《食品科学》：西南民族大学唐善虎教授等：Mg2＋对羊肉肌原纤维蛋白结构和凝胶特性的影响

羊肉肉质鲜美、营养丰富，受到世界各国消费者的广泛喜爱。肌原纤维蛋白（MP）在肌肉总蛋白中占比50%～60%，是一类重要的结构蛋白，对肉的品质产生重要影响。在加工生产中加工方式与处理条件的不同，如温度、pH值、离子种类和强度都会对MP结构产生影响，其中离子对于MP影响比较显著。研究发现，宁夏、新疆、内蒙古等地区水中的Mg2＋、Ca2＋、Zn2＋等金属离子含量与其他地区有差异，这可能是导致手抓羊肉口感和品质变化的重要原因。Mg2＋对于肉制品的品质提升具有重要作用。

西南民族大学食品科学与技术学院的李思蕾、唐善虎*等以羊肉MP为对象，研究低离子浓度条件下（0.1 mol/L NaCl）不同浓度Mg2＋对羊肉MP理化特性、蛋白结构及热凝胶特性的影响，并多角度探讨其影响机制，旨在为手抓羊肉产品的品质提升提供理论指导。

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Mg2＋对MP理化性质的影响

溶解度分析

如图1所示，与对照组相比，0.02 mol/L的Mg2＋可以显著提升MP溶解度，MP溶解度提升11.95%；0.02～0.05 mol/L Mg2＋浓度组间MP溶解度差异不显著。MP溶解度的增加可能由于Mg2＋自身水合特性，改变了水溶液的极性，减弱MP溶液自然状态下聚集形式的相互作用，促进其中小分子蛋白结合位点暴露，导致MP溶解度增加。

乳化特性分析

如图2所示，随着Mg2＋浓度增加，EAI值随之显著增加，Mg2＋浓度为0.05 mol/L时，EAI值达到39.68 m2/g，同时ESI值相应上升。因此，Mg2＋有利于羊肉MP形成稳定的乳液体系，这可能与Mg2＋极小的离子半径和较大的水合半径有关。在MP体系中，Mg2＋的金属特性可以促进蛋白质内部结构疏水基团的暴露，诱导蛋白表面及内部蛋白结构的展开，同时自身较大的水合半径对水分子具有较强的吸引力，为油-水界面提供一个稳定的环境，从而导致EAI和ESI值的提升。

电位和粒径分析

图3a反映Mg 2＋ 对MP粒径的影响，蛋白质粒径的测定可以直接反映溶液中蛋白质聚集情况。随着Mg 2＋ 浓度的增加，MP粒径明显增大，0.05 mol/L Mg 2＋ 浓度下的粒径比对照组增加31.76%，粒径的变化情况与溶解度的变化情况相一致。综上，0.05 mol/L Mg 2＋ 浓度下MP在溶液状态下可以保持更好的功能特性。

图3b表示不同离子浓度下MP Zeta电位的变化。添加Mg 2＋ 后Zeta电位绝对值低于无离子添加组，且随着Mg 2＋ 浓度的增加，Zeta电位绝对值整体呈现出降低的趋势，表明Mg 2＋ 可以显著降低蛋白Zeta电位绝对值，减弱蛋白间静电相互作用。Mg 2＋ 添加后蛋白质溶液极性发生改变，Mg 2＋ 添加浓度越大，对MP体系影响越明显。

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Mg2＋对MP结构的影响

傅里叶红外光谱二级结构分析

Mg2＋添加可能对MP二级结构产生影响，不同Mg2＋浓度下MP的二级结构相对含量如表1所示。随着Mg2＋浓度的增加，MP中β-折叠结构显著增加，α-螺旋和β-转角较无添加组含量降低。原因可能是Mg2＋添加改变溶液极性，导致蛋白内部氢键结构被破坏，二级结构中α-螺旋、β-转角发生解折叠，向β-折叠结构转化。

表面疏水性分析

由图4可知，羊肉MP溶液体系中H 0 呈现出随Mg 2＋ 浓度增加而增大的趋势。这可能是由于在羊肉MP体系中，Mg 2＋ 自身的金属特性，降低了非极性氨基酸转移到水中所需的自由能，促进蛋白质解折叠的发生，进而促进蛋白侧链和轻链蛋白疏水基暴露，增加了ANS探针与MP的结合位点，导致H0值增大。

