关于研究的学术报告

一、研究作者及发表信息

本文的主要作者为Yingyun Chen, Siwei Peng, Jiajie Hu, Jing Chen（通讯作者），Xinyi Zhou 和 Hongli Yang。这项研究由浙江海洋大学食品与药学学院及浙江省海洋水产品健康风险因素研究重点实验室的研究团队完成，于2024年发表在《Journal of the Science of Food and Agriculture》（Wiley Online Library，doi:10.1002/jsfa.14042）上。

二、研究背景及研究目的

本研究属于食品科学与工程的领域，主要探讨利用大气冷等离子体（atmospheric cold plasma, 简称ACP）技术调控红虾（Solenocera crassicornis）肌原纤维蛋白（myofibrillar protein, MP）氧化程度，从而提升其功能和加工品质。

红虾以其丰富的营养价值和良好的口感，在国际市场上颇受欢迎，红虾鱼糜作为一种高蛋白、低脂肪的健康食品，具有较大的加工潜力。然而，在加工和冷藏过程中，内源酶作用和微生物影响会导致蛋白质氧化，从而降低虾糜产品的多种品质特性，如黏弹性、保水性和凝胶形成能力。

大气冷等离子体技术以其非热处理、减少残留和环境友好性近年来受到研究关注，但目前该技术在调控蛋白质氧化以及对红虾肌原纤维蛋白结构和功能性的影响方面的研究尚少。该研究的目的是通过调控ACP技术来优化蛋白质氧化水平，从而提升肌原纤维蛋白的稳定性及其理化性质，为红虾深加工提供理论依据。

三、研究流程与实验设计

本研究共包含三个主要步骤：实验材料与MP提取、大气冷等离子体处理，以及多组学和多指标分析。

1. 实验材料与MP提取

• 研究对象：实验样品为从中国舟山海鲜市场采购的新鲜红虾（重量为12-18克，长度为5-10厘米）。
• 样本分组与提取方法：用随机采样法从五个水箱中抽取共100只红虾，将其分为四组：对照组（无处理）、ACP-1分钟组、ACP-3分钟组和ACP-5分钟组。红虾去壳后，以Tris-maleic缓冲液进行肌原纤维蛋白提取，经高速离心得到粉末样本，其浓度通过考马斯亮蓝法测定。

2. 大气冷等离子体处理

• 技术与设备：使用介电屏障放电冷等离子体系统（Dielectric Barrier Discharge, DBD）对样本进行处理。将MP溶液放置在密封的聚丙烯袋内，充填高纯空气后，依据处理组别分别维持1分钟、3分钟和5分钟处理时间，大气冷等离子体的电压设置为35kV。
• 测量参数：使用O3检测仪和试剂盒测定氮氧化合物（NOx）、臭氧（O3）、过氧化氢浓度（H2O2）与活性氧（ROS）水平。

3. 理化性质及功能结构分析

对于红虾肌原纤维蛋白，分别进行了以下测试： - 理化性质：pH值、溶解度和溶液浊度的变化； - 功能基团：总巯基（-SH）含量、羰基含量、Ca2+-ATPase活性； - 蛋白质构象：通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析二级结构；荧光光谱测试蛋白质表面疏水性和结构稳定性；以及SDS-PAGE电泳分析蛋白氧化与交联情况； - 质构和流变性质：质构实验评估硬度、弹性、黏性等与网络结构相关的机械性能；使用流变仪分析储能模量（G’）和损耗模量（G”）。

四、研究结果

1. 活性粒子产生及其对蛋白性质的影响

在ACP处理后，O3、NOx、H2O2和ROS水平显著升高，ACP-5分钟组达到峰值。活性粒子通过与MP的胞膜磷脂和蛋白质的共价/非共价反应，调控蛋白质的氧化反应。

2. 理化性质的变化

• pH值呈下降趋势，ACP-5分钟组的pH降低至6.75。
• 溶解度在ACP-1分钟组提高约13%，3分钟和5分钟处理后显著下降，这表明适度氧化促进蛋白溶解性，而过度氧化导致蛋白质结构扩展和溶解度降低。
• 浊度随处理时间延长显著提高，ACP-1分钟组维持较低的浊度表明蛋白结构较为稳定。

3. 功能结构的改变

• 巯基含量在处理组显著下降，5分钟组降低49%，证实了ACP引发的氧化反应。
• 羰基水平在ACP作用下显著升高，5分钟组为对照组的2.19倍，表明Ox主导了蛋白质的初级结构改变。
• FTIR分析显示ACP引起α-螺旋逐渐向β-折叠转变，这一折叠有助于形成致密的三维网络。

4. 嵌合构象与凝胶网络的形成

• 荧光光谱测试表明分子内部构象变化，1分钟组蛋白链重新聚合，形成良好的网络。
• SDS-PAGE电泳显示，ACP-1分钟组中肌球蛋白与肌动蛋白发生交联，而5分钟组蛋白分子分解较为严重。

5. 质构和流变性质变化

• 在ACP-1分钟组中，硬度、弹性和内聚力分别提高23.79 N、0.89 mm和0.96，大于其他处理组，表现出优异的质构性能。
• 储能模量（G’）和损耗模量（G”）表明ACP适度处理增强了蛋白的黏弹性，表明网络化的三维稳定结构对维持质构重要。

五、研究结论及应用价值

本研究明确了利用ACP技术调控红虾肌原纤维蛋白氧化程度对其理化性质、功能基团和结构性质的重要作用。适度氧化可增强肌球蛋白重链与肌动蛋白的交联，形成更稳定的凝胶网络，提高溶解性及质构性能，而过度氧化会破坏蛋白稳定性。适度的氧化调控（如ACP-1分钟处理）提供了蛋白质良好的弹性、咀嚼性和黏弹性，这对开发高品质虾糜产品具有重要指导意义。

六、研究亮点与创新点

1. 采用大气冷等离子体这一非热处理技术实现精准蛋白氧化调控，展现出绿色和无污染的优越性。
2. 系统探讨了ACP处理强度与蛋白质结构、功能特性的相关性，为后续技术优化提供科学依据。
3. 发现特定氧化时间内的ROS对三维网络结构的促进作用，揭示了良性氧化有利于提升食品凝胶品质。

七、科研价值

此研究为红虾鱼糜加工行业提供了一种环保、高效的氧化调控技术，为提升水产品综合利用效率和改善食品质构性状提供了理论支持，同时也验证了ACP技术在食品领域的广泛适用性。