《食品科学》：郑州轻工业大学白艳红教授等：超声波处理对类PSE鸡肉肌浆蛋白的结构性质和乳化性能影响

类PSE（pale, soft and exudative）鸡肉是一类颜色苍白、质地柔软、汁液渗出的异质肉，发生率高，肌原纤维蛋白和肌浆蛋白发生变性，严重影响蛋白功能特性，导致鸡肉制品的品质劣变，给鸡肉深加工业造成巨大经济损失。

肌浆蛋白占肌肉蛋白质的30%～35%，种类丰富，能够溶于水或低离子强度的中性盐溶液中，会影响肌原纤维蛋白的凝胶乳化特性以及肉品加工特性。然而，与正常或较高pH值鸡肉相比，类PSE鸡肉肌浆蛋白的乳化性能明显降低。超声波处理是食品物理加工技术之一，可增强各种蛋白质的功能特性。

基于此，郑州轻工业大学食品与生物工程学院、冷链食品加工与安全控制教育部重点实验室、食品生产与安全河南省协同创新中心的李可、孙立雪、白艳红*等研究以类PSE鸡肉肌浆蛋白为研究对象，研究不同超声功率（20 kHz，0、150、300、450、600 W）在不同超声时间（0、5、10、15 min）条件下对类PSE鸡肉肌浆蛋白的结构性质和乳化特性的影响，以期阐明超声波改善类PSE鸡肉肌浆蛋白乳化特性的机制，为提高类PSE鸡肉肌浆蛋白超声波加工应用提供参考依据。

1 类PSE肌浆蛋白的凝胶电泳结果分析

在还原的条件下（图1A），与对照组相比（泳道1），所有超声处理后的肌浆蛋白样品之间的主要条带种类和含量没有明显变化，表明超声波处理未改变类PSE鸡肉肌浆蛋白的组成。而在非还原的条件下分子内和分子间二硫键未断裂，从而反映了超声处理导致蛋白质高级结构和聚集状态的变化。如图1B所示，与对照组相比，超声处理组之间的条带也无明显差异，条带密度接近对照样品，表明类PSE鸡肉肌浆蛋白分子的二硫键没有受到超声波的显著影响。由此可以得出，类PSE鸡肉肌浆蛋白经不同超声波功率和超声时间处理后的样品未发生明显降解和聚集。

2 类PSE肌浆蛋白二级结构结果分析

由图2可以看出，190 nm波长附近的正峰和负双峰表明α-螺旋是主要的二级结构。当类PSE鸡肉肌浆蛋白超声处理后，在208 nm和222 nm附近观察到两个明显的负峰。此外，不同超声时间处理的类PSE鸡肉肌浆蛋白其图谱几乎无改变，且α-螺旋含量大致相同（表1），说明本实验中不同的超声处理条件并没有大幅度地破坏类PSE鸡肉肌浆蛋白的二级结构。不同超声时间处理的类PSE鸡肉肌浆蛋白的β-折叠含量高则α-螺旋和β-转角含量低，β-折叠含量低则α-螺旋和β-转角含量高，而无规则卷曲几乎不变，这说明α-螺旋、β-转角和β-折叠之间存在着一种相互转化关系，维持一种动态平衡。

本研究结果表明，不同超声功率和不同超声时间处理并没有大幅度改变类PSE鸡肉肌浆蛋白的二级结构。

3 类PSE肌浆蛋白表面疏水性结果分析

表面疏水性反映了蛋白质分子内疏水氨基酸残基的暴露程度。如图3所示，与对照组相比，超声处理后类PSE鸡肉肌浆蛋白的表面疏水性显著提高（P＜0.05）。相同超声功率（150、300、450、600 W）处理条件下，随超声时间延长，蛋白样品的表面疏水性增加，均在超声时间15 min时达到最高；而超声处理时间相同（5、10、15 min），随超声功率增加，表面疏水性逐渐增加。Liu Xiaofang等研究发现金枪鱼肌原纤维蛋白的表面疏水性也随着超声时间（40 kHz、280 W、0～24 min）的延长而增加。这可能是由于大聚集体在超声物理作用下解聚，超声处理在一定程度上诱导蛋白质展开，空化效应还可能导致蛋白质链的扩张，导致最初位于分子内部疏水基团暴露在表面，从而破坏蛋白质的疏水相互作用来诱导变性，导致表面疏水性增加。然而Zou Henan等研究贻贝肌浆蛋白结果表明：在超声功率相同（600 W）的条件下，超声时间从5 min延长到20 min，表面疏水性逐渐增加；处理30 min后降低，表明蛋白质聚集体的形成。这些结果表明，长时间超声处理过程中部分变性的蛋白质引起了广泛的键合。以上结果表明，并不是超声时间越长效果越好，应根据实际需求制定合适的超声条件。