内源色氨酸荧光分析

由图5可知，与对照组相比，Mg2＋浓度为0.01～0.04 mol/L时，内源色氨酸荧光强度逐渐升高，在0.04 mol/L最大；Mg2＋浓度为0.05 mol/L时，荧光强度变弱，但仍高于对照组。这可能是与Mg2＋自身的金属离子效应有关，在0.01～0.04 mol/L时，Mg2＋改变了蛋白质的内部极性环境，使蛋白侧链中色氨酸残基激发效果增强，荧光强度提升；0.05 mol/L时，离子浓度相对较大，导致部分蛋白质分子发生静态猝灭，造成荧光强度下降。因此Mg2＋对羊肉MP三级构象具有显著的影响。

SDS-PAGE分析

如图6所示，主要有3 个条带，分子质量由大到小依次是肌球蛋白重链（205 kDa）、肌动蛋白（45 kDa）、原肌球蛋白（35 kDa）。Mg 2＋ 对大分子蛋白条带和轻链区小分子蛋白条带均产生影响。随着Mg 2＋ 浓度的增加，0.03～0.05 mol/L Mg 2＋ 浓度下大分子蛋白条带（肌球蛋白重链220 kDa）条带增强。这可能是由于Mg 2＋ 较小的半径，有利于克服空间位阻，促进蛋白溶液体系中肌球蛋白等分子蛋白发生解折叠，尤其促使小分子蛋白展现功能特性，Mg 2＋ 浓度越高，效果越明显。这与Mg 2＋ 浓度对MP溶解度的影响结果一致。

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Mg2＋对羊肉MP凝胶特性的影响

流变特性分析

由图7可知，25～40 ℃时，蛋白溶液体系处于平衡状态，G’变化较为平稳；随着温度的升高，40～55 ℃时，G’升高，此阶段为肌球蛋白变性温度，此时蛋白质结构展开，开始初步形成凝胶结构；55～60 ℃时，G’降低，表明肌球蛋白变性完成。后续随着温度升高，G’缓慢上升，并在75 ℃后趋于稳定，MP整体凝胶结构形成。不同Mg2＋浓度条件下羊肉MP呈现出一致的变化趋势，随着Mg2＋浓度的增加，肌球蛋白变性温度带G’最高值呈先升高后降低趋势。进一步提高Mg2＋浓度（0.04～0.05 mol/L），G’降低，可能是由于Mg2＋自身较大的水合半径呈现优势，对水分子吸引力加强，干扰MP体系中三维网状结构的形成。因此，适宜浓度的Mg2＋可以对凝胶的形成有促进作用，过高或低的浓度反而影响凝胶强度的形成。

凝胶强度分析

如图8所示，Mg 2＋ 可以提升MP的凝胶强度，MP凝胶强度随着Mg 2＋ 浓度的增加呈现出先升高后降低的趋势，当Mg 2＋ 浓度为0.03 mol/L时，MP的凝胶强度最大，达到514.78 g，比对照组增加了70.49%。 0.04～0.05 mol/L时，Mg 2＋ 浓度较大，Mg 2＋ 的金属特性中和蛋白表面电荷，降低了蛋白间的相互作用 ，阻碍部分三维网络结构的形成，使凝胶内部网格塌陷，孔隙增大，从而凝胶强度降低。

凝胶保水性分析

由图9可知，Mg 2＋ 添加不利于MP的凝胶保水性，0.01～0.04 mol/L Mg 2＋ 浓度下MP凝胶的保水性低于对照组，可能是由于在加热形成凝胶过程中， Mg 2＋ 由于自身金属离子效应，中和了蛋白表面负电荷，使部分三维网络结构建立不完善，导致凝胶骨架中可留存的水分减少，凝胶保水性降低。0.05 mol/L Mg 2＋ 浓度时样品保水性略有回升，原因可能是对应蒸煮损失较低，凝胶体系内部水分较多，导致保水性相对提升。

