Change of muscle proteins in Nile tilapia fillets during iced storage
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摘要:
为研究冰藏过程中罗非鱼(Oreochromis niloticus)肌肉蛋白质的变化,提取了冰藏罗非鱼鱼片肌肉中的不同溶解性蛋白质与不同结构蛋白质,并分析其在贮藏期间含量的变化,对总可溶性、水溶性、高盐溶性和低盐溶性蛋白质分别进行十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE),考察蛋白质的降解情况。结果表明,冰藏期间高盐溶性蛋白质质量分数由84.99 mg · g-1下降至49.47 mg · g-1,降低了41.79%;水溶性蛋白质质量分数由72.27 mg · g-1下降至18.37 mg · g-1,降低了74.58%;低盐溶性蛋白质质量分数分数由11.15 mg · g-1下降至3.39 mg · g-1,降低了69.60%。3种不同结构蛋白质中,肌原纤维蛋白质量分数下降最为明显(由122.10 mg · g-1下降至48.65 mg · g-1,P<0.05),肌浆蛋白质量分数也持续降低(由37.79 mg · g-1下降至26.57 mg · g-1,P<0.05),肌基质蛋白质量分数无明显变化(P>0.05)。SDS-PAGE图谱显示,肌球蛋白重链、肌动蛋白、原肌球蛋白及其他一些蛋白质条带逐渐减弱,在贮藏末期还出现了一些新的条带。
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关键词:
- 冰藏 /
- 罗非鱼鱼片 /
- 蛋白质 /
- 十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳
Abstract:We extracted different solubility proteins and structure proteins from Nile tilapia (Oreochromis niloticus) fillets during iced storage to investigate the change of their muscle proteins. The degradation of total soluble, water soluble, high-salt soluble and low-salt soluble proteins was analyzed by SDS-PAGE. The high-salt soluble protein content declined from 84.99 mg · g-1 to 49.47 mg · g-1; water-soluble protein declined from 72.27 mg · g-1 to 18.37 mg · g-1; low salt soluble protein dropped from 11.15 mg · g-1 to 3.39 mg · g-1. In the three different structures of proteins, the decline of myofibrillar protein content is most obvious (decreased from 122.10 mg · g-1 to 48.65 mg · g-1, P < 0.05), and the content of myosinogen decreased from 37.79 mg · g-1 to 26.57 mg · g-1 (P < 0.05), while myostromin had no obvious change (P>0.05). The decrease of myosin heavy chain, actin, tropomyosin and some other protein bands in SDS-PAGE patterns indicates degradation of these proteins. Some new bands appeared at the last phase of storage.