4 类PSE肌浆蛋白荧光强度结果分析

蛋白质中的色氨酸（Trp）、酪氨酸（Tyr）残基的固有荧光对微环境的荧光能量和极性特别敏感，其荧光发射主要取决于蛋白质折叠，能够反映三级结构的构象变化。由图4可知，经过超声处理的类PSE鸡肉肌浆蛋白的荧光强度有明显变化。超声处理后的类PSE鸡肉肌浆蛋白荧光强度明显高于对照组。其中，相同超声功率、不同超声时间条件下，当超声时间从5 min延长至15 min时，荧光强度逐渐增加；而相同超声时间、不同超声功率条件下，当超声功率从150 W升高至600 W时，荧光强度同样逐渐增加。荧光强度的升高表明超声处理在一定程度上可以改变类PSE鸡肉肌浆蛋白的三级结构，有利于改善其乳化性能。该结果与表面疏水性结果相对应。与对照组相比，超声处理后荧光强度的增加可能是由于蛋白质的折叠，暴露出更多先前埋藏的Trp/Tyr残基和蛋白质疏水基团，超声预处理可以导致蛋白质分子结构的展开，破坏蛋白质分子的疏水键，诱导蛋白质分子内部更多的疏水基团暴露，更多暴露的Trp/Tyr残基将促进分子间疏水相互作用和聚集体的形成而导致水溶性蛋白质的荧光强度增加。

5 类PSE肌浆蛋白紫外光谱结果分析

色氨酸和酪氨酸残基侧链基团对紫外光的吸收导致蛋白质产生紫外吸收光谱。而色氨酸和酪氨酸生色基团的不同也导致其有不同的紫外吸收光谱。紫外吸收光谱可反映蛋白质构象的变化。由图5可知，超声波处理可显著降低类PSE鸡肉肌浆蛋白的紫外吸收强度。相同超声功率、不同超声时间条件下，均随着超声时间从5 min延长至15 min时、紫外光谱的强度逐渐降低；同样，相同超声时间、不同超声功率条件下，均在超声功率从150 W增加到600 W时，紫外光谱强度逐渐降低；尤其在300～340 nm波长之间，变化尤为明显。原因是随着超声波功率的不断增加，更多的疏水氨基酸暴露在蛋白质分子的表面。此时，疏水相互作用的增加会使蛋白质重新凝集并重新嵌入一些疏水氨基酸。这也与超声使得类PSE鸡肉肌浆蛋白聚集程度下降有关。

6 类PSE肌浆蛋白粒径和电位结果分析

蛋白质的粒径大小可以直接反映蛋白质的结构和聚集程度，影响其功能特征。如图6所示，未经过超声处理的类PSE鸡肉肌浆蛋白呈现出较大的平均粒径（481.9 nm），超声处理后的类PSE鸡肉肌浆蛋白的平均粒径显著低于对照组（P＜0.05）。当超声功率相同，超声处理时间从5 min延长到15 min时，肌浆蛋白的平均粒径显著性减小，依次减小至279.1 nm（150 W）、265.9 nm（300 W）、248.1 nm（450 W）、237.2 nm（600 W）。同样，而当超声时间相同，超声功率从150 W增加到600 W时，蛋白质的平均粒径也呈下降的趋势。这说明类PSE鸡肉肌浆蛋白的聚集程度显著降低。平均粒径减小可能是由超声引起的气蚀和剪切力导致的。超声波产生的空化和高流体动力剪切力破坏了蛋白质的静电相互作用、氢键等分子键，导致蛋白质颗粒的减小。超声处理过程中，颗粒被剧烈搅拌和碰撞，产生尺寸分布较窄的较小破碎颗粒。

