辐照对带鱼鱼糜内源性转谷氨酰胺酶及凝胶特性的影响

转谷氨酰胺酶(TGase)广泛存在于鱼类中，其主要作用是催化肌原纤维蛋白中谷氨酰胺残基的γ-酰胺基与赖氨酸残基的ɛ-氨基发生交联作用，生成分子内或分子间ɛ-(γ-Glu)-Lys非二硫共价键，促进蛋白网状结构的形成。热诱导鱼糜凝胶的形成包括凝胶化、凝胶劣化与凝胶熟化3 个阶段，研究认为鱼肉蛋白的凝胶化有赖于其内源性TGase介导的蛋白质非二硫共价键的交联，形成的鱼糜凝胶强度与TGase活力正相关。电子束辐照是一种新型的食品加工技术，在食品保鲜、质量和安全控制、品质改进等领域应用广泛，电子束辐照能引起蛋白构象的改变，导致蛋白变性、聚集或凝胶化，同时也能改变鱼糜内源性酶的结构及其活性，从而影响鱼糜凝胶的形成。

带鱼鱼糜所含内源性TGase也与带鱼鱼糜凝胶化作用有关。为进一步阐述电子束辐照对鱼糜凝胶特性的影响机理，宁波大学食品与药学学院、浙江省动物蛋白食品精深加工技术重点实验室的杨镕、徐安琪和杨文鸽*等人以0~9 kGy电子束辐照带鱼鱼糜，提取鱼糜中的内源性TGase，测定酶活力及其最适反应温度和pH值，并通过傅里叶变换红外光谱、圆二色光谱分析酶的二级结构，探究电子束辐照对带鱼鱼糜TGase的影响机理，旨在为利用电子束辐照改进鱼糜及其制品品质提供依据。

1 电子束辐照对带鱼鱼糜TGase活力的影响

由图1可知，随着辐照剂量的增加，鱼糜内源性TGase活力先上升后下降，5 kGy组鱼糜中的TGase活力最高，并显著高于对照组及其他剂量处理组(P<0.05)，7 kGy和9 kGy组TGase活力低于对照组，尤其是9 kGy组TGase活力显著降低。本实验中，1、3 kGy和5 kGy剂量能激活TGase活性，其中5 kGy组效果最显著，但7 kGy和9 kGy剂量则抑制TGase活性。推测较低剂量辐照能促进TGase肽链的伸展，活性基团的适当暴露有利于酶催化肌原纤维蛋白中谷氨酰胺残基的γ-酰胺基与赖氨酸残基的ɛ-氨基发生交联，而随着辐照剂量的继续增加，TGase 分子上暴露基团之间的相互作用增强，从而削弱了酶分子对底物的亲和能力，导致酶活力下降。

2 电子束辐照对带鱼鱼糜TGase最适反应温度和pH 值的影响

结果显示，9 kGy组鱼糜TGase的最适反应温度为45 ℃，其余组均为40 ℃。在55～75 ℃区间内，各组鱼糜TGase活力有所降低，而在85 ℃时TGase活力急剧下降。电子束辐照后鱼糜内源性TGase对温度的敏感性不同，25 ℃时对照组鱼糜TGase活力最大，35 ℃和40 ℃时，1、3、5 kGy组鱼糜TGase活力高于对照组，而在45 ℃条件下，对照组和5、7 kGy组鱼糜TGase活力基本接近，并高于其余组。

和大多数酶一样，pH值会影响酶分子上基团的解离，影响酶和底物分子的结合;高温下酶和底物分子运动加快，碰撞机会增加，进而提高酶的催化活性，但高温同时会引起酶分子变性失活。经电子束辐照处理，各组鱼糜内源性TGase的活力随着pH值或温度的升高呈现先升高后下降趋势，并均在pH 8.0、温度40～45 ℃时活力达到最大，可见辐照处理影响鱼糜内源性TGase的活性，但并没有明显改变TGase的最适反应pH值和最适反应温度。在热诱导鱼糜凝胶形成的过程中，低温段采取40 ℃加热有利于辐照鱼糜内源性TGase发挥催化作用，促进鱼糜的凝胶化作用。