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Keywords:
- iced storage /
- tilapia fillets /
- protein /
- SDS-PAGE
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罗非鱼(Oreochromis niloticus)具有生长速度快、繁殖能力强、食性杂、抗病力强等特点,且骨刺少、肉质厚[1],是中国主要的淡水鱼养殖产品之一。中国作为世界最大的罗非鱼养殖生产国和出口贸易国,目前的消费形式主要以罗非鱼鱼片为主。罗非鱼肌肉中蛋白质是除水之外含量最高的成分,平均质量分数约为16.85%[2],具有极高的营养价值。在运输、贮藏过程中,蛋白质的降解和生化变化是引起鱼肉品质劣变的主要原因。目前,关于罗非鱼保鲜技术[3-5]、贮藏品质变化及评价[6-8]的研究报道较多,而对其肌肉不同溶解度蛋白质在贮藏期间的变化规律了解甚少,从而无法从根源上抑制肌肉品质的下降,达到保鲜的目的。鉴于此,该文以罗非鱼鱼片肌肉组织为研究对象,采用常见的冰温贮藏方式,对贮藏期间不同溶解性蛋白质及不同结构蛋白质的变化规律进行研究,从蛋白质角度分析其鲜度变化机理,为进一步研究罗非鱼保鲜技术及品质控制提供理论依据。
1. 材料与方法
1.1 仪器与材料
FM 400A型制冰机(美国Grant公司出品);UV2550型紫外-可见分光光度计(日本SHIMADZU公司出品);T50型均质机(德国IKA公司出品);BS124S型电子天平(德国Sartorius公司出品);KJELTEC2300全自动凯氏定氮仪(瑞典FOSS公司出品);HWS 24型电热恒温水浴锅(上海一恒科学仪器有限公司出品);3K30型台式高速冷冻离心机(德国Sigma公司出品);基础电泳仪(美国BIO-RAD公司出品);Image Scanner Ⅲ扫描仪(美国GE公司出品)。
蛋白定量测试盒(双缩脲法),十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)凝胶制备试剂盒,预制5×上样缓冲液均购于南京建成生物科技有限公司;蛋白Marker购于生工生物工程有限公司,其他常见试剂均为分析纯。
新鲜罗非鱼购于附近超市。
1.2 罗非鱼肌肉样品制备
鲜活罗非鱼(600~700 g)经击晕、去血、去鳞后取整片背部肌肉,去皮、清洗、分装于封口袋中,一层鱼片覆盖一层3~5 cm碎冰置于泡沫箱中,放置在装满冰的制冰机中贮藏,每24 h更换1次箱内碎冰,确保环境温度为0 ℃。在贮藏第0、第4、第8、第12和第16天,每次随机从6片鱼片上取肌肉,混合、置于绞肉机中绞碎备用。
1.3 实验方法
1.3.1 肌肉中总可溶性蛋白质的提取与测定
准确称取3.00 g碎肉于50 mL离心管中,加入85 ℃保温的50 g · L-1的十二烷基硫酸钠(SDS)溶液27 mL,13 000 r · min-1均质2 min(每30 s停10 s,以防过热),于85 ℃水浴保温1 h,15 000 r · min-1离心20 min,上清即为SDS可溶性总蛋白质。用双缩脲法测定蛋白质溶液质量浓度,具体操作参考试剂盒说明书,蛋白质溶液定量后立即使用或置于-20 ℃备用。
1.3.2 不同溶解性蛋白质的提取与测定