蒸煮损失分析

由图9可知，Mg 2＋ 浓度的增加可以显著降低羊肉MP凝胶的蒸煮损失，0.05 mol/L浓度下效果最明显，达到42.23%。这可能由于MP在加热形成凝胶过程中，Mg 2＋ 有大的水合半径，吸引水分子能力较强，可以结合更多的水分，导致蒸煮损失随Mg 2＋ 浓度增加降低。

蛋白凝胶水分态变

由表2可知，对照组MP凝胶不易流动水占比最高，添加Mg 2＋ 后蛋白凝胶中不易流动水所占的比例显著减少，同时自由水占比随 Mg 2＋ 添加量增加而显著增大；T2b区域峰面积占整体峰面积比例较小，且不同处理组间峰面积变化不显著，证明水分迁移变化与结合水关系较小。随着Mg 2＋ 添加，Mg 2＋ 与MP内部极性基团结合的概率增加，导致凝胶内部对水的约束减弱，从而不易流动水向自由水形态转变。结果表明 Mg 2＋ 添加使 MP 凝胶体系中不易流动水向自由水转化，降低了 MP 的持水性。

SEM结构分析

从图10A可以看出，对照组内部孔隙少，蛋白交联紧密。与对照组相比，Mg 2＋ 添加后MP凝胶（图10B～F），凝胶孔隙逐渐增多，网络结构交联状态下逐渐宽松不规则，其中0.05 mol/L Mg 2＋ 浓度效果最为明显（图10F）。这可能是由于Mg 2＋ 自身的金属特性，在凝胶受热蛋白骨架构建过程中，Mg 2＋ 与水分子的结合，减弱了水分子与蛋白的结合，使蛋白结构疏松，形成复杂的网状结构使MP凝胶强度得到提升；同时离子浓度过高会使凝胶内部结构混乱孔隙变大，打破凝胶内部稳定结构，这与凝胶保水性降低结论符合。

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相关性分析

如图11所示，羊肉MP溶解度与EAI、ESI、蛋白质二级结构、表面疏水性呈正相关；这表明Mg 2＋ 在蛋白溶液体系中促进二、三级结构的展开，形成更加稳定的构象，溶解度增大，使羊肉MP的功能特性得到展现。在羊肉MP凝胶特性上，凝胶强度与表面疏水性、Zeta电位、粒径、溶解度显著正相关；与保水性、蒸煮损失显著负相关；这表明Mg 2＋ 添加对蛋白质内构象的改变直接影响着凝胶体系，同时对凝胶的保水等品质特性产生影响。由此得出，Mg 2＋ 对羊肉MP理化性质和结构上，以及热凝胶特性具有显著影响。

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结论

通过建立Mg 2＋ -MP模型，探究Mg 2＋ 对羊肉MP结构和凝胶特性的影响。研究发现，在羊肉MP理化特性方面，Mg 2＋ 可以促进羊肉MP溶解度和乳化特性的增加，从而有利于形成稳定的溶液体系。在羊肉MP结构方面，SDS-PAGE分析显示Mg 2＋ 促进肌球蛋白重链及轻链小分子蛋白溶解；Mg 2＋ 对溶液极性的影响改变了二级结构各部分占比；Mg 2＋ 自身离子特性激发羊肉MP疏水基团暴露，从而影响MP的三级构象。在羊肉MP凝胶特性方面，Mg 2＋ 可以促进凝胶强度的增强，降低蒸煮损失，有效提高羊肉MP嫩度。随着Mg 2＋ 浓度的提高，MP流变学G’和凝胶强度先升高后降低；凝胶内部不易流动水向自由水状态转变；凝胶内部结构逐渐疏松。通过相关性分析表明，羊肉MP结构和凝胶特性与Mg 2＋ 含量显著相关。因此，Mg 2＋ 可有效改善羊肉MP结构和凝胶特性，为Mg 2＋ 在羊肉制品中的加工利用提供强有力理论支撑。

本文《Mg 2＋ 对羊肉肌原纤维蛋白结构和凝胶特性的影响》来源于《食品科学》2023年44卷08期109-117页，作者：李思蕾，王守伟，赵冰*，臧明伍，李思宁，唐善虎。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20211220-230.

实习编辑：淮阴工学院生命科学与食品工程学院 彭凯雄 ；责任编辑：张睿梅 。 点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。图片来源于文章原文及摄图网。

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