学术报告：基于冷等离子体技术对中式干腌培根的肌原纤维蛋白结构及挥发性化合物结合能力的研究

第一部分：研究背景、作者及机构信息

本文标题为《Effects of dielectric barrier discharge cold plasma treatment on the structure and binding capacity of aroma compounds of myofibrillar proteins from dry-cured bacon》，发表于《LWT - Food Science and Technology》期刊。研究由多个作者合作完成，主要作者包括Ji Luo、Mustapha Muhammad Nasiru、Wenjing Yan、Hong Zhuang、Guanghong Zhou与Jianhao Zhang，研究单位分别为南京农业大学食品科学与技术学院、肉类品质与安全控制国家中心（中国）及美国佐治亚州雅典质量与安全评估研究单元。本研究于2020年在线发布，文章DOI为10.1016/j.lwt.2019.108606。

本研究主要集中于食品科学领域，研究目的是探讨介电阻挡放电冷等离子体技术（DBD-CP，dielectric barrier discharge cold plasma）对中式干腌培根中肌原纤维蛋白（myofibrillar proteins，MPS）结构及其结合挥发性化合物能力的影响。肉制品的风味是影响品质的关键因素，该风味不仅取决于挥发性物质的种类和含量，还与蛋白质与风味物质的互作密切相关。因此，研究如何通过技术改性提高肉类产品风味具有重要意义。

第二部分：研究目标及背景知识

本文的研究动机在于探索冷等离子体技术在改性肉类蛋白上的应用潜力及改善产品风味的能力。已知MPS虽然本身没有显著风味，但能够结合挥发性化合物（如醛类等），其结合能力受蛋白质构象变化及一些内部分子作用力的驱动，包括疏水性、氢键、离子键和二硫键等。

氧化修饰已被证明能够改变蛋白质的结合能力和功能特性，而冷等离子体作为一种新兴技术，凭借其低温操作特性在食品改性领域显示了良好的应用潜力。然而，在干腌肉制品中，利用冷等离子体技术改性MPS结构并研究其对挥发性化合物结合能力影响的研究仍然有限。因此，该研究旨在填补此空白，并探明DBD-CP技术对中式干腌培根MPS结合特性及风味释放的影响机制。

第三部分：研究流程及方法

本研究包括以下关键步骤：

1. 材料准备与初步实验： 实验中使用了中式干腌培根（采用预实验方法制备）为主要样品，分别从中提取肌原纤维蛋白（MPS），并添加五种目标醛类挥发性化合物：3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、壬醛、庚醛及辛醛。

2. DBD-CP处理： 样品在DBD-CP体系中以50、60和70千伏三种电压分别处理150秒。处理后，所得蛋白质溶液经冷冻干燥，制备成粉末进行后续实验。

3. 结构及结合能力测试：

   • 使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析MPS二级结构变化。
   • 用扫描电子显微镜（SEM）观察DBD-CP处理对蛋白质微观结构表面形貌的影响。
   • 通过固相微萃取结合气相色谱-质谱（GC-MS）测定目标挥发性化合物结合后的剩余量，计算MPS与挥发物的结合能力。
   • 苏丹-十二烷基硫酸聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）法分析蛋白质的电泳图谱，以评估分子分解与聚合情况。
   • 测定自由氨基酸（FAAs）浓度来考察DBD-CP对蛋白质一级结构的影响。

数据分析使用SPSS 19.0进行单因素方差分析，统计显著性水平设为p < 0.05。

第四部分：研究结果及解释

1. 电泳图谱分析：

   • 未处理的MPS展现了多种重要蛋白质带，主要包括肌球蛋白重链（Myosin Heavy Chain, 180 kDa）、肌动蛋白（Actin, 43 kDa）等。
   • 经过DBD-CP处理，50和60千伏电压下出现蛋白质带强度的增加，可能是由于氧化导致蛋白质间二硫键连接的聚合现象。同时，70千伏处理表现出蛋白质降解的趋势。

2. 微观结构变化（SEM）：

   • 未处理的蛋白质结构紧凑，表面不均匀。
   • 50千伏处理后，蛋白质表面变得更加平坦并出现少量孔洞；60千伏时，表面更加粗糙和重叠；70千伏处理则出现皱褶增多与片状结构，显著增大表面积。

3. 自由氨基酸（FAAs）检测：

   • 50千伏处理导致多数FAAs浓度显著降低，表明蛋白质发生聚合。
   • 在60和70千伏电压下，FAAs浓度增加，反映出高强度处理加速了蛋白质降解。

4. 红外光谱（FTIR）结果：

   • DBD-CP处理导致α-螺旋（α-helices）含量逐渐减少，而β-折叠（β-sheets）和无规卷曲（random coils）含量增加，显示蛋白质结构出现解链与重新排列现象。

5. 挥发性化合物结合能力：

   • 50千伏处理后，挥发性物质中自由比例显著增加，结合能力减弱；而60和70千伏处理表现出显著增强的结合能力。这与蛋白质表面积增加及疏水性增强相关。研究表明，高电压处理促进了蛋白质的部分解链和重组，从而释放更多疏水氨基酸位点，有助于与目标化合物的结合。

第五部分：结论及价值

本研究表明，DBD-CP处理能够显著改变干腌培根中肌原纤维蛋白的结构特性，并提升其对醛类挥发性化合物的结合能力。具体而言，DBD-CP通过引发MPS的构象变化（如螺旋解链与聚合）及表面疏水性增强，改善了肉类产品的风味结合特性。

这一成果具有较高的科学价值和应用潜力：在肉类食品加工中，利用DBD-CP技术不仅可以提升产品风味，还为开发热敏感型食品改性技术提供新的方向。同时，研究为DBD-CP技术在食品加工中的工业化应用奠定了理论基础，但未来仍需针对设备与工艺条件的优化以及食品安全性深入探索。

第六部分：亮点与创新

1. 技术创新： 本研究是少数探讨冷等离子体技术在干腌肉制品风味改性应用的研究，填补了该领域的知识空白。
2. 系统研究： 从微观结构到分子结合能力，研究系统揭示了冷等离子体处理的机制。
3. 实际价值： 提供了一种无高温热处理的风味改性方法，具有潜在商业推广价值。

第七部分：其他有价值信息

本文还特别关注了DBD-CP处理产生的反应活性物质（ROS和RNS）对蛋白质的作用，揭示了蛋白质氧化变性在风味结合中的作用机制。同时，研究为未来在食品风味改性中的科学实验和技术开发提供了重要的参考价值。