Zeta电位是溶液中带电粒子的表面剪切层势，用于描述溶液中粒子之间的静电相互作用，其值与悬浮粒子表面电荷分布有关。作为一个重要的参数，粒子的表面电荷不仅影响其稳定性，还影响与其他粒子的相互作用。Zeta电位的绝对值越大，表明蛋白质分子之间的静电相互作用越强，在溶液中的分散稳定性越好。如图7所示，经超声波处理后，类PSE鸡肉肌浆蛋白的Zeta电位绝对值均高于对照组，随着超声波时间的延长，超声功率的增大，其绝对值显著增大（P＜0.05），这与粒径的变化趋势一致。未经超声处理的类PSE鸡肉肌浆蛋白表现出相对较低的净负电荷，这主要是氨基酸（如天冬氨酸和谷氨酸）酰胺化后形成的弱酸性蛋白质导致的。而经过超声处理（600 W-15 min）后的类PSE鸡肉肌浆蛋白观察到最高的静电荷（-19.23 mV）（P＜0.05）。这些结果可能是超声提供的机械力导致类PSE鸡肉肌浆蛋白的碎裂或解聚，伴随着蛋白质构象的部分变化；较小的粒径增加了内部基团与水接触的机会，蛋白质聚集体被超声处理破坏，使得蛋白质表面带有更多负电荷。而负电荷含量增加的同时也增强了蛋白质之间的静电斥力，静电斥力越大，相邻悬浮粒子之间的距离越大。悬浮粒子之间的静电斥力越强，不稳定聚集的现象越不容易发生，从而提高蛋白质的稳定性。而超声波诱导的蛋白质表面电荷的变化与蛋白质构象的展开和疏水性非极性残基的暴露有关，这也与表面疏水性的结果相对应。

7 类PSE肌浆蛋白溶解度和浊度结果分析

蛋白质的溶解度是其最基本的物理性质，是影响其功能特征的因素之一，可以反映蛋白质变性程度和聚集状态。如图8所示，未经处理的类PSE鸡肉肌浆蛋白在水中的溶解度相对较低（43.45%），超声处理显著提高了蛋白样品的溶解度（P＜0.05）。相比于对照组而言，不同超声功率条件下超声15 min时，肌浆蛋白的溶解度分别提高了12.33%（150 W）、17.05%（300 W）、23.33%（450 W）、44.72%（600 W）；而超声功率为600 W时超声不同时间，肌浆蛋白的溶解度依次提高了28.70%（5 min）、39.38%（10 min）、44.72%（15 min）。以上数据表明超声处理可以增加类PSE鸡肉肌浆蛋白的溶解度。

溶解度的增加可能是由于类PSE鸡肉蛋白质以聚集体的形式存在，空化现象的物理因素可能会破坏氢键和疏水相互作用，而氢键和疏水相互作用是导致蛋白质聚集体分子间缔合的原因。因此超声处理促进了可溶性蛋白质聚集体或单体与不溶性蛋白质聚集体的形成，导致溶解度的增加。

浊度越高，说明蛋白质的聚集程度越高。由图9可知，在不同超声条件处理后的蛋白样品与对照组相比，其浊度变化显著（P＜0.05）。超声功率为150～600 W条件下超声15 min时，蛋白溶液的浊度从0.117（对照）分别降低至0.050、0.030、0.021、0.018；此外，超声时间不变，超声功率逐渐升高（150～600 W），蛋白样品的浊度呈下降趋势；在600 W条件下超声不同时间，浊度依次减小至0.031（5 min）、0.022（10 min）、0.018（15 min）。表明不同超声时间与不同超声功率的超声处理可以降低类PSE鸡肉肌浆蛋白的浊度。这一现象与溶解度的变化趋势一致。可能是由于超声波高剪切和空化现象引起的湍流使蛋白质颗粒被剧烈搅拌，导致颗粒破碎，蛋白质颗粒直径减小，从而增加可用于光散射的比表面积，继而降低了蛋白样品的浊度。