3 电子束辐照对带鱼鱼糜TGase二级结构的影响

3.1 傅里叶变换红外光谱分析结果

红外光谱在多个波段对蛋白质分子中的化学基团具 有特征吸收带，可以反映蛋白质的二级结构信息。由图2可知，各组鱼糜TGase在红外区出现若干个特征吸收峰，其中1 051 cm-1左右处吸收峰代表分子中的C—O伸缩振动;1 515～1 570 cm-1为酰胺II带的特征吸收区域，由60%的N—H弯曲振动和40%的C—N伸缩振动引起;1 600～1 700 cm-1为酰胺I带的吸收峰，谱峰指认比较成熟，其对应关系分别为β-折叠(1 610～1 639 cm-1)、无规卷曲(1 640～1 650cm-1)、α-螺旋(1 651～1 660 cm-1)、β-转角(1 661～1 670 cm-1)，酰胺I带的吸收峰能较好地反映蛋白质的二级结构;3 300 cm-1左右为酰胺A带的吸收峰，波数的变化与酶分子中氢键的变化有关。通常高温或辐照等处理会破坏分子内的氢键作用，影响蛋白质的二级结构单元，使得峰位迁移。

与对照组相比，辐照组鱼糜TGase在红外区的特征吸收峰发生不同程度偏移，其中酰胺I带峰由高波数(1 654 cm-1)向低波数(1 649 cm-1)移动，可见电子束辐照改变了鱼糜TGase的空间结构，分子中的二级结构单元组成发生了变化。对酰胺I带进行高斯曲线拟合分析，根据积分面积计算TGase二级结构的相对含量。TGase中α-螺旋和无规卷曲相对含量最高，β-折叠相对含量最低。结合图2，辐照组鱼糜TGase酰胺I带峰由高波数向低波数移动，分子中部分α-螺旋转变为无规卷曲、β-折叠等结构，尤其在5 kGy组最为明显。

3.2 圆二色光谱分析结果

不同剂量辐照带鱼鱼糜TGase的圆二色光谱结果见图3，各二级结构的相对含量见图4。圆二色光谱与傅里叶变换红外光谱所表征的TGase二级结构相对含量的变化趋势一致，具体数值的差异可能是由于计算方法存在差别。由图4可知，辐照剂量低于5 kGy时，随着辐照剂量的增加TGase中α-螺旋相对含量减少，β-折叠和无规卷曲相对含量增加，超过5 kGy则相反。至5 kGy时TGase二级结构中α-螺旋相对含量达最小值，而β-折叠及无规卷曲相对含量达最大值。说明低于5 kGy辐照剂量可以促使α-螺旋转化为β-折叠和无规卷曲。

结合辐照处理对TGase活力的影响，推测辐照导致酶蛋白结构的变化，在一定剂量下，α-螺旋中规则有序的氢键稳定性遭到破坏，展开的多肽链暴露出更多的基团，在分子重新聚集时部分形成β-折叠，部分转变为无规卷曲，而这种变化有利于酶活性基团的暴露并进一步和底物结合。

4 电子束辐照对带鱼鱼糜凝胶强度和保水性的影响

结果显示，辐照后鱼糜凝胶强度和保水性均显著高于对照组(P<0.05)，并在5 kGy处理组达到最大值，分别为875 g·cm和94.30%，显著高于对照组(380 g·cm和82.00%)，这与5 kGy剂量处理能显著提升带鱼鱼糜TGase活性相一致。电子束辐照会对带鱼鱼糜内源性TGase产生影响，提升或降低鱼糜凝胶强度，同时辐照也会引起鱼糜肌原纤维蛋白、其他内源性酶发生变化，从而影响鱼糜凝胶的形成。本实验室在辐照对鱼糜凝胶特性的研究中，也发现适宜剂量(5～7 kGy)的辐照处理会改变鱼糜蛋白分子的交联度，使其凝胶网状结构更加紧密，同时也能通过抑制鱼糜内源性肌原纤维结合型丝氨酸蛋白酶和组织蛋白酶L的活性，减轻对肌原纤维蛋白的降解作用，从而起到防止凝胶劣化、增强其凝胶强度和保水性的作用。电子束辐照对鱼糜凝胶强度和保水性等宏观凝胶特性的影响，是鱼糜中肌原纤维蛋白、内源性酶等微观分子结构变化的综合结果。

结 论

电子束辐照处理对带鱼鱼糜内源性TGase的酶学特性产生影响，随着辐照剂量由1 kGy增加到9 kGy，TGase活力呈现先上升后降低，5 kGy剂量处理能显著提升鱼糜TGase活性，辐照不影响TGase的最适反应pH值，除9 kGy处理组外，各组鱼糜TGase的最适反应温度均为40 ℃。为形成更好的鱼糜凝胶，通常采用二段式加热，低温段温度设置为40 ℃有利于TGase发挥最适作用;辐照引起鱼糜TGase分子中的二级结构单元转变，导致其构象变化，适宜剂量电子束辐照能使TGase酶蛋白分子中结构相对紧密的α-螺旋和β-转角结构转化为较松散的β-折叠及无规卷曲，有利于TGase活性基团的暴露，有效提高鱼糜TGase活性，促进带鱼鱼糜凝胶的形成。