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关于研究的基本信息

这项研究的题目为“Effect of Cold Plasma on the Techno-functional Properties of Animal Protein Food Ingredients”，研究的主要作者为Juan M. Pérez-Andrés, Carlos Álvarez, P.J. Cullen，以及Brijesh K. Tiwari。主要合作机构包括Teagasc Food Research Centre（爱尔兰都柏林15区）、Technological University Dublin（爱尔兰都柏林1区）、以及University of Sydney（澳大利亚悉尼）。该研究发表在“Innovative Food Science and Emerging Technologies”期刊上，在线发布时间为2019年7月30日。

研究背景与目的

学术背景及研究目的：

蛋白质作为食品配料被广泛应用于食品工业中，不仅因为其高营养价值，还因为它们具有多种技术功能特性（techno-functional properties），例如凝胶、乳化、水油保持等。然而，外界条件如pH、温度以及食品加工技术可能会改变蛋白质的天然结构，从而影响其功能特性，进一步影响其在食品中的适用性。因此，近年来非热加工技术（emerging non-thermal technologies）的应用引起了越来越多的研究兴趣。

冷等离子技术（cold atmospheric plasma, CAP）作为一种新兴的非热加工技术，已经在食品脱毒、杀菌和延长保质期方面显示出显著的潜力。然而，有关CAP对于食品中蛋白质功能特性影响的研究尚属少量。因此，本研究旨在探讨冷等离子技术对三种动物来源蛋白质样品（猪血红蛋白、猪明胶和一种从牛肺副产品中提取的新型功能性蛋白）的技术功能特性影响，试图阐明CAP如何改变蛋白质的溶解性、乳化性、凝胶性和流变学特性等。

研究方法与实验流程

总体研究设计：

本研究通过将冷等离子技术施加于不同食品蛋白质样品，系统地评估其对蛋白质功能特性的影响。研究分为以下主要实验步骤：

1. 实验样品的来源与准备：
   • 猪血红蛋白（haemoglobin）采用Álvarez等（2018）描述的方法制备；
   • 牛肺蛋白提取物（lung protein extract, ELP）根据Lynch等（2018）的方法提取；
   • 市售猪明胶直接购自Sigma-Aldrich。

每种样品制备40克，均匀铺于聚苯乙烯培养皿中，用作等离子处理和对照实验的基础样品。

1. 冷等离子体处理：

   • 样品置于介质阻挡放电（dielectric barrier discharge, DBD）等离子体装置中，两电极之间使用聚丙烯介质（厚度为2毫米）；输入电压为80 kV，诱导气体为大气空气；
   • 处理持续时间为15分钟，处理过程中粉末样品因电场作用呈现均匀分布于培养皿内的气溶胶状态。

2. 功能特性测定： 研究针对蛋白质的溶解性（solubility）、乳化能力（emulsifying capacity）、流变与凝胶特性（rheological and gelling properties）、水／油保持能力（water and oil holding capacity），以及表面疏水性（surface hydrophobicity）进行了详细测定。具体测量方法如下：

   • 溶解性：采用Penteado等（1979）的方法，在不同pH值（3-8）的溶液中测定蛋白质的溶解度，通过280 nm处的光吸收评估溶解蛋白含量。
   • 乳化能力：基于Inklaar和Fortuin（1969）的方法，通过测量不同浓度蛋白样品乳化菜籽油后剩余油重量计算乳化效率。
   • 流变与凝胶特性：使用应力控制流变仪测量凝胶最低浓度和凝胶／融化温度，并通过温度阶跃实验评估动态黏弹特性。
   • 水／油保持能力：根据Beuchat（1977）的方法通过离心样品后测量吸收水／油量。
   • 表面疏水性：基于Cao等（2016）的方法测定蛋白质与亮蓝G-250染料的结合量，评估蛋白质表面疏水性变化。

3. 数据分析：

   • 使用MINITAB软件进行统计分析，通过方差分析（ANOVA）评估不同处理之间的显著性差异，并用Tukey’s检验进行多重比较。

主要研究结果

1. 蛋白质溶解性： CAP处理后，血红蛋白和牛肺蛋白的溶解性在某些pH（如pH 3和6）显著降低。推测原因在于蛋白质疏水性基团的暴露和蛋白聚集可能抑制了蛋白与水分子之间的相互作用。

2. 乳化性能： CAP导致血红蛋白、明胶和牛肺蛋白的乳化能力显著降低。可能由于等离子体诱发的蛋白质聚集和结构改变覆盖了具有乳化作用的疏水性基团，尤其在较低蛋白浓度下表现更明显。

3. 流变与凝胶行为： 明胶和牛肺蛋白的凝胶温度显著降低，这暗示CAP可能通过部分去折叠蛋白质结构减少了所需能量。同样CAP未影响明胶的融化温度，而牛肺蛋白的凝胶形成需要进一步研究。

4. 水保持与油保持能力： 猪明胶和牛肺蛋白的水保持能力显著提升，而牛肺蛋白的油保持能力也得到了改善。这表明CAP可能通过改变蛋白质疏水基和亲水基的平衡提高了其稳定性能。

5. 表面疏水性： CAP处理后血红蛋白样品的表面疏水性显著增加，而明胶和牛肺蛋白未观察到显著变化。这可能因血红蛋白含有更多的疏水性氨基酸，而明胶本身已经为部分水解状态。

研究结论与意义

本研究揭示了冷等离子技术对动物蛋白质技术功能特性的潜在改性作用。研究表明，CAP可用以特定调控蛋白质的溶解性、乳化性、流变性和持水持油性，这为食品工业中蛋白质加工和新型功能性蛋白质的开发提供了新的可能性。例如，降低的蛋白溶解性结合提高的油保持能力表明处理后的牛肺蛋白可能适用于肉制品领域。

此外，研究也强调了CAP诱导蛋白质结构改变的多样性，进一步研究CAP作用机制及优化处理参数将为工业加工提供更广泛支持。

研究亮点与创新性

• 独特性： 本研究是少数探讨冷等离子与蛋白质功能性改性之间关系的报道之一。
• 多样性： 使用天然、部分水解及新型蛋白源的广泛模型系统测试CAP效应。
• 实际意义： 借助非热技术提高副产品（如牛肺蛋白）的功能特性，助推可持续食品开发。