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魚類筋肉タンパク質の温度およびpH依存性に見られる特性に関する研究
| Title: | 魚類筋肉タンパク質の温度およびpH依存性に見られる特性に関する研究 |
| Other Titles: | Study on the Characteristics of Temperature and pH Dependence of Fish Muscle Protein |
| Authors: | 橋本, 昭彦 Browse this author |
| Issue Date: | 25-Mar-1987 |
| Abstract: | 1. Characteristics of Temperature Dependence of Fish Muscle Protein Since fish adapts to various environmental water temperatures ranging from -2 to 40°C, it is very interesting to clarify the relationship between the properties of these muscle proteins and the temperature. Therefore, using the myofibrils which are the model system of the muscle, the temperature characteristics and the stability against heat of its biochemical function were compared between the cold, temperate and tropical fishes. 1. Mg-ATPase (I = 0.12, pH 7.0) activity of fish myofibrils was activated when Ca concentration was high (0.25 mM), but was inhibited when it was low (<10 nM). The Ca-sensitivity (%) calculated from these two ATPase activities showed a sufficiently high value of 90 to 99% near the inhabitation temperature range of the fish. 2. As the ATPase measurement temperature was further raised, the Ca-sensitivity decreased irreversibly: at >25°C in cold-water fish, at >35°C in temperate fish, and at >40°C in tropical fish. The stability of myofibrils to heat is different in these fish species. 3. For 40 fish species, the thermal stability of myofibrils was compared kinetically using first order rate constants (KD) in inactivation of the Ca-ATPase activity. The value of activation free energy in denaturation, ⊿ G≠(kcal/mol), was found to be closely related to the favorable environmental water temperature, t (°C) of the fish; it was expressed by the equation of ΔG≠ = 22.45 + 0.1744 t (r=0.950). 2. Characteristics of PH Dependence of Fish Muscle Protein In fish meat after death, pH decrease due to accumulation of lactic acid occurs. This tendency is remarkable in red-fleshed fish and it may be a cause of quality deterioration of fish meat after catching. In Part 2, the influence of acidic pH ( 5.5- 6.5 ) on the stability of fish myofibrils was studied at various temperatures. Furthermore, the mechanism of acid denaturation was also investigated. 1. As the pH decreased from 7.0 to 5.5 at constant temperature, inactivation rate (KD) for fish myofibrillar Ca-ATPase increased markedly. 2. KD of myofibrils of sardine and mackerel was measured at pH5.8 in the range of 3-40°C. The Arrhenius Plot (plot of the log KD against 1/T °K) showed a transition break at around 20°C: the activation enthalpy(Δ H≠ ) was 13-26 kcal/mol in the low temperature region and 50-60 kcal/mol in the high temperature region. The former value is about 1/2 to 1/4 of the latter value. Preventing myofibril denaturation, it may be effective for the method of cooling in the high temperature range and the method to neutralize the pH in the low temperature range. 3. The mechanism of acid denaturation of rabbit reconstituted actomyosin was investigated at pH 5.5(I=0.5) in both at 35°C and at 3°C. As a result, it was suggested that denaturation of actomyosin is accompanied mainly by aggregation reaction of the molecule in the high temperature region, while release of myosin by denaturation of actin and structural change of actomyosin mainly occurs in the low temperature range. 3. Effect of PH and Temperature on Gel forming Properties of Fish Muscle Protein Fish meat changes to the elastic gel-like food through washing with water, grinding with salt, shaping, pre-heating and heating. Therefore, its gelforming ability may be greatly influenced by the characteristics of fish myofibrillar protein. In part3, based on the study of denaturation for fish myofibrils in Part1 and Part2, the characteristics of gel formation were also investigated using minced fish flesh or “surimi”. 1. The gel forming ability of “surimi” with or without salt was quickly lost as the storage temperature was higher. First order rate constants (KJ) in the decrease of gel forming ability were considerably different among fishes: Alaska Pollack (cold-water fish) > White croaker (temperate fish) > Tilapia (tropical fish). This trend well corresponded to that of myofibrillar thermal stability among fish species in Part1. 