华中农业大学研究生，华中农业大学研究生院
肌球蛋白是鱼糜胶凝过程中最重要的功能性蛋白，对形成具有良好质地的鱼糜制品至关重要。鱼糜热诱导胶凝过程中，在较低温度（5～40 ℃）下的凝胶化行为与内源性转谷氨酰胺酶（FTGase）密切相关，FTGase通过催化蛋白质分子间或分子内的谷氨酸与赖氨酸残基之间发生交联反应，生成ε-(γ-Glu)-Lys异肽键，促进蛋白质分子聚集形成三维网络结构。
华中农业大学食品科学技术学院，国家大宗淡水鱼加工技术研发分中心（武汉），长江经济带大宗水生生物产业绿色发展教育部工程研究中心的高 霞、张梦玲、刘 茹*等以鲢鱼骨为原料制备纳米鱼骨（NFB），将其加入肌球蛋白中，研究肌球蛋白胶凝过程中钙赋存形态和表面元素的变化，进一步采用激光共聚焦显微镜（CLSM）观察肌球蛋白凝胶的微观形貌，结合低场核磁分析肌球蛋白样品水分分布状况，探讨NFB在肌球蛋白胶凝过程中钙的赋存形态变化与分布，为探讨NFB提升鱼糜凝胶性能的作用机理提供数据支撑。
1、NFB-Ca在肌球蛋白胶凝过程中赋存形态的变化
如表1所示，将NFB加入肌球蛋白后，样品中离子钙的含量在未加热条件下仅占1.65%，40 ℃加热处理显著提高离子钙含量（P＜0.05），随后于90 ℃加热又使部分离子钙转变成为另外2 种形态的钙。螯合钙含量变化与离子钙呈现相反的趋势。此外，前期实验室研究发现，NFB中可溶性钙的含量约为8.88%～14.02%，本实验中添加NFB的肌球蛋白凝胶中可溶性钙（离子钙+螯合钙）质量分数低于8.88%，不溶性钙质量分数较高，推测NFB中部分可溶性钙以盐桥方式参与凝胶形成转变为不溶性钙。
2、NFB对肌球蛋白表面元素的影响
如表2所示，未加热条件下，NFB中矿物元素含量最多的是Ca（8.29±0.10）keV和P（5.25±0.25）keV，Na和Mg的含量相对较低。鱼骨的无机相主要由磷酸氢钙（CaHPO4）和羟基磷灰石（Ca10(PO4)6(OH)2）构成，这解释了NFB中Ca、P含量较高的原因。一段式加热和二段式加热处理显著提高了NFB表面Ca、P含量（P＜0.05），推测这是由于加热处理破坏了NFB的晶体结构，促进了Ca、P向表面迁移。加热过程中，NFB中的Ca/P无显著变化（P＞0.05）。
如图1所示，绿色圆点表示分布在肌球蛋白表面的钙元素。所有样品中均存在钙元素。未加热时，钙元素较少且分布不均匀，一段式加热和二段式加热处理后，肌球蛋白表面钙元素逐渐增多，分布的均匀性也有所提升，在加热过程中，NFB晶体结构被破坏，释放出部分钙，胶凝时肌球蛋白与钙形成盐桥，形成了较为均一的凝胶结构，使表面钙元素分布得更加均匀。
3、光学显微镜分析
如图2所示，空白组中（未加NFB），样品均被染成亮蓝色，未观察到玫红色，说明空白组中Ca含量较少；NFB加入后，样品中均观察到玫红色，表明样品中Ca含量明显增多，这与表面元素的结果（表2）一致。
未加热条件下，空白组与NFB组中肌球蛋白均以粗丝形式存在。40 ℃加热处理后，肌球蛋白样品形成凝胶网络结构，但是孔隙较大。相较于空白组，NFB组中的网络结构更为连续，二段式加热处理后，NFB组形成了更为致密的三维凝胶网络结构。
4、CLSM结果
如图3所示，未加热条件下，相较于空白组，NFB组中肌球蛋白粗丝排列更为有序，粗丝间隙变小。本研究中蛋白体系pH值为7.5，高于pI 5.5，此时，肌球蛋白带净负电荷，根据Arfat等报道，推测NFB释放的Ca2+与肌球蛋白所带负电荷形成盐桥，促进了肌球蛋白粗丝之间发生交联，使粗丝间隙减小。一段式加热和二段式加热处理后，相较于空白组，NFB组凝胶网络结构更为均匀，粗糙程度有所改善。加热过程中，Ca2+诱导肌球蛋白构象改变，同时暴露疏水性氨基酸残基、巯基等功能性基团，这有利于蛋白质之间通过疏水相互作用、二硫键形成聚集体，进而形成均匀的网络结构。
