Gel protein Cơ chế hình thành & Các yếu tố ảnh hưởng Gel protein Cơ chế hình thành & Các yếu tố ảnh hưởng MỤC LỤC 1 TỔNG QUAN 2 1 1 Protein cơ 2 1 1 1 Sarcoplasmic protein 2 1 1 2 Myofibrillar protein[.]
Gel protein-Cơ chế hình thành & Các yếu tố ảnh hưởng MỤC LỤC TỔNG QUAN 1.1 1.1.1 Sarcoplasmic protein: 1.1.2 Myofibrillar protein 1.1.3 Stromal protein: 1.2 Protein cơ: Định nghĩa tạo gel: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ TẠO GEL 2.1 Kiểu nồng độ protein: .5 2.2 Nhiệt độ: .5 2.3 pH: 10 2.4 Nồng độ muối: 15 2.5 Enzyme: 20 2.6 Protein phi thịt: 24 Gel protein-Cơ chế hình thành & Các yếu tố ảnh hưởng TỔNG QUAN 1.1 Protein cơ: Dựa vào tính tan, chia protein thành nhóm: - Sarcoplasmic protein, tan nước dung dịch muối loãng - Myofibrillar protein, tan dung dịch muối nồng độ cao - Stromal protein, không tan hai 1.1.1 Sarcoplasmic protein: Chiếm 30-35% tổng protein khoảng 5% tổng trọng lượng Có thể tách thành thành phần cấu trúc khác dựa vận tốc lắng Có khoảng 200 protein khác sarcoplasmic protein, số nhiều chúng enzyme phân hủy đường, kiểm soát phản ứng enzyme Sarcoplasmic protein có nhiều tính chất hóa lý thơng dụng chẳng hạn chúng có kích thước phân tử nhỏ dạng cầu, hay sợi, độ nhớt thấp Myoglobin loại protein quan trọng nhất, tạo màu cho thịt màu cuả thịt phụ thuộc vào kiểu, trạng thái hóa học myoglobin Sarcoplasmic protein giữ nước kém, tạo gel yếu giịn 1.1.2 Myofibrillar protein Được trích ly từ dung dịch đệm bền ion Chiếm 55-60% tổng protein chiếm 10% trọng lượng protein Đây nhóm protein định khả tạo gel tính chất gel hình thành nhiệt độ 0.15M để ngăn trích ly đồng thời actin, MgCl2, ATP pyrophosphate thêm vào Myosin bị kết tụ oxi hóa nhóm thiol, thêm EDTA mercaptoethanol để ngăn chặn Myosin chứa nhiều acid aspartic, acid glutamic, histidin, lysine, arginine Myosin có điểm đẳng điện 5.3, điều kiện nấu thông thường pH khoảng 6, myosin tích điện âm, giữ nước tốt Myosin đóng vai trị quan trọng q trình tạo gel - Actin Chiếm 22% myofibrillar protein, hình cầu, chứa khoảng 376 acid amin, khối lượng phân tử khoảng 42 kDa Gel protein-Cơ chế hình thành & Các yếu tố ảnh hưởng Nếu có actin khơng có tính chất liên kết, có diện myosin có hiệu ứng hợp lực hỗ trợ vào tính chất liện kết myosin trình tạo gel Theo nghiên cứu tỷ lệ myosin : actin 2.7 : gel có độ bền tốt 1.1.3 Stromal protein: Cịn gọi protein liên kết với mơ, khơng hịa tan dung dịch muối Colagen, elastin, lipoprotein màng tế bào loại protein liên kết với mô quan trọng Trong colagen chiếm tỷ lệ nhiều Stromal protein khơng có khả tạo gel đoạn đông tụ nhiệt độ 80oC 1.2 Định nghĩa tạo gel: Khi phân tử protein bị biến tính tập hợp lại thành mạng lưới khơng gian có trật tự gọi tạo gel 1.3 Cơ chế tạo gel: Khi protein bị