更好的溶解性和分散性(P<0.05),此外其溶解度随槲皮素含量的增加而增加。3 种样品的抗氧化能力有显著差异,槲皮素-MP偶联物的抗氧化能力显著增加(P<0.05)。A. 游离槲皮素及与MPs偶联物在4 ℃放置12 h后的外观;B. 离心后游离槲皮素及其偶联物的水溶性;C、D. 分别为游离槲皮素和偶联物的ABTS阳离子和DPPH自由基清除活性。图1  共价结合对槲皮素水溶性和抗氧化活性的影响结果显示,加热后,随着槲皮素含量的增加,溶解度显著增加(P<0.05),浊度降低。样品中蛋白质含量在50 μmol/g下溶解度最高,为80.53%。 对照MPs:酸碱法处理的兔MPs;Qu10~100表示MPs-槲皮素偶联物含10~100 μmol/g prot。图2 加热后共价结合对蛋白质溶解度的影响对照MPs和QU10处理组均出现明显的热诱导MPs聚集或凝胶行为。槲皮素含量的持续增加减轻了MPs的热聚集行为,特别是当样品含50 μmol/g prot时,MPs的粒径最小,并且彼此分布均匀。图3  共聚焦激光扫描显微镜(confocal laser scanning microscope,CLSM)表征加热后的蛋白质形态与对照MPs相比,在整个加热和冷却过程中,MPs-槲皮素偶联物的储能模量(G′)值都有所降低。随着槲皮素含量的增加,在40~60 ℃左右形成的典型过渡峰高度明显增加。图4  MPs在热处理过程中G′变化随着槲皮素含量的增加,MPs的总巯基和游离胺含量显著降低(P<0.05)。傅里叶变换(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)结果显示,随着槲皮素含量的增加,在1200~1700 cm−1处的特征吸收峰位置发生了显著变化。图5  MPs的游离胺和总巯基含量变化(A)和FTIR光谱图(B)当β-巯基乙醇(β-ME)存在时,对照MHC条带几乎完全恢复,而偶联物MHC条带仅部分恢复。肌动蛋白的共轭带几乎完全恢复。此外,与对照MPs相比,偶联物HMMA带仍然堆积在凝胶的顶部。HMMA:高分子质量聚集体(high molecular weight aggregates);LMMA:低分子质量聚集体(low molecular weight aggregates);MHC:肌球蛋白重链(myosin heavy chain)。图6  MPs在还原(+β-ME)/未还原(-β-ME)条件下的SDS-PAGE图谱槲皮素含量升高导致α-螺旋含量较对照MPs降低。当样品中蛋白质含量增加到80 μmol/g和100 μmol/g时,α-螺旋含量略有增加。与对照MPs相比,偶联物β-转角含量明显增加。图7  MPs二级结构相对含量的变化槲皮素含量的增加导致荧光强度在325 nm附近显著降低,此外,随着槲皮素含量的增加,在280 nm处特征峰强度逐渐增大,并有明显的红移。相同含量的的槲皮素溶解在乙醇中,随着槲皮素含量的增加,在280 nm处特征峰高逐渐增加。随着槲皮素含量的增加,蛋白质的表面疏水性降低。图8  本征荧光光谱变化(A)、紫外吸收光谱(B)和MPs样品表面疏水性(D)综上,兔MPs和槲皮素形成的偶联物提高了槲皮素的水溶性和抗氧化性能,更重要的是,偶联物表现出更好的热稳定性。提高槲皮素含量可有效提高MPs加热后的溶解度并抑制热聚集,而较高的槲皮素含量可诱导肌球蛋白头部和S1亚基过度交联,增加分子大小,降低溶解度。未来的研究将尝试采用更多方法来制备槲皮素-MPs偶联物,评估它们在样品制备效率和功能特性方面的差异。文章《Covalent interactions between rabbit myofibrillar proteins and quercetin: A promising approach to enhance protein antioxidant capacity and thermal stability》发表于LWT-Food Science and Technology 2022年171卷西南大学食品科学学院李洪军教授为本文通信作者文章链接:https://doi.org/10.1016/j.lwt.2022.114132翻译:李婉君、龚艺责编:刘莉专家介绍 李洪军,西南大学二级教授、博士、博士生导师,美国康奈尔大学高级访问学者;国务院学位委员会第六、七届食品科学与工程学科评议组成员;国务院政府特殊津贴获得者,教育部“中国食品与营养科学教学指导委员会”委员,农业部国家兔产业技术体系岗位科学家,原中国畜产品加工研究会副会长。重庆市首批农产品加工与贮藏工程学术技术带头人、国家食品药品监督管理局保健食品评审委员会专家、国家财政部农业综合开发评审专家、国家自然科学基金委员会评审专家、科技部科技支撑项目评审专家及咨询专家、四川省科技厅、广东省科技厅、教育厅科技项目评审专家等。Meat Science、Journal of Nutritional Disorders & Therapy、Journal of Food Science and Technology、《食品科学》、《食品工业科技》和《肉类研究》等国内外核心期刊专业杂志审稿人或编委会编委。专辑约稿“肉品质量安全与检测技术”|专辑主编张岩研究员“肉品品质变化及其机制机理研究”|专辑主编臧明伍教授高级工程师“肉类微生物多样性与肉制品风味分析”|专辑主编徐宝才教授“肉品及其副产物加工及高值化利用”|专辑主编王道营研究员 新刊启动  Food Science of Animal Products《动物源食品科学》(英文),欢迎投稿Food Science of Animal Products(ISSN:  2958-4124, e-ISSN :  2958-3780)是一本国际同行评议、开放获取的期刊,由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办,中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营,属于食品科学与技术学科,旨在报道动物源食品领域最新研究成果,涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料,研究内容包括食物原料品质、加工特性,营养成分、活性物质与人类健康的关系,产品风味及感官特性,加工或烹饪中有害物质的控制,产品保鲜、贮藏与包装,微生物及发酵,非法药物残留及食品安全检测,真实性鉴别,细胞培育肉,法规标准等。投稿网址:https://www.sciopen.com/journal/2958-4124
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