参考MARTINEZ等[9]的方法,稍作修改。准确称取3.00 g碎肉于50 mL离心管中,加入15 mL双蒸水,均质2 min,25 ℃浸提1 h,15 000 r · min-1离心10 min,取上清,即为水溶性蛋白质溶液。沉淀加入15 mL低盐溶液[20 mmol · L-1氯化钠(NaCl),15 mmol · L-1氯化镁(MgCl2),1 mmol · L-1乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA),3.4 mmol · L-1磷酸二氢钠(NaH2PO4),1.6 mmol · L-1磷酸氢二钠(Na2HPO4),pH 6.5,用时现加200 μmol · L-1苯甲基磺酰氟(PMSF),5 mmol · L-1二硫苏糖醇(DTT)],均质2 min,4 ℃、15 000 r · min-1离心10 min,取上清,即为低盐溶性蛋白质溶液。沉淀中再加入15 mL高盐溶液[15 mmol · L-1 MgCl2,100 mmol · L-1焦磷酸钠(Na4P2O7),5 mmol · L-1 EGTA,pH 8.5,用时现加200 μmol · L-1 PMSF,5 mmol · L-1 DTT],均质2 min,4 ℃、15 000 r ·min-1离心20 min,取上清,即为高盐溶性蛋白质溶液。用双缩脲法对各蛋白质溶液质量浓度进行测定。
1.3.3 不同结构蛋白质的提取与测定
参考HASHIMO等[10]的方法,取500 mL离心管,准确称取20.00 g碎肉,与100 mL磷酸缓冲溶液A(3.5 mmol · L-1 NaH2PO4,15.6 mmol · L-1 Na2HPO4,pH 7.5)混合,13 000 r · min-1均质2 min,浸提30 min,4 ℃、5 000 r · min-1离心15 min,再于沉淀中加入100 mL磷酸缓冲溶液A,重复上述过程。将2次所得上清液合并,加入5%的TCA溶液200 mL,4 ℃、5 000 r · min-1离心15 min,所得沉淀为肌浆蛋白。经2次磷酸缓冲溶液A提取后的沉淀与100 mL磷酸缓冲溶液B(3.5 mmol · L-1 NaH2PO4,15.6 mmol · L-1 Na2HPO4,0.5 mmol · L-1NaCl,pH 7.5)混合,均质2 min,浸提30 min,4 ℃、10 000 r · min-1离心20 min,再于沉淀中加入100 mL磷酸缓冲溶液B,重复操作。将2次所得上清液合并,即为肌原纤维蛋白。于所得沉淀中加入200 mL、0.1 mol · L-1NaOH,均质,浸提2 h,4 ℃、5 000 r · min-1离心15 min,沉淀为肌基质蛋白。
用双缩脲法测定肌原纤维蛋白质量浓度,固态形式的肌浆蛋白和肌基质蛋白经真空冷冻干燥后用凯氏定氮法定量。
1.3.4 SDS-PAGE电泳
将提取的总可溶性蛋白质、水溶性蛋白质、低盐溶性蛋白质、高盐溶性蛋白质溶液分别用相应的提取液稀释至质量浓度为1 mg · mL-1左右,按比例与上样缓冲液混合,沸水煮沸5 min,12 000 r · min-1离心5 min,上清液为待电泳样品。配制12%的分离胶和5%的浓缩胶,上样7 μL,80 V恒压15 min,120 V恒压至终点。用考马斯亮蓝R250染色4 h,脱色至背景无色,然后扫描图谱并分析条带[11]。
1.4 数据处理
采用SPSS 19.0和Excel 2013对实验数据进行统计、分析,采用LSD检验组间的差异,P<0.05作为差异显著的标志。
2. 结果与分析
2.1 不同溶解性蛋白质质量分数变化
冰温贮藏过程中罗非鱼鱼片肌肉组织中不同溶解性蛋白质质量分数的变化情况见图 1-A。高盐溶性蛋白质质量分数在整个储藏期间呈显著下降趋势(P<0.05),由最初的84.99 mg · g-1下降至贮藏末期的49.47 mg · g-1。可能是因为在冷藏期间,肌肉组织中的内源性蛋白酶持续作用于蛋白质[12],同时微生物的生长和繁殖产生大量外源性蛋白酶,共同作用使蛋白质降解,而罗非鱼肌肉中高盐溶性蛋白质含量较高,且其主要成分是肌原纤维蛋白,肌原纤维蛋白在贮藏期间呈显著下降趋势(P<0.05)(图 1-B),共同导致高盐溶性蛋白质含量的下降。水溶性蛋白质和低盐溶性蛋白质含量在贮藏前4 d均显著下降(P<0.05),第4~第8天呈上升趋势,随后又逐渐下降。该变化趋势可能是贮藏期间各种蛋白质溶解性变化的综合体现,蛋白质的溶解性受多种因素的影响,如pH[13],而pH的变化主要是因为蛋白质降解产生碱性物质,整体的下降趋势则说明蛋白质的溶解性随贮藏时间延长而显著降低。