2. “Surimi” of each fish species was grinded with salt and stored at 10-35°C, and changes in gel strength were recorded. Comparing the rate of gelation among fish species, it was faster in the order of Alaska Pollack (cold-water fish) > White croaker (temperate fish) > Tilapia (tropical fish). This result similary reflected the thermal stability between fish species. 3. The influence of weakly acid pH on the gel forming ability of “surimi” was investigated. The gel forming ability was largely lost as the time of acid treatment was longer and the pH was lower. To summarize these results, fish myofibrillar protein retains thermal stability closely related to the fish's habitat temperature, so when storing and processing cold-water and tropical fish muscles, suggesting that the processing conditions differ for each fish species. Furthermore, in the effective utilization of migratory red-meat fish, in addition to thermal denaturation factors, PH reduction of muscle after death is also a degeneration factor, so there is a need to neutralize the pH of the meat as soon as possible after catching. This study showed that properly controlling the mode and speed of denaturation is necessary for highly using muscles of various fish as food by grasping the temperature and pH characteristics of muscle proteins of each fish. | | 【第１部】魚類筋肉タンパク質の温度依存性に見られる特性魚類は－２～４０℃に至るさまざまな環境水温に適応しているが、それら筋肉タンパク質の特性と温度との係わり合いについての研究は充分になされていない。そこで、筋肉のモデル系である筋原繊維を用いて、その生理的機能の温度特性および熱に対する安定性を、寒帯性、温帯性、および、熱帯性の魚類について比較検討した。１．魚類筋原繊維のMg-ATPase（I=0.12,pH7.0）活性は、Ｃａ濃度が高い（0.25mM）と活性化され、一方、低い（<10nM）と抑制された。この二つのATPase活性より算出されるＣａ－感受性は、その魚類の生息温度付近で９０～９９％の充分高い値を示した。２．Ｃａ－感受性をさらに温度を上昇させ測定すると、その値は不可逆的に減少した。この傾向は、寒帯性魚類で２５℃以上、温帯性魚類で３５℃以上、および熱帯性魚類で４０℃以上で顕著に見られたが、このことより筋原繊維の熱に対する安定性は魚種ごとに異なることが示唆された。３．魚類筋原繊維の熱安定性を、Ca-ATPase活性を指標として速度論的に比較検討したところ、変性における活性化自由エネルギーの値、⊿Ｇ≠（kcal/mol）は、その魚類の生息水温、ｔ（℃）と、密に関係することがわかった。すなわち、⊿Ｇ≠＝22.45+0.1744ｔ(r=0.950)なる関係式で表された。この式は、生息水温が１℃高くなると、⊿Ｇ≠が0.1744kcal/mol大きくなることを示すものであり、例えば、生息水温が約２０℃異なるティラピア（熱帯性）とスケトウダラ（寒帯性）では、前者の方が約3.4kcal/mol⊿Ｇ≠は大きく変性は起りにくいことを示した。【第２部】魚類筋肉タンパク質のｐＨ依存性に見られる特性漁獲後の魚肉の品質に対しては、第１部で検討した環境温度がもたらす熱的な変性要因以外に、死後の魚肉中に蓄積してくる乳酸に由来するｐＨの低下（5.5～6.5）が新たな変性要因として加わる可能性が考えられ、これは赤身魚類において特に著しい。そこで、魚類筋原繊維の熱安定性に及ぼす弱酸性ｐＨの影響を調べ，さらに、その酸変性のメカニズムについても検討を加えた。１．魚類筋原繊維Ca-ATPaseの失活速度（ＫＤ）は、一定温度下で、ｐＨが低下するにつれ増加した。２．イワシ・サバ筋原繊維のｐＨを５．８にして、各種温度下でＫＤを測定しArrhenius Plotすると、約２０℃を境に折れ曲がる２本の直線が得られた。この変性における活性化エンタルピー、⊿Ｈ≠の値は、低温域で13～26kcal/molおよび高温域で50～60kcal/molとなり、前者は後者の約１／２～１／４の値となっていた。すなわち、筋原繊維のｐＨが低下した場合の変性防止方法としては、高温域では冷却することが有効であるものの、低温域では冷却に加え、さらにｐＨを中和することが有効であると推定された。３．ウサギ再構成アクトミオシンを用いて、酸性ｐＨ（ｐＨ5.5,I=0.5）下で起る変性のメカニズムを、高温域（３５℃）と低温域（３℃）で検討した。その結果、高温域ではアクトミオシン分子の凝集反応が主体で変性が起り、一方、低温域では、アクチンの変性を伴うと推定される、ミオシンの遊離およびアクトミオシンの構造変化を主体とする変性が起ることが強く示唆された。【第３部】魚類筋肉のゲル化特性に及ぼすｐＨと温度の影響魚肉は、塩摺り・坐り・加熱の工程を経て、ゲル状の食品へと転換されるが、このゲル形成能力は、筋原繊維タンパク質の性質に大きく左右されることが予想された。そこで、第１部および第２部で検討してきた筋原繊維の変性に対する温度とｐＨの影響が魚肉のゲル化特性に対してどのように反映されるかを検討した。１．無塩すり身および加塩すり身のゲル形成能は、温度が高いほど速やかに失われた。しかし、そのゲル形成能の劣化速度（ＫＪ）は魚種ごとに異なり、ティラピア（熱帯性）＜シログチ（温帯性）＜スケトウダラ（寒帯性）の順に大きくなった。この傾向は、先に筋原繊維で明らかにしてきた、魚種間における熱安定性の相違とよく対応していた。２．すり身を塩摺りし坐りをおこなったところ（10～35℃で加温）、ゲル化の速度は、やはり、ティラピア（熱帯性）＜シログチ（温帯性）＜スケトウダラ（寒帯性）の順に大きくなった。３．すり身のゲル形成能に及ぼす弱酸性ｐＨの影響を調べたところ、酸処理の時間が長いものほど、また、その時のｐＨが低いものほど、ゲル形成能は低下することが認められた。以上の結果を総合すると、魚類筋原繊維タンパク質は、その魚類の生息水温と密に関係した熱安定性を保持しており、このことは、寒帯性および熱帯性の魚類の筋肉を貯蔵・加工するに際して、その処理条件が魚種ごとに異なることを示唆するものであった。また、回遊性の赤身魚肉の有効利用においては、熱的な変性要因に加え、死後における筋肉のｐＨ低下が新たな変性要因となるので、漁獲後できるだけ速やかに肉質ｐＨの中和をする必要性があった。本研究は、各種魚類の筋肉を食品として高度利用するに際しては、それぞれの魚種の筋肉タンパク質の温度とｐＨ依存性について見られる特性を把握し、変性の様式や速度を任意に制御することが必要であることを示した。 |
| Conffering University: | 北海道大学 |
| Degree Report Number: | 甲第2388号 |
| Degree Level: | 博士 |
| Degree Discipline: | 水産学 |
| Examination Committee Members: | (主査) 教授 柴田 猛, 教授 安井 強, 教授 新井 健一 |
| Degree Affiliation: | 水産学研究科 |
| Type: | theses (doctoral) |
| URI: | http://hdl.handle.net/2115/67267 |
| Appears in Collections: | 学位論文 (Theses) > 博士 （水産学）
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