《食品科學(xué)》：鄭州輕工業(yè)大學(xué)白艷紅教授等：等離子體活化水對解凍豬肉肌原纖維蛋白乳化特性的影響

冷凍是肉品在保藏運(yùn)輸過程中最常用的技術(shù)手段，但在冷凍過程中冰晶的形成會破壞肉品肌原纖維結(jié)構(gòu)，營養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)降低。肌原纖維蛋白（MP）作為豬肉基質(zhì)蛋白的核心組分，在肉品品質(zhì)調(diào)控中具有關(guān)鍵作用。MP不僅具有優(yōu)異的水合能力，其形成的乳液凝膠體系直接影響肉制品的質(zhì)構(gòu)特性與加工適應(yīng)性。

低溫等離子體作為新興的非熱加工技術(shù)，安全性高，近年來在食品非熱殺菌和功能成分改性方向展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院的杜曼婷、孫順漾、白艷紅*等利用低溫PAW處理解凍肉MP，探究其對解凍肉MP乳液的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和流變特性等的影響，通過分析PAW處理后MP乳液性質(zhì)與功能變化的相互關(guān)系，明確PAW對解凍肉MP乳化特性的作用規(guī)律，以期為PAW在提高解凍肉加工特性及品質(zhì)方面的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

01

PAW對MP乳液EAI及ESI的影響

蛋白質(zhì)的乳化活性是指蛋白質(zhì)作為乳化劑對油-水界面的穩(wěn)定能力，而乳化穩(wěn)定性是指蛋白質(zhì)抵御乳化體系分層的能力。兩者都能很好地表征乳液體系中蛋白質(zhì)分子間以及蛋白質(zhì)與脂肪的結(jié)合能力。如圖1所示，隨著獲取PAW放電時間的延長，MP乳液EAI和ESI均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，在PAW 20 s組達(dá)到最大值，分別為3.36 m2/g和62%。CK組MP的EAI及ESI均最低，顯著低于PAW 10 s、PAW 15 s、PAW 20 s和PAW 25 s組（P＜0.05）。研究表明，PAW處理可促使蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)展開，疏水基團(tuán)暴露，界面處的蛋白吸附量增多，乳液的乳化活性和乳化穩(wěn)定性升高，與本研究的結(jié)果一致。但放電時間過長的PAW中，帶電離子發(fā)生聚集并沖擊蛋白質(zhì)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)被破壞，溶解度降低，發(fā)生聚集現(xiàn)象，進(jìn)而降低了乳液的乳化活性和乳化穩(wěn)定性。

02

PAW對MP乳液TSI值的影響

TSI值表征乳液乳析、絮凝、聚結(jié)等變化情況。TSI值越小，表明乳液分散速度越慢，乳液越穩(wěn)定。如圖2所示，各處理組MP乳液的TSI值在短時間內(nèi)迅速上升，而后趨于穩(wěn)定。經(jīng)過PAW處理后，MP乳液的TSI值均明顯降低，其中，PAW 20 s組TSI值最低，MP乳液的穩(wěn)定性最好。PAW處理后，MP乳液的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，帶電粒子積累，氨基酸殘基暴露，液滴之間排斥作用增強(qiáng)，液滴聚集程度下降，乳液更加穩(wěn)定。PAW 25 s組TSI值高于PAW 20 s組，這可能是由于較長放電時間的PAW處理會使MP氧化程度升高，活性巰基被氧化成二硫鍵，蛋白質(zhì)發(fā)生聚集，溶解度下降，乳液油-水界面張力降低，進(jìn)而引起乳液穩(wěn)定性下降，這與乳化活性和乳化穩(wěn)定性的結(jié)果一致。

03

PAW對MP乳液粒徑的影響

粒徑是評價蛋白質(zhì)乳化能力的指標(biāo)之一，可以直接反映乳液的穩(wěn)定性。乳液液滴越小，乳液的穩(wěn)定性越高。如圖3所示，CK組乳液的平均粒徑為（43.84±0.55）μm，經(jīng)過不同PAW處理后，MP乳液粒徑均顯著降低，PAW 20 s組乳液粒徑最小，為（34.22±1.23）μm。PAW中含有的高能粒子，與蛋白質(zhì)混合后會通過撞擊蛋白粒子，使蛋白粒徑減小。但隨著放電時間的延長，PAW中過量的自由基會使蛋白質(zhì)發(fā)生過度氧化，羰基和二硫鍵增多，形成聚集體，進(jìn)而導(dǎo)致乳液粒徑增大。圖4為PAW處理后乳液顆粒的分布圖，CK組乳液液滴的聚集現(xiàn)象明顯，而PAW處理后聚集現(xiàn)象減弱，乳液粒徑減小，且分布更為均勻，這與圖3所示的結(jié)果一致。

