浙江海洋大学揭示纳米纤维素改善鱼糜凝胶品质的作用机理

近日，浙江海洋大学食品与药学学院郑斌教授团队赵亚东教授课题组的研究成果以“Oxidized cellulose nanofibrils-based surimi gel enhancing additives: interactions, performance and mechanisms”为题发表在Food Hydrocolloids。该团队通过系统的化学力表征、微观结构观察、动态流变测定和蛋白质二级结构解析，揭示了TEMPO氧化引入活性基团，促进纳米纤维素与肌球蛋白间分子作用力，改善鱼糜凝胶品质的作用机理，建立了纳米纤维素-肌球蛋白多维互作模型，解释了纳米纤维素作为新型鱼糜凝胶增强剂的起效机制。 我国带鱼的产量连续多年保持在每年110万吨左右，占到全世界带鱼产量的80%。大规格高品质带鱼多以鲜销或加工成冷冻品为主，而大量小规格低值带鱼多被制成鱼糜，进而加工成鱼丸、模拟蟹肉等海洋仿生食品，提高经济价值。但是，带鱼鱼糜脂肪含量较高，盐溶蛋白含量相对较低且肌球蛋白纤维较短，凝胶品质较差，严重制约了带鱼鱼糜的高值加工。 纳米纤维素是通过化学、物理、生物或者几者相结合的手段从天然纤维素中所提取直径在100nm以下且长度可达数微米的纤维或晶体。纳米纤维素具有来源广泛、廉价易得、天然可再生、结晶度高、密度低、比表面积大和力学性能优异等特点，广泛应用在增强复合材料领域。此外，纳米纤维素具有膳食纤维不被人体消化吸收，却能促进肠道蠕动，改善肠道菌群生态平衡等功效，可作为添加剂制成减肥等功能性食品。但是，纳米纤维素在改善鱼糜凝胶品质方面的系统研究不足，纳米纤维素-鱼肉蛋白互作机理尚不清晰。 本研究中采用TEMPO介导氧化制备了含有大量COO-基团的功能化纳米纤维素，并创新性的将其添加到带鱼鱼糜中，显著改善了带鱼鱼糜的凝胶品质，并提出了一个新的理论模型来说明纳米纤维素与肌球蛋白的作用机理。功能化纳米纤维素与肌球蛋白相互作用改善鱼糜制品凝胶品质主要体现在以下几个方面：（1）功能化纳米纤维素呈现典型棒状结构，具有结晶度高、尺寸均一和长径比高等优点，可作为增强填料提高鱼糜凝胶强度并保持良好的热稳定性；(2) TEMPO介导氧化在纳米纤维素表面引入丰富的负电基团，极大提高了纳米纤维素的表面亲水性以及与水分子的相互作用，并提供活化的锚定末端与肌球蛋白分子形成额外的离子键和氢键，提高鱼糜凝胶的持水性和凝胶强度；(3)功能化纳米纤维素在鱼糜凝胶体系中均匀分布，有力促进肌球蛋白二级结构转变和分子重排，从而产生更致密、更均匀和更精细的纳米孔径网络，提供更好的凝胶性能。研究表明，极低的纳米纤维素添加量（0.1%）可大幅提高带鱼鱼糜的凝胶品质。本研究证明了纳米纤维素是一类新型鱼糜凝胶增强剂，所构建的纳米纤维素-肌球蛋白作用机理模型可进一步指导纤维素类食品添加剂的开发，推动新型蛋白凝胶机制在食品工业中的应用。 浙江海洋大学食品与药学学院硕士研究生朴新月为论文第一作者，赵亚东教授为第一通讯作者，郑斌教授和昆士兰科技大学周儒森研究员为共同通讯作者，浙江海洋大学食品与药学学院为第一完成单位。本研究得到了国家重点研发计划（2020YFD0900900）、舟山科技计划项目（2022C41001）、浙江海洋大学高层次人才科研启动金（11135091221）的资助。 