biến tính cấu trúc bậc cao bị phá hủy, liên kết phân tử bị đứt, mạch peptide bị giãn ra, nhóm ẩn bên bị lộ Các mạch polypeptide bị duỗi (trong điều kiện gia công định) trở nên gần nhau, tiếp xúc với liên kết lại với mà vị trí tiếp xúc nút, phần cịn lại hình thành mạng lưới khơng gian ba chiều vơ định hình, rắn, chứa đầy pha phân tán (nước) Các nút mạng lưới tạo tương tác nhóm kỵ nước nhóm gần nhau, tương tác với hình thành liên kết kỵ nước hay ưa béo, phân tử nước bao quanh chúng bị đẩy chúng có xu hướng tụ lại Tương tác ưa béo thường ổn định tăng cường tăng nhiệt độ, làm cho mạch polypeptide sít lại với hơn, khiến cho khối gel trở nên cứng Các nút lưới tạo liên kết hydro nhóm OH serine, treonine tyrosin với nhóm COOH acid glutamid acid aspartic Liên kết hydro liên kết yếu, tạo độ linh động phân tử với nhau, làm cho gel có độ dẻo định Khi gia nhiệt, liên kết hydro bị đứt gel bị nóng chảy Khi để nguội (nhất để gần oC) cầu hydro lại tái lập tăng cường Các nút lưới gel liên kết tĩnh điện, liên kết cầu nối nhóm tích điện ngược dấu liên kết nhóm tích điện dấu qua ion đa hóa trị ion Ca2+ Các nút lưới cịn liên kết disulfua tạo nên Trường hợp gel bền Quá trình tạo gel nhiệt sau (phương trình (II.1)): 1/ Phân li thuận nghịch cấu trúc bậc bốn thành đơn vị monomer; Gel protein-Cơ chế hình thành & Các yếu tố ảnh hưởng 2/ Biến tính khơng thuận nghịch cấu trúc bậc hai ba (sự giãn mạch phần): (PN)n nPN nPD (II.1) Trong PN – protein tự nhiên; PD – Protein bị biến tính; n - số biết Người ta thấy, trạng thái gel cuối tương ứng với tập hợp protein phần bị biến tính (PD)x , (x n) nên phương trình (II.2) (II.3): xPN (PN)x đun nóng xPN (PD)x đun nóng xPD đun nóng đun nóng (PD)x làm lạnh Phần đầu phương trình (II.2) phản ứng kết tụ, phần thứ hai phương trình (II.2) phản ứng đông tụ khô Trong điều kiện thuận lợi cho biến tính cho tập hợp (protein mang điện tích lứn pH thấp cao, lực ion yếu, có mặt số ion, có mặt tác nhân phân ly như: ure, guanidin, chất tẩy rửa) đun nóng làm xảy phản ứng theo phương trình (II.3) Giai đoạn tập hợp chậm so với giai đoạn biến tính có điều kiện để mạch polypeptit giãn mạch phần, có trật tự, đồng đều, trơn, trương mạnh, đàn hồi suốt; gel bền, không bị co tách dịch Ngược lại gel tạo thành từ tiểu phần protein có tập hợp thơ đục, đàn hồi đặc biệt khơng bền (gel bị co dễ chảy dịch) Sự giãn mạch phân tử protein làm xuất nhóm phản ứng nhóm kỵ nước (ưa béo) protein hình cầu Do tương tác kỵ nước protein – protein thuận lợi nguyên nhân việc tạo tập hợp liên tục Các protein có khối lượng phân tử cao có tỷ lệ phần trăm axit amin kỵ nước cao tạo gel có mạng lưới Khi nhiệt độ cao tương tác ưa béo thuận lợi hình thành Gel protein-Cơ chế hình thành & Các yếu tố ảnh hưởng liên kết hydro lại