04

PAW對MP乳液Zeta電位的影響

Zeta電位可表征溶液中帶電離子之間的靜電相互作用，其絕對值與蛋白質(zhì)之間的靜電相互作用呈正比，而蛋白質(zhì)之間的靜電相互作用則會對MP乳液穩(wěn)定性造成影響。如圖5所示，各處理組乳液的Zeta電位值均為負(fù)值，隨著PAW處理時間的延長，MP乳液的Zeta電位絕對值呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，PAW 20 s組Zeta電位絕對值最大，為11.36 mV，顯著高于CK組（P＜0.05）。PAW可以誘導(dǎo)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如氧化、脫酰胺、羥基化等，在此條件下，天冬氨酸和谷氨酸等氨基酸暴露，蛋白側(cè)鏈酰胺基團(tuán)轉(zhuǎn)變?yōu)轸然瑤ж?fù)電。負(fù)電荷的增加可以增強(qiáng)乳液脂滴間的靜電排斥，提高脂滴分散性和穩(wěn)定性，減少不穩(wěn)定性聚集。相比PAW 20 s組，PAW 25 s組Zeta電位為—9.31 mV，絕對值減小，與CK組差異不顯著（P＞0.05），表明放電時間為25 s獲取的PAW在處理MP時會誘導(dǎo)部分蛋白發(fā)生聚集，蛋白粒徑較PAW 20 s處理組增大（圖3），帶負(fù)電的氨基酸暴露量減少，進(jìn)而導(dǎo)致Zeta電位絕對值降低。

05

PAW對MP乳液穩(wěn)定性的影響

5.1 貯藏穩(wěn)定性

一般情況下，MP乳液會隨著貯藏時間的延長而發(fā)生分層現(xiàn)象。根據(jù)Stoke’s定律，油-水乳液的分層速率主要取決于油滴尺寸，較小的液滴通常沉降在底部相，表現(xiàn)為較輕微的分層現(xiàn)象。如圖6所示，CK組較PAW處理組分層現(xiàn)象明顯，PAW 15 s和PAW 20 s處理組分層現(xiàn)象較輕，而PAW 25 s組的分層現(xiàn)象輕于PAW 10 s組，但比PAW 15 s和PAW 20 s組嚴(yán)重，與MP乳液粒徑的結(jié)果一致，綜合來說，PAW 20 s組乳液的貯藏穩(wěn)定性最好。

5.2 凍融穩(wěn)定性

凍融通常會引發(fā)乳液界面膜破裂、液滴聚結(jié)、水油分離等現(xiàn)象， PAW對MP乳液凍融貯藏穩(wěn)定性的影響如圖7所示，經(jīng)過冷凍解凍處理后，各處理組均出現(xiàn)了不同程度的分層現(xiàn)象，與CK組相比，經(jīng)PAW處理的MP乳液分層現(xiàn)象得到改善，且PAW 20 s組分層程度最輕，凍融穩(wěn)定性最佳。冷凍后大部分水分子形成冰晶，未凍結(jié)水相發(fā)生濃縮，濃度增加。高濃度的鹽可以屏蔽液滴之間的靜電排斥，并更容易迫使液滴與液滴相互靠近，發(fā)生聚集。而PAW處理促進(jìn)小液滴的形成，增大了液滴表面的電荷量，保護(hù)并提高靜電排斥力，增強(qiáng)油-水界面活性和蛋白質(zhì)的吸附能力，進(jìn)而降低冷凍對MP乳液穩(wěn)定性的影響。

5.3 熱穩(wěn)定性

熱穩(wěn)定性是乳液穩(wěn)定性的主要表現(xiàn)形式之一，通常情況下，熱處理會導(dǎo)致乳液液滴發(fā)生聚集，乳液粒徑增大，粒徑分布變得不均勻。由圖 8可知，熱處理后CK組MP乳液分層現(xiàn)象明顯，乳液熱穩(wěn)定性較差，熱處理會使原先穩(wěn)定在油滴表面的部分MP脫落，導(dǎo)致乳液穩(wěn)定性降低。與CK組相比，PAW處理后，MP乳液的熱穩(wěn)定性明顯提高，分層現(xiàn)象不明顯，僅PAW 5 s處理組發(fā)生了較弱的分層。表明PAW處理提高了乳液的熱穩(wěn)定性，抑制了MP乳液的熱聚集現(xiàn)象。

