Oxidace proteinů a lipidů u ryb: dráhy, kinetika a produkty

MSc. Nima HEMATYAR

Doctoral thesis

Protein and lipid oxidation in fish: pathways, kinetics and products

Abstract:

Fish muscle contains omega-3 fatty acids and high quality protein and other valuable nutrients. On the other hand, due to the high content of water, neutral pH, presence of PUFA and sensitive amino acids, fish muscle is a very perishable food. The progress of lipid and protein oxidation as well as interaction between the oxidation products could have a negative role during storage time. Negative effect of oxidation on the fish fillet quality has been reported by several authors, but still the pathways and products of protein oxidation owning to the diversity of the protein oxidation products is not clear. Pathways of lipid and protein interaction, target amino acids, storage conditions and also, final impact on the fish muscle quality have been investigated in this study. We examined the quality of fish muscle in common carp and perch during different storage conditions (+4°C and -20°C). Also, we compared some quality parameters in perch muscle from two different rearing systems to identify the pathways and products of oxidation. The present study investigated the oxidation progress with respect to TBARS and carbonyls as markers of lipid and protein oxidation respectively as well as contribution of PUFA on the lipid oxidation development. Further, the effect of storage conditions and oxidation on the textural and sensorial parameters were examined. Possible changes of pH, rigor index and biogenic amines, during post mortem were studied. Additionally, we performed proteomic analysis in order to investigate more deeply the protein alteration and find a correlation between protein structures and fish muscle quality. Our results showed a good stability in common carp (Cyprinus carpio) fillet during 6 months storage at -20oC. According to our results, we observed a significant decrease in the firmness of common carp muscle after 1 week and then it was constant while liquid loss increased significantly with storage time. Regarding the sensory parameters, we could not find any differences in the examined parameters in both stored raw and cooked fillets compared to the fresh one. Although, both lipid oxidation parameters (TBARS and PV) were increased significantly but it did not reach the critical level for human consumption. On the other hand, protein oxidation which is involved in WHC deterioration was increased significantly. In addition, we investigated the muscle quality of Eurasian perch (Perca fluviatilis L.) from two rearing systems (RAS and pond). During frozen and refrigerated storage, we observed a significant increase in the amount of TBARS and carbonyls in both rearing systems. Comparison between both rearing systems did not show any differences in the amount of TBARS while carbonyl was significantly higher in the RAS fillets rather than pond fillets particularly, until 4 month storage at -20oC. Also, we found a significant increase in liquid loss and considerable decrease in firmness in the fillets from both rearing systems. Our results showed higher firmness and liquid loss in the RAS fillets compared to the pond one. Proteomic analysis on the fillets from both rearing systems during frozen storage showed more stability in the RAS fillet however, western blot revealed more oxidized carbonyls in the RAS fillets rather than pond fillet specially, at time 0 and 4. Probably, formation of ice crystals and accumulation of ROS have key roles on the development of oxidation during frozen storage while enzymatic activity follow by protein degradation are important during refrigerated storage.

Abstract:

Rybí svalovina obsahuje omega-3 mastné kyseliny, vysoce kvalitní bílkoviny a další cenné živiny. Na druhé straně představuje rybí svalovina velmi rychle se kazící potravinu díky vysokému obsahu vody, neutrálnímu pH, přítomnosti polynenasycených mastných kyselin a citlivých aminokyselin. Vyvíjející se oxidace lipidů a proteinů, jakož i interakce mezi produkty oxidace mohou představovat důležitý problém během skladování. Informace o negativním účinku oxidace na kvalitu rybího filetu byly již zveřejněny několika autory, nicméně stále nejsou jasné dráhy a produkty oxidace proteinů kvůli různorodosti produktů oxidace proteinů. V této výzkumné práci byly zkoumány dráhy interakce lipidů a proteinů, cílové aminokyseliny, podmínky skladování a také konečný dopad na kvalitu svaloviny ryb. Zkoumali jsme kvalitu rybí svaloviny u kapra obecného a okouna za různých skladovacích podmínek (+ 4°C a -20°C). Také jsme porovnávali některé kvalitativní parametry ve svalovině okouna ze dvou různých chovných systémů, abychom identifikovali dráhy a produkty oxidace. Tato práce zkoumala, jak se oxidace vyvíjí s ohledem na reaktivní látky kyseliny thiobarbiturové a karbonyly jako markerů oxidace lipidů a proteinů, a jaký podíl mají polynenasycené mastné kyseliny na rozvoji oxidace lipidů. Dále byl zkoumán vliv podmínek skladování a oxidace na texturní a senzorické parametry. V průběhu postmortálních změn byly studovány možné změny pH, rigor index a biogenní aminy. Navíc jsme provedli proteomickou analýzu, abychom mohli hlouběji prozkoumat změnu proteinů a najít korelaci mezi strukturami proteinů a kvalitou svaloviny ryb. Naše výsledky prokázaly dobrou stabilitu u filetu kapra obecného (Cyprinus carpio) během 6 měsíců skladování při teplotě -20oC. Podle našich výsledků jsme po jednom týdnu zaznamenali výrazný pokles tuhosti svaloviny u kapra obecného a poté byla konstantní, zatímco ztráta tekutiny se výrazně zvyšovala s dobou skladování. Co se týče senzorických parametrů, nenarazili jsme ve zkoumaných parametrech na žádné rozdíly u uchovávaných syrových či vařených filetů ve srovnání s čerstvými. Ačkoli byly oba parametry oxidace lipidů (TBARS a PV) významně zvýšené, nedosáhly kritické úrovně z hlediska lidské konzumace. Na druhé straně se zásadně zvýšila oxidace proteinů, která se podílí na zhoršení kapacity zadržování vody. Dále jsme zkoumali kvalitu svaloviny u okouna říčního (Perca fluviatilis L.) ze dvou chovných systémů (RAS a rybník). Během mraženého a chlazeného uchovávání jsme pozorovali významné zvýšení množství TBARS a karbonylů v obou chovných systémech. Srovnání mezi oběma chovnými systémy neprokázalo žádné rozdíly v množství TBARS, zatímco koncentrace karbonylů byla významně vyšší u filetů pocházejících z RAS než u filetů pocházejících z rybníka, zejména před uplynutím 4 měsíců skladování při -20oC. Zaznamenali jsme také značný nárůst ztráty tekutin a výrazné snížení pevnosti filetů z obou chovných systémů. Naše výsledky prokázaly vyšší tuhost a ztrátu tekutin u filetů pocházejících z RAS ve srovnání s filety pocházejícími z rybníka. Proteomická analýza filetů z obou chovných systémů ukázala větší stabilitu u filetu pocházejícího z RAS během mraženého uchovávání, nicméně imunoblot odhalil více oxidovaných karbonylů u filetu pocházejícího z RAS než u filetů pocházejících z rybníka, obzvláště v čase 0 a 4. Tvorba ledových krystalů a akumulace ROS hraje pravděpodobně klíčovou roli ve vývoji oxidace během mraženého uchovávání, přičemž enzymová aktivita následovaná rozpadem proteinů je důležitá při chlazeném uchovávání.

Keywords

oxidace lipidů, oxidace proteinů, rybí filety, interakce, proteomická analýza

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 9. 2019

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Jan Mráz, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Doctoral programme / field:
Zootechnics / Fishery