磷酸盐对草鱼肌原纤维蛋白流变行为和结构特征的影响

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中文摘要：本文以草鱼肌原纤维蛋白（MP）为研究对象，运用稳态剪切、动态振荡、蠕变-恢复等流变学方法，结合幂律定律和多种数学模型，研究了MP溶液浓度区间的划分及流体类型的判断，剖析溶胶-凝胶（sol-gel）转变，以及预凝胶过程中温度诱导MP大分子的链柔性和网络结构的变化；并通过添加不同质量百分比的焦磷酸钠（SPP）和三聚磷酸钠（TPP）于MP基质中，阐明磷酸盐的类型和浓度对MP流变行为和结构特性的影响及规律，揭示作用机制，以期为新型复配磷酸盐的开发和鱼糜制品的品质提升提供理论依据。本文主要结论如下： 1．采用流变学方法研究 MP对浓度和温度的依赖性。稳态剪切测试显示，5℃时MP在稀溶液中（c≤0.25mg/mL）为典型的牛顿流体，而在半稀溶液（1mg/mL≤c<15mg/mL）及浓溶液区间（c≥15 mg/mL）呈现剪切变稀，表明MP在稳态剪切流场中逐渐解缠结，并取向，且浓度越大剪切稀化越明显。基于 Cross模型拟合得到零剪切粘度?0，?0随MP浓度呈非线性增加，具有螺旋结构的MP呈现棒状高分子各相同性的特征。动态频率扫描测试显示，MP溶液的储能模量G'与损耗模量G''随蛋白c和角频率ω的增大而增大。当c=15mg/mL时，G''>G'，表现为稀溶液；当c=20和30 mg/mL时，G'与G''出现交缠，表现为缠结网络；当c=40 mg/mL时，始终 G'> G''，表现为弱凝胶。依据不同ω下损耗因子 tan?与 c的依赖关系，用Winter-Chambon标度定律确定体系的临界凝胶化转变浓度cgel为26 mg/mL。蠕变-恢复测试表明，蠕变段用Burgers模型拟合的弹性系数G1、G2和黏性系数?1、?2皆随温度增加而增大；恢复段的最大形变JMAX,稳态形变J?和K-V单元形变JKV均降低，而形变恢复值R增加，表明温度从5℃升至40℃，分子链柔性减弱，蛋白的凝胶网络结构形成，粘弹性增强，证实 MP分子在此温度区间会变性、聚集，发生预凝胶化。 2．运用流变学方法剖析了磷酸盐的类型和浓度对MP的流变行为的调控。稳态剪切测试后，通过幂律定律拟合σ~γ，发现随磷酸盐浓度的增加，稠度系数 K值降低、非牛顿指数n值增加，表明磷酸盐会降低体系稠度，使剪切稀化现象不太显著。基于 Cross模型拟合得到?0和松弛时间 K，发现?0、K随着磷酸盐浓度的增加而减小，表明磷酸盐的引入会使MP大分子的链刚性减弱，分子链间缠结点的密度减小。动态频率扫描显示，MP体系的G'与G''随ω的增大而增大，且随着磷酸盐浓度的增加，MP凝胶网络结构弱化，由弱凝胶状态转变为缠结状态。根据 Winter-Chambon标度定律确定MP临界凝胶化转变点的SPP添加量为0.7%，而TPP临界添加量为1.1%，表明SPP使MP解缠结的添加量略低于TPP，解缠结效果更好。蠕变-恢复测试表明，蠕变段用Burgers模型拟合的G1，?1，G2和?2随磷酸盐浓度的增加而降低，添加SPP后的减小程度均大于添加TPP的，表明SPP对MP的蠕变特性的影响较TPP更为明显。且MP的JMAX和J∞随磷酸盐浓度的增加而增大，而R值逐渐降低，说明磷酸盐的加入弱化了 MP的凝胶网络结构，凝胶粘弹性降低，源于磷酸盐对肌球蛋白的解离作用及蛋白分子链柔性的增加。 3．研究SPP和TPP的添加量对MP凝胶持水性、质构特性，介观形貌以及维持MP稳定的作用力的影响。结果表明，随着磷酸盐添加量的增加，MP溶解度升高，浊度下降，主要是由于TPP和SPP通过静电斥力使肌原纤维横向膨胀，提高离子强度以增加蛋白质的溶解，使蛋白质的分子链伸展，蛋白质与蛋白质之间的排斥力增加、聚集作用力减小即浊度降低。蛋白链伸展使得α-螺旋含量有所降低，β-转角含量升高，说明磷酸盐使得肌球蛋白尾部的α-螺旋链部分解开，α-螺旋向β-转角转化，蛋白空间结构更为伸展，这与维持二级结构稳定的相互作用力如表面疏水性、巯基以及活性巯基含量的增加有直接的关系。此外，MP凝胶的持水性随着磷酸盐浓度的增加而增强，添加SPP后的MP的持水性强于TPP，当SPP添加量达到0.6%而TPP添加量达到1.2%时，MP凝胶的硬度达到最大值，此时MP凝胶的微观结构也相对更为紧致，网络分布更均匀。磷酸盐可以改变蛋白质的结构特性，且SPP相对TPP而言，对MP结构的影响更为显著。

作者：

曾淑薇

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关键词：

肌原纤维蛋白焦磷酸钠三聚磷酸钠流变行为结构特征草鱼

授予学位：

硕士

学科专业：

工程

导师：

黄琪琳

学位年度：

2015

学位授予单位：

华中农业大学

语种：

中文

中图分类号：