2.2 不同结构蛋白质质量分数变化
冰温贮藏期间罗非鱼鱼片肌肉组织中不同结构蛋白质质量分数的变化情况见图 1-B。鱼肌肉中结构蛋白包括肌原纤维蛋白(约占50% ~70%)、肌浆蛋白(约占20% ~30%)和肌基质蛋白(<10%)3类[14],实验测得第0天罗非鱼鱼片中肌原纤维蛋白、肌浆蛋白和肌基质蛋白在总蛋白中的比例分别是65.67%、20.30%和8.94%,与鱼类结构蛋白质分类及含量相吻合。由图 1-B可知,肌原纤维蛋白质量分数随贮藏时间的延长显著下降(P<0.05),由第0天的122.10 mg · g-1下降至第16天的48.65 mg · g-1,降低了60.16%。肌浆蛋白贮藏末期含量比新鲜肌肉含量降低了29.69%,而肌基质蛋白含量在贮藏期间无显著性变化(P>0.05),说明在贮藏期间罗非鱼肌肉蛋白质组分发生降解的主要是肌原纤维蛋白。大量研究表明鱼肌肉中的肌原纤维蛋白在低温贮藏过程中会发生变性,造成空间结构[15-16]、溶解性[17]、疏水性[18]等的变化,以及在内源性和外源性蛋白酶的作用下发生水解[19],使鱼肌肉软化,品质下降。肌肉中的绝大部分水分是靠肌原纤维蛋白形成的网状结构来储存的[20],因此肌原纤维蛋白对肌肉的持水力也具有重要影响。
2.3 蛋白质的SDS-PAGE分析
2.3.1 总可溶性蛋白质的SDS-PAGE分析
冰温贮藏过程中罗非鱼鱼片肌肉组织总可溶性蛋白质的变化见图 2-A。罗非鱼鱼片肌肉总可溶性蛋白质分子量为10~200 kD。其中肌球蛋白重链(Myosin heavy chain,MHC)、肌动蛋白(Actin)、原肌球蛋白(Tropomyosin)和2个肌球蛋白轻链(Myosin light chain,MLC1、MLC2)条带最为清晰,但在贮藏过程中各条带光密度变化均不明显,可能是因为肌球蛋白、肌动蛋白、肌动球蛋白等是肌肉中肌原纤维蛋白的代表,而肌原纤维蛋白具有盐溶性,总可溶性蛋白质采用50 g · L-1的SDS溶液提取所得,盐溶性蛋白质在SDS溶液中溶解度较低,因此总可溶性蛋白质随贮藏时间变化的趋势在图谱中不易体现。张凌晶等[21]对冷藏鲢(Hypophthalmichthys molitrix)肌肉总蛋白进行SDS-PAGE时,发现0 ℃冷藏条件下鱼体肌肉总蛋白质变化不显著,与该实验结果一致。
2.3.2 水溶性蛋白质的SDS-PAGE分析
冰温贮藏过程中罗非鱼鱼片肌肉组织水溶性蛋白质的变化见图 2-B。水溶性蛋白质的主要成分是肌浆蛋白,罗非鱼肌肉水溶性蛋白质的分子量主要集中在15~100 kD。其中条带Ⅰ(100 kD)、条带Ⅱ(60 kD)及条带Ⅲ(45~60 kD)随时间的延长呈轻微变化,条带Ⅳ(35~45 kD)、条带Ⅴ(20~25 kD)在贮藏期间呈显著下降趋势,可能是因为贮藏过程中这些条带所代表的蛋白质发生了降解。而从第8天开始,出现新的条带Ⅵ、Ⅶ(15~20 kD),可能是贮藏期间蛋白质降解或变性产生的新条带。
2.3.3 高盐溶性蛋白质的SDS-PAGE分析
冰温贮藏过程中罗非鱼鱼片肌肉组织高盐溶性蛋白质的变化见图 3-A。肌球蛋白重链(200 kD)、肌动蛋白(45 kD)和原肌球蛋白(35 kD)是高盐溶性蛋白质的主要成分,这3个条带随贮藏时间的延长发生了明显的降解,与倪渠峰等[22]对冷藏大黄鱼(Pseudosciaena crocea)肌肉蛋白质的研究结果一致。此外,条带Ⅰ(75~100 kD)、条带Ⅱ(60~75 kD)在贮藏16 d后消失,可能被完全降解。条带Ⅲ(15~20 kD)也随贮藏时间而逐渐减弱,此条带与V RONIQUE等[23]在研究舌齿鲈(Dicentrarchus labrax)死后蛋白质变化时发现的16 kD条带类似。
2.3.4 低盐溶性蛋白质的SDS-PAGE分析
冰温贮藏过程中罗非鱼鱼片肌肉组织低盐溶性蛋白质的变化见图 3-B。罗非鱼低盐溶性蛋白质分子量主要集中在15~60 kD,由于低盐溶性蛋白质的主要成分是肌浆蛋白,而肌浆蛋白同时也是水溶性蛋白质的主要成分,该实验是将罗非鱼肌肉组织中的水溶性蛋白质提取之后,用所得沉淀来提取低盐溶性蛋白质的,因此肌浆蛋白多数存在于提取的水溶性蛋白质中,从而使得低盐溶性蛋白质的SDS-PAGE图谱中条带较少,且在贮藏期间也无显著变化,仅于贮藏末期出现1个新条带Ⅰ(20 kD),可能是某些蛋白质降解产生的小分子量蛋白质或肽类。
3. 讨论
鱼肉在贮藏过程中品质会不断下降,最终组织软化、腐败,从而失去食用价值。鱼肉的软化和腐败与酶催化产生的各种生理生化反应存在联系,而蛋白质是肌肉组织的主要组成成分,不仅具有结构支撑作用,在各种生理生化反应中亦充当重要角色,因此蛋白质的降解、变性会对鱼肉的品质产生直接影响。该实验对罗非鱼肌肉在冰藏过程中的不同溶解性蛋白质及不同结构蛋白质进行了提取,研究其含量随贮藏时间的变化规律,并对4种分类提取的蛋白质进行了SDS-PAGE分析。结果显示,罗非鱼肌肉的不同溶解性蛋白质中,高盐溶性蛋白质质量分数最高,且随贮藏时间的延长持续下降,在第0天时为84.99 mg · g-1,贮藏16 d后下降了41.78%。新鲜罗非鱼肌肉中水溶性蛋白质和低盐溶性蛋白质质量分数分别为72.27 mg · g-1和11.15 mg · g-1,两者在贮藏期间的含量均呈波动下降的趋势,至贮藏末期分别下降了74.58%和69.60%。肌原纤维蛋白、肌浆蛋白和肌基质蛋白这3种结构蛋白质的含量在贮藏期间也有所下降,其中肌原纤维蛋白含量变化最为显著,其次是肌浆蛋白,肌基质蛋白无显著变化(P>0.05)。SUBBAIAH等[24]在研究尼罗罗非鱼冻藏期间蛋白质变化的情况时指出肌浆蛋白在贮藏期间含量降低,从而导致水溶性蛋白质含量下降,蛋白质在贮藏期间发生降解致使蛋白质溶解性降低。所以不同溶解性蛋白质和不同结构蛋白质含量会随贮藏时间的延长而下降。
SDS-PAGE电泳图谱中蛋白质条带的弱化、消失或新条带的出现都是蛋白质变性、降解的具体体现,而蛋白质的降解又是鱼肌肉腐败变质的重要表现。刘寿春等[25]也曾利用SDS-PAGE电泳的方法研究蛋白质降解作用对罗非鱼鱼片腐败进程的影响,指出冷藏过程中肌原纤维蛋白和肌浆蛋白发生了不同程度的降解。此外还有学者将SDS-PAGE电泳应用在大黄鱼[22]、鲢[21]肌肉蛋白质降解规律的研究中,均发现随着贮藏时间的延长,肌肉发生腐败,蛋白质条带也随之变化,尤其是肌球蛋白重链、肌动蛋白和原肌球蛋白条带显著弱化。通过对总可溶性蛋白质、水溶性蛋白质、高盐溶性蛋白质及低盐溶性蛋白质的SDS-PAGE分析,可得出罗非鱼肌肉组织蛋白质的分子量分布在10~200 kD,冰藏期间肌球蛋白重链、肌动蛋白和原肌球蛋白条带均随贮藏时间的延长而弱化,表明这些蛋白质发生了降解。此外,水溶性蛋白质中的条带Ⅳ和条带Ⅴ,高盐溶性蛋白中的条带Ⅰ、条带Ⅱ和条带Ⅲ持续减弱或消失,在贮藏末期出现的新条带,如水溶性蛋白质中的条带Ⅵ、Ⅶ,低盐溶性蛋白质中的条带Ⅰ,这些条带所代表的蛋白质有望作为罗非鱼贮藏过程中的新鲜度指示蛋白质。
目前,关于鱼类等水产品在贮藏期间理化指标的变化研究较多[26-28],而对蛋白质的变化研究较少。蛋白质的功能及理化特性是影响鱼类及其制品最终品质的主要因素[29],该实验从蛋白质的角度入手,在分类研究罗非鱼贮藏期间蛋白质变化规律的基础上,通过SDS-PAGE电泳观察蛋白质的降解情况。肌原纤维蛋白和高盐溶性蛋白质在贮藏期间变化最为显著,而这两类蛋白质含量的降低会使鱼肉的加工利用率降低[30],因此可以通过研究这两类蛋白质的变化,来评价鱼类及其制品的新鲜度及品质,从而判断不同贮藏时期鱼肉的食用及加工利用价值。贮藏期间蛋白质的降解主要是由微生物活动引起的,蛋白质的变化滞后于微生物指标,所以蛋白质变化不能单独用来评价鱼肉鲜度及品质,需要与其他品质评价方法如感官评价、理化指标、微生物评价等相结合。关于SDS-PAGE电泳中的几个特殊条带所代表的蛋白质的鉴定及在品质变化中的作用,后续可以运用蛋白质组学等方法进行深入研究。
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