8 类PSE肌浆蛋白EAI、ESI结果分析

乳化性能通常由EAI和ESI评估，以表征蛋白质快速吸附在油滴表面以稳定油水界面的能力以及形成的乳液抵抗相分离的能力。如图10所示，超声处理后的类PSE鸡肉肌浆蛋白的EAI和ESI相比于对照组显著提高（P＜0.05）。当超声处理功率范围在150～600 W，超声处理时间为5～15 min时，EAI相较于对照组最大增加了79.18%（300 W-15 min）；蛋白样品的ESI相对应的最大增加了44.87%（300 W-15 min），其他处理组类PSE鸡肉肌浆蛋白的EAI、ESI均高于对照组。结果表明超声处理可以改善类PSE乳液的稳定性。其他学者研究表明超声波处理改善了蛋白质乳化特性，如牛肉肌原纤维蛋白（20 kHz、100～300 W、10～30 min）、紫苏分离蛋白（20 kHz、20 min、150～750 W）等。然而当超声功率为450 W和600 W，超声处理时间从5 min延长至15 min时，类PSE鸡肉肌浆蛋白的EAI、ESI呈先上升后下降的趋势；当超声时间为10 min和15 min，超声功率从150 W增加到600 W时，类PSE鸡肉肌浆蛋白的EAI、ESI也呈先上升后下降的趋势，但均高于对照组。表明并不是超声处理时间越长，超声处理功率越高，类PSE鸡肉肌浆蛋白的EAI、ESI效果就会越好。超声处理使得类PSE鸡肉肌浆蛋白的EAI、ESI增加的原因可能是超声波处理促使表面疏水性增强，从而使乳化所需的亲水和疏水比相对平衡，促进了蛋白质在油水界面的快速吸收，从而降低了界面张力。

9 类PSE肌浆蛋白乳液TSI结果分析

TSI用于测量乳液的稳定性，较小的TSI值表示其系统更稳定，可作为衡量分散体系的不稳定性的重要指标。如图11所示，在乳液放置一定时间（3600 s）的过程中，对照组的肌浆蛋白乳液TSI从0增加到26.233。当超声处理功率不变（150、300 W），超声处理时间从5 min延长至15 min时，肌浆蛋白乳液的TSI也逐渐减小，15 min时依次减小至23.844（150 W-15 min）、19.446（300 W-15 min）；当超声处理功率不变（450、600 W），超声处理时间从5 min延长至15 min时，肌浆蛋白乳液的TSI呈现先减小后增大的趋势，最低减小至19.824（450 W-10 min）、21.414（600 W-10 min）。而当超声时间不变（5 min），超声功率从150 W逐渐增大到600 W时，肌浆蛋白乳液的TSI减小至22.099（600 W-5 min）；当超声时间不变（10、15 min），超声功率从150 W逐渐增大到600 W时，肌浆蛋白乳液的TSI呈现先减小后增大的趋势，最低减小至19.824（450 W-10 min）、19.446（300 W-15 min），均低于对照组。这说明超声处理可以有效地改善类PSE鸡肉肌浆蛋白的乳液稳定性。这一结果也与EAI和ESI的变化情况相对应。Liu Haotian等研究不同超声波功率（0、150、300、450 W和600 W）处理猪肉蛋白对其TSI的影响，结果表明与对照组的蛋白样品相比，超声处理可明显改善样品的乳化稳定性。

结 论

本研究采用不同超声时间和功率处理类PSE鸡肉肌浆蛋白，结果发现超声处理可有效改变类PSE鸡肉肌浆蛋白的结构性质，减小类PSE鸡肉肌浆蛋白分子的粒径，诱导蛋白分子的结构展开和构象转变，从而提高超声类PSE鸡肉肌浆蛋白溶解性和乳化性能。其中，随着超声处理时间的延长，超声功率的增加，类PSE鸡肉肌浆蛋白的粒径显著降低（P＜0.05），电位绝对值增加，但对类PSE肌肉肌浆蛋白的电泳条带组成影响并不明显；超声处理使类PSE鸡肉肌浆蛋白表面疏水性、荧光强度增加，有助于类PSE鸡肉肌浆蛋白乳化特性形成。随着超声波时间延长和功率的增加，溶解度显著增加，最高可增加44.72%（600 W-15 min）；此外，超声处理可以显著提高乳液的EAI与ESI，其中20 kHz、300 W超声处理15 min时超声处理乳化性能提高程度最大，EAI、ESI分别提高了79.18%和44.87%。因此，需要注意应用的超声波处理条件对溶解性与乳化特性的影响差异，确保类PSE鸡肉肌浆蛋白的加工利用效果。

本文《超声波处理对类PSE鸡肉肌浆蛋白的结构性质和乳化性能影响》来源于《食品科学》2024年45卷第12期 220-228页，作者：李 可，孙立雪，王琳梦，石盼盼，王 昱，何向丽，白艳红*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20231003-008.http://www.spkx.net.cn点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：申婧婧 ；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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