5、NFB对肌球蛋白水分分布的影响
如图4所示，肌球蛋白胶凝过程中存在2 个水分分布峰，分别位于65.79～403.7 ms和464.16～1 873.82 ms附近。根据相关文献报道，这2 个峰分别对应不易流动水（T22）和自由水（T23）。表3为胶凝过程中肌球蛋白T2弛豫时间的变化。空白组中，随着加热的进行，T22向低弛豫时间移动，表明水分子的流动性降低，推测这是由于加热过程中形成的凝胶网络结构（图3）将水分子束缚其中。与空白组相比，加入NFB显著降低了T23弛豫时间（P＜0.05），表明自由水的流动性降低。
结 论
NFB中含有较多的Ca、P元素，加入肌球蛋白后，NFB-Ca仍以不溶性钙形态为主（＞95%），加热处理促进了Ca元素向表面迁移。随着加热的进行，样品中部分可溶性钙以盐桥方式参与形成肌球蛋白凝胶，促进形成较为致密的凝胶结构，有利于增强对水分子的束缚，降低自由水的流动性，同时提高了表面Ca元素的分布均匀性。综上，肌球蛋白胶凝过程中NFB-Ca赋存形态发生改变，部分离子钙通过参与形成盐桥的形式转变为不溶性钙，促进肌球蛋白形成均匀致密的凝胶网络结构，增强了对水分子的束缚能力。
01
通信作者简介
刘茹，女，1982年8月生，工学博士，华中农业大学教授，博士生导师。湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队负责人，国家大宗淡水鱼加工技术研发分中心(武汉)和湖北省水产品加工工程技术研究中心副主任，长江经济带大宗水生生物产业绿色发展教育部工程研究中心PI，美国康奈尔大学食品科学系访问学者，任《Foods》期刊客座编辑、《华中农业大学学报》期刊编委。
主要从事水产品加工与贮藏、副产物高值化利用等方面的研究。主持国家自然科学基金、国家重点研发计划项目子课题、省部级等项目14项。获湖北省科技成果鉴定10项，湖北省科技成果二等奖1项，申请发明专利30件，其中授权23件。发表学术期刊论文90余篇，其中50余篇被SCI、EI收录，1篇获武汉市自然科学优秀学术论文二等奖；作为副主编在科学出版社出版教材2部，分别是《食品工程原理》和《食品工程实验技术》。
02
第一作者简介
高霞，华中农业大学食品科学技术学院博士研究生在读。
个人简介
（1）个人学习经历：
2019.09— 至今 华中农业大学/水产品加工与贮藏专业博士在读
2017.09—2019.06 华中农业大学/食品工程专业硕士
2013.09—2017.06 临沂大学/食品科学与工程专业学士
（2）获得荣誉
2019-2020 学年，获“优秀研究生干部”、“三好学生”荣誉称号
2019 年，获“优秀毕业生”荣誉称号
2017 年，获“优秀毕业生”荣誉称号
（3）科研成果
发表学术论文6篇，会议论文4篇，其中以第一作者身份发表SCI一区论文2篇，EI论文3篇，并三次于大会研究生论坛做口头汇报获优秀报告奖。
本文《纳米鱼骨在肌球蛋白胶凝过程中钙赋存形态的变化及分布》来源于《食品科学》2022年43卷18期24-29页，作者：高霞，张梦玲，熊善柏，胡杨，尹涛，刘茹。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20211108-082。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅
图片来源于文章原文及摄图网。
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