dễ dàng làm lạnh Sự gia nhiệt làm phơi bày nhóm – SH bên trong, xúc tiến việc hình thành trao đổi cầu đisulfua Khi có mặt nhiều nhóm – SH –S-S - tăng cường hệ thống mạng phân tử gel tạo bền với nhiệt Các cầu canxi lam cho gel có độ cứng độ bền tốt Vùng pH thuận lợi cho tạo gel mở rộng với tăng nồng độ protein Vì nồng độ protein cao liên kết ưa béo liên kết đisulfua có điều kiện để tạo thành bù trừ lại lực đẩy tĩnh điện cảm ứng vốn protein tích điện cao sinh CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ TẠO GEL 2.1 Kiểu nồng độ protein: Kiểu protein: Protein vị trí khác nhau, tạo gel cho cấu trúc khác Chẳng hạn, gel từ myosin ức gà độ bền cao đùi gà Gel từ myosin thịt đỏ có cấu trúc tốt từ thịt trắng Nồng độ protein: Quyết định độ bền khả giữ nước gel Nồng độ protein cao, gel cứng bền Nếu nồng độ q thấp, có khả gel khơng hình thành 2.2 Nhiệt độ: Tốc độ gia nhiệt nhanh gel hình thành yếu Cịn ngược lại độ bền gel tốt Điều giải thích tốc độ gia nhiệt chậm cho phép protein xếp để tạo mạng lưới gel bền ổn định Thay đổi kết cấu tính chất lưu biến gel từ protein cá rô phi gây áp suất cao kết hợp với nhiệt độ Tóm tắt Paste thịt cá rô phi chuẩn bị với kết hợp xử lý áp suất thủy tĩnh (200 MPa) nhiệt độ (500C), để nghiên cứu thay đổi tính chất lưu biến họ, khả hình thành gel, độ trắng độ hịa tan protein gel Việc kiểm soát, gia nhiệt gel (90 C/30 phút), độ đàn hồi trắng, với khả hình thành gel thấp Gel hình thành nhiệt độ đàn hồi, cứng nhắc chủ yếu bao gồm liên kết hóa trị Gel hình thành điều áp mềm mại bao gồm liên kết hydro tương tác kỵ nước Điều áp trước gia nhiệt cấu trúc gel, hình thành hai liên kết hóa trị khơng đồng hóa trị Nhiệt độ trước điều áp khơng làm thay đổi đặc tính gel Nhiệt độ áp suất đồng thời tạo gel nhớt với liên kết khơng cộng hóa trị Giới thiệu Gel protein-Cơ chế hình thành & Các yếu tố ảnh hưởng Mục đích nghiên cứu để điều tra thay đổi đặc tính lưu biến, khả hình thành gel, màu sắc bên ngồi độ hịa tan paste protein thịt cá rô phi xử lý áp lực phương pháp điều trị kết hợp thiết lập Kết Khả hình thành gel Kết cho thấy đặc điểm gel cá rô phi Các lực lượng phá vỡ, biến dạng độ bền gel gel P-S tương ứng với 658 g, 7.5 mm 4935 mm.g, lớn nghiên cứu (Hình 1) Tất thơng số khả hình thành gel S S-P gel khơng có ý nghĩa khác nhau, nhiên, giá trị lớn mẫu kiểm soát (p 0,05) Các lực lượng phá vỡ gel 118 g, lực gãy vỡ khác không đáng kể S S-P gel Độ bền P gel thấp so với khác gần phần ba mẫu kiểm soát Lực gãy vỡ S/P gel 3,3 mm khoảng hai phần ba mẫu kiểm soát Hơn nữa, lực lượng phá vỡ nhỏ biến dạng gel P / S, độ bền gel 716 g.mm, tương tự P gel (p> 0,05) Gel protein-Cơ chế hình thành & Các yếu tố ảnh hưởng Hình 1: Độ bền gel Giải thích: Khả hình thành gel gel xử lý nhiệt độ (S) tốt cách gia nhiệt (kiểm sốt), hình thành chủ yếu kết cấu mạng đóng góp nội sinh transglutaminase (TGase) (Gilleland, Lanier, Hamann , 1997) Các lực lượng phá S gel lớn P gel lần, khơng có khác biệt đáng kể lực phá vỡ (p> 0,05) Hơn nữa, lực phá vỡ S P gel 40-48% cao so với mẫu kiểm sốt Xác nhận báo cáo trước (Ashie & Lanier, năm 1999; Okamoto cộng sự, 1990), S gel kiểm soát mạnh P gel Dựa phân tích quang phổ tia hồng ngoại nghiên cứu lưu biến, Heremans, Van Camp, Huyghebaert (1997) khác biệt protein duỗi mạch lớn thiết lập gel, kết mạng ổn định với tương tác tăng lên Carlez, Borderias, Dumay, Cheftel (1995) thấy lực phá vỡ gel thực 90oC áp suất khí cao đáng kể áp suất cao gây từ surimi bream threadfin (Nemipterus tambuloides) độ lớn tối đa biến dạng gel 300 MPa 40C Tuy nhiên, Chung, Gebrehiwot, Farkas, Morrissey (1994), làm việc với surimi Pollack Alaska (Theragra chalcogramma), lưu ý gel thực 170oC 240 MPa 500 C, ứng suất cắt ứng suất trượt lớn gel làm nóng 90 C Các kết khác cơng trình trước quy cho lồi khác vật liệu, nội dung, độ ẩm, nồng độ natri clorua sử dụng Pe 'rez-Mateos et al (1997) tìm thấy diện lớn liên kết ion hydro gel gây áp suất 200 MPa 30C (lot L) so với gel chuẩn bị cách thiết lập theo sau nấu thông thường (lot T) Hơn nữa, có nhiều disulfua liên kết hóa trị khác gel lot T nhiều, giải thích nguyên nhân lực phá cao khả giữ nước cao gel Gel trở nên đàn hồi hơn, cứng hình thành liên kết cơng hóa trị phân tử (Lee & Lanier, 1995) Gel protein-Cơ chế hình thành & Các yếu tố ảnh hưởng Vì vậy, lý khơng có khác biệt đáng kể việc phá vỡ S P gel gel S có kết cấu mạng với khả giữ nước tốt, liên kết đồng hóa trị mạnh mẽ Trong nghiên cứu này, điều áp 200 MPa 40C 60 phút trước xử lý nhiệt độ 500C 60 phút (P-S) tăng cường khả gel hình thành protein cá rơ phi, so với xử lý nhiệt độ mà không cần điều áp trước kết tương tự báo cáo cho sức mạnh gel thịt cá hồi chum áp lực 500 MPa C cho 10 phút, làm nóng (30-90 C/30 phút) gia cố (Okazaki cộng sự, 1997.) Nhiều nhà nghiên cứu chứng minh gia tăng độ bền gel P-S, so với gel S, TGase nội sinh, mà hoạt động sau điều áp 250-300 Mpa (Ashie & Lanier, năm 1999; Gilleland et al , 1997) Hơn nữa, áp lực gây khả tiếp cận chất làm cho Tgase xúc tác nâng cao hình thành liên kết disulfua áp lực làm tăng khả hình thành gel S gel (Ashie & Lanier, năm 1999; Montero, Pe 'rez-Mateos, 1997) Trong S-P gel, cho thấy điều áp với trước xử lý nhiệt độ khơng có tác dụng gel Angsupanich et al (1999) báo cáo với điều áp (400 MPa / phòng temperature/20 phút) sau thiết lập (50 C/10 phút), độ cứng bắp thịt cá tuyết tương tự mẫu Một số nhà nghiên cứu chứng minh cấu trúc tập hợp protein gây thiết bị mạnh mẽ ổn định liên kết hóa trị Do đó, xử lý nhiệt độ trước điều áp hạn