06

PAW對MP乳液AP相對含量的影響

在油-水界面形成的蛋白質(zhì)吸附層可以保護(hù)乳液免受外界因素干擾，增強(qiáng)其穩(wěn)定性。蛋白質(zhì)吸附是一個復(fù)雜的動態(tài)過程，受溫度、蛋白質(zhì)溶解度、蛋白質(zhì)分子大小及結(jié)構(gòu)的影響。如圖9所示，CK組MP乳液的AP相對含量為51%，經(jīng)過PAW處理后顯著上升（P＜0.05），PAW 20 s組AP相對含量最大，為76.1%。PAW處理后，蛋白質(zhì)發(fā)生解折疊，疏水性氨基酸殘基暴露，蛋白質(zhì)構(gòu)象韌性增加，增強(qiáng)了油-水界面活性和蛋白質(zhì)的吸附能力。蛋白質(zhì)的高柔韌性可促使更多的疏水性氨基酸吸附在水-油界面上，形成穩(wěn)定的界面膜。Mahdavian Mehr等利用介質(zhì)阻擋放電冷等離子體處理山黧豆蛋白，發(fā)現(xiàn)18.6 kV冷等離子體處理300 s可以有效增加蛋白在油-水界面的吸附，形成更穩(wěn)定的界面膜，進(jìn)而改善蛋白乳化性能，與本研究結(jié)果一致。

07

PAW對MP乳液流變特性的影響

7.1 表觀黏度

黏性主要取決于乳液組分間的相互作用，是影響乳液性質(zhì)的重要因素。如圖10所示，各處理組MP乳液的表觀黏度均隨剪切速率的增加呈現(xiàn)先下降后趨于平穩(wěn)的趨勢，表現(xiàn)出非牛頓流體假塑性行為。隨著獲取PAW的放電時間的延長，MP乳液的表觀黏度呈增大趨勢，這可能是因為PAW中的活性物質(zhì)改變了MP的結(jié)構(gòu)，提高了MP乳液韌性，進(jìn)而使油滴之間的結(jié)合增強(qiáng)。布朗運(yùn)動及剪切行為會使油滴表面的界面膜被損壞，界面膜內(nèi)部的油滴溢出并聚集，但當(dāng)乳液體系擁有較高黏度時，可有效減慢油滴的運(yùn)動速度，降低碰撞頻率及聚集程度，提高乳液體系的穩(wěn)定性。另有研究發(fā)現(xiàn)，乳液的表觀黏度也與粒徑有關(guān)，較小的粒徑具有較大的比表面積，可增加顆粒在特定空間限制下接觸的可能性，有利于黏度的增加。

7.2 黏彈性

由圖11可知，隨著角頻率的增加，MP乳液的儲能模量（G’）和損耗模量（G”）均逐漸升高，且G’始終高于G”。PAW 20 s處理組G’和G”最高，PAW 25 s組次之，CK組G’和G”最低，說明PAW處理增強(qiáng)了MP乳液蛋白質(zhì)分子之間的相互作用，提高了體系的黏彈性和界面層的穩(wěn)定性。李穎等研究表明，輕度氧化可以增強(qiáng)脂肪和蛋白質(zhì)之間的一些非共價相互作用，使得乳液獲得更穩(wěn)定的彈性。PAW 25 s組乳液黏彈性低于PAW 20 s組，表明過長放電時間獲取的PAW促進(jìn)MP氧化程度加深，MP乳液油-水界面形成的界面膜穩(wěn)定性下降，最終導(dǎo)致MP乳液彈性下降。

08

結(jié) 論

PAW處理可通過降低解凍肉MP乳液粒徑、提高Zeta電位絕對值和解凍肉MP乳液的乳化活性和乳化穩(wěn)定性，降低乳液TSI值，并顯著提高解凍肉MP乳液貯藏、凍融和熱穩(wěn)定性。PAW處理后，解凍肉的MP解折疊，分子間靜電斥力增強(qiáng)，進(jìn)一步提高油-水界面蛋白質(zhì)的吸附量，促進(jìn)穩(wěn)定界面膜的形成。流變結(jié)果顯示，PAW處理可使解凍肉MP乳液發(fā)生輕微氧化，乳液的G’和G”升高，黏彈性增加。放電時間為20 s的PAW處理后，解凍肉MP乳液的各項指標(biāo)最佳，改善和提高解凍肉MP乳液乳化特性的效果最好。本研究為低溫等離子體技術(shù)在解凍肉蛋白改性及提高解凍肉加工品質(zhì)方面的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

本文《等離子體活化水對解凍豬肉肌原纖維蛋白乳化特性的影響》來源于《食品科學(xué)》2025年46卷第17期56-62頁，作者：杜曼婷，孫順漾，郝方歌，李可，相啟森，白艷紅。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250319-153。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看文章相關(guān)信息。

實習(xí)編輯：李雄；責(zé)任編輯：張睿梅。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)