本文来源：浙江海洋大学近日，浙江海洋大学食品与药学学院郑斌教授团队赵亚东教授课题组的研究成果以“Oxidized cellulose nanofibrils-based surimi gel enhancing additives: interactions, performance and mechanisms”为题发表在Food Hydrocolloids。该团队通过系统的化学力表征、微观结构观察、动态流变测定和蛋白质二级结构解析，揭示了TEMPO氧化引入活性基团，促进纳米纤维素与肌球蛋白间分子作用力，改善鱼糜凝胶品质的作用机理，建立了纳米纤维素-肌球蛋白多维互作模型，解释了纳米纤维素作为新型鱼糜凝胶增强剂的起效机制。我国带鱼的产量连续多年保持在每年110万吨左右，占到全世界带鱼产量的80%。大规格高品质带鱼多以鲜销或加工成冷冻品为主，而大量小规格低值带鱼多被制成鱼糜，进而加工成鱼丸、模拟蟹肉等海洋仿生食品，提高经济价值。但是，带鱼鱼糜脂肪含量较高，盐溶蛋白含量相对较低且肌球蛋白纤维较短，凝胶品质较差，严重制约了带鱼鱼糜的高值加工。纳米纤维素是通过化学、物理、生物或者几者相结合的手段从天然纤维素中所提取直径在100nm以下且长度可达数微米的纤维或晶体。纳米纤维素具有来源广泛、廉价易得、天然可再生、结晶度高、密度低、比表面积大和力学性能优异等特点，广泛应用在增强复合材料领域。此外，纳米纤维素具有膳食纤维不被人体消化吸收，却能促进肠道蠕动，改善肠道菌群生态平衡等功效，可作为添加剂制成减肥等功能性食品。但是，纳米纤维素在改善鱼糜凝胶品质方面的系统研究不足，纳米纤维素-鱼肉蛋白互作机理尚不清晰。本研究中采用TEMPO介导氧化制备了含有大量COO-基团的功能化纳米纤维素，并创新性的将其添加到带鱼鱼糜中，显著改善了带鱼鱼糜的凝胶品质，并提出了一个新的理论模型来说明纳米纤维素与肌球蛋白的作用机理。功能化纳米纤维素与肌球蛋白相互作用改善鱼糜制品凝胶品质主要体现在以下几个方面：（1）功能化纳米纤维素呈现典型棒状结构，具有结晶度高、尺寸均一和长径比高等优点，可作为增强填料提高鱼糜凝胶强度并保持良好的热稳定性；(2) TEMPO介导氧化在纳米纤维素表面引入丰富的负电基团，极大提高了纳米纤维素的表面亲水性以及与水分子的相互作用，并提供活化的锚定末端与肌球蛋白分子形成额外的离子键和氢键，提高鱼糜凝胶的持水性和凝胶强度；(3)功能化纳米纤维素在鱼糜凝胶体系中均匀分布，有力促进肌球蛋白二级结构转变和分子重排，从而产生更致密、更均匀和更精细的纳米孔径网络，提供更好的凝胶性能。研究表明，极低的纳米纤维素添加量（0.1%）可大幅提高带鱼鱼糜的凝胶品质。本研究证明了纳米纤维素是一类新型鱼糜凝胶增强剂，所构建的纳米纤维素-肌球蛋白作用机理模型可进一步指导纤维素类食品添加剂的开发，推动新型蛋白凝胶机制在食品工业中的应用。浙江海洋大学食品与药学学院硕士研究生朴新月为论文第一作者，赵亚东教授为第一通讯作者，郑斌教授和昆士兰科技大学周儒森研究员为共同通讯作者，浙江海洋大学食品与药学学院为第一完成单位。本研究得到了国家重点研发计划（2020YFD0900900）、舟山科技计划项目（2022C41001）、浙江海洋大学高层次人才科研启动金（11135091221）的资助。本文来源：浙江海洋大学