chế hiệu áp lực lên khả hình thành gel batters thịt (Jime 'nez Colmenero, năm 2002; Macfarlane, Mckenzie, Turner, 1986) P / S gel thực gel yếu đàn hồi, so với kiểm sốt Hai cách giải thích đề xuất cho giới hạn trình gel hóa xửa lý áp suất sau nhiệt độ protein (Jime 'nez Colmenero, 2002) Đầu tiên trình điều áp phần bảo tồn protein từ biến tính nhiệt (Balny & Masson, 1993; Ko cộng sự, 1990b.) thứ hai làm tăng hoạt động phân giải protein, gây số cố myofibrillar protein hình thành mảnh vỡ phân tử khác (Jime 'nez Colmenero, Cofrades, Carballo, Ferna' ndez, & Ferna 'Dez-Martin, năm 1998; Macfarlane et al, 1986) Ashie Lanier (1999) kết luận tác động điều áp nhiệt độ thiết lập 25 40oC hoạt động TGase Alaska Pollack (Theragra chalcogramma) gel surimi khơng đáng kể Vì vậy, chúng tơi loại bỏ tác động TGase hành động khả hình thành gel P P / S gel kết tương tự báo cáo chum cá hồi, surimi Pollack Alaska (500 MPa/60 C/10 phút) (Okazaki cộng sự, 1997.), Thái Bình Dương Whiting surimi (0.1-240MPa/50 C/60 phút) (Chung et al., 1994), Whiting xanh (200-400 MPa/0-75 C/10-30 min) (Pe 'rez-Mateos et al, 1997) Gel protein-Cơ chế hình thành & Các yếu tố ảnh hưởng Độ trắng Độ trắng paste cá rô phi kiểm soát 38 63 mà thấp cao tất phương pháp xử lý (Hình 3) Độ trắng S, S-P P-S gel khơng có ý nghĩa khác (p> 0,05) cao so với P P / S gel Mặc dù độ trắng giá trị P P / S gel khơng có ý nghĩa khác nhau, P / S gel hoàn toàn khác với P gel Hình 2: Độ trắng gel Độ trắng có liên quan đến mức độ biến tính protein, lớn gel hình thành trình nấu (kiểm soát) Theo thử nghiệm sơ (dữ liệu không hiển thị), độ trắng paste thịt cá rô phi 400C thấp cho 60 phút chút không đáng kể tăng so với thịt không xử lý Hơn nữa, thịt xử lý 150 MPa tăng không đáng kể Thay đổi độ trắng paste thị cá rô phi xử lý nhiệt áp suất quy cho biến tính myoglobin khả giữ nước gel (Shie & Park, 1999) P-S gel có giá trị độ trắng cao P gel (p 0,05), kết hai giai đoạn xử lý bao gồm điều áp gia nhiệt, S gel có độ trắng cao P gel ( p 0.05) (Montero cộng sự, 1997) Tuy nhiên, việc thiếu khác biệt độ trắng S S-P gel cho thấy áp suất không tăng cường protein biến tính nhiệt gây Mặc dù P / S gel khác khả hình thành gel so với loại khác, độ trắng gel P / S gần S, S-P P-S gel rõ ràng lớn paste thịt Gel protein-Cơ chế hình thành & Các yếu tố ảnh hưởng Một số kết trái ngược độ trắng P / S gel báo cáo (Pe 'rez-Mateos cộng sự, 1997; Pe' rez-Mateos & Montero, 1997) Các tác giả chứng minh biến tính nhẹ gel từ (Micromesistius poutassou) blue whiting protein bắp xử lý 375 MPa /20 phút/38 0C so với chuẩn bị 200 MPa / C/10 phút xử lý nhiệt độ 370C 30 phút nấu 900C 50 phút Tuy nhiên, họ thấy cá mòi (Sardina pilchardus) xử lý 400 MPa 400C tương tự chuẩn bị 200 MPa nhiệt độ thấp (