真空低温烹饪对扇贝闭壳肌理化特性及风味挥发性成分的影响机制研究

《Food Chemistry: X》：Effect of sous vide cooking on physicochemical characteristics and volatile flavor of scallop adductor muscles

本研究针对传统热加工导致扇贝品质劣变的问题，系统探究了不同温度（50、60、70?°C）和时间（10-240?min）的真空低温（SV）烹饪对扇贝闭壳肌（SAM）品质的影响。结果表明，SV-60?°C-120?min处理可实现适度的肌原纤维蛋白（MFP）变性（α-螺旋保留63.8%，SH含量下降45.7%），有效改善质地、色泽，并通过蛋白构象变化促进挥发性有机化合物（VOCs）释放，显著降低腥味并赋予果香和肉香。该研究为预制高品质扇贝产品的工业化生产提供了理论依据。

　　

扇贝以其肉质鲜美、营养丰富而备受消费者青睐，其中闭壳肌是主要的可食部位。然而，传统的热加工方式，尤其是高温处理，容易导致扇贝出现严重的营养流失、质地变硬、汁液渗出以及风味劣变等问题。这凸显了在烹饪过程中精确控制温度和时间，以最大限度保留营养成分和维持感官品质的重要性。真空低温（Sous Vide, SV）烹饪作为一种精准控温的温和热处理技术，能够有效减少因过热导致的水产品品质劣变，近年来在水产品加工中展现出应用潜力。尽管已有研究证实SV烹饪能较好地保持水产品的营养价值、挥发性成分、水分和质地，但关于SV处理过程中扇贝蛋白质构象的动态变化如何调控风味化合物的结合行为，以及部分变性阶段扇贝蛋白质在保留品质、去除腥味和保持重要风味方面的关键作用，仍有待深入揭示。为此，发表在《Food Chemistry: X》上的这项研究，旨在探究不同SV条件下扇贝品质的变化规律，并阐明SV烹饪过程中肌原纤维蛋白（Myofibrillar Protein, MFP）变性与其风味剖面变化之间的关系，以筛选出能够实现适度蛋白变性、避免过度聚集、使扇贝保留理想风味和品质的SV工艺参数。

为了回答上述问题，研究人员以新鲜栉孔扇贝的闭壳肌为研究对象，系统考察了在不同温度（50、60、70 °C）和时间（10、30、60、120、240 min）的SV烹饪处理后，样品的持水性（WHC）、水分分布（低场核磁共振LF-NMR）、色泽（L值和a值）、质地（硬度、咀嚼性等）、微观结构（扫描电镜SEM）等理化指标的变化。同时，重点分析了肌原纤维蛋白（MFP）的氧化（总巯基SH含量）和聚集状态（粒径）、二级结构（傅里叶变换红外光谱FTIR）和三级结构（内源荧光）的变化。在风味方面，采用电子鼻和气相色谱-离子迁移谱（HS-GC-IMS）对挥发性有机化合物（VOCs）进行了定性和半定量分析。最后，通过相关性分析探讨了MFP氧化变性指标与VOCs含量之间的内在联系。

3.1. 水分保持能力

研究结果显示，SV烹饪导致扇贝闭壳肌的持水性（WHC）显著下降。这主要是由于热处理引起MFP变性，导致肌纤维收缩，肌原纤维网络空间缩小，从而挤出内部水分。在三个温度处理的初始阶段（0-10 min），WHC均出现显著下降，表明MFP快速变性。在SV-60 °C-120 min处理组，WHC出现短暂回升，推测是由于变性的MFP通过疏水相互作用、二硫键和氢键形成三维网状结构，暂时增强了持水能力。然而，随着热处理强度的进一步增加（如SV-60 °C-240 min和SV-70 °C各组），三维结构被破坏，WHC再次下降。在所有SV处理中，SV-60 °C-120 min样品的WHC最高。

3.2. 水分状态分析

通过LF-NMR分析发现，SV烹饪后的扇贝闭壳肌中存在三种水状态：结合水（T_2b）、不易流动水（T₂₁）和自由水（T₂₂）。其中，不易流动水是主要存在形式。随着烹饪温度和时间的增加，不易流动水（T₂₁）的峰面积减小，峰位左移，表明其流动性降低，水与非水组分（如蛋白质）的结合作用增强。这反映了SV处理导致肌细胞收缩，将不易流动水从肌原纤维网络排挤到细胞间隙。磁共振成像（MRI）结果直观地显示，代表高水含量的红色区域随着烹饪时间和温度的增加而逐渐减少，表明肌肉组织损伤加剧，水分流失严重。SV-60 °C-120 min样品显示出相对较高的水含量，与其较高的WHC结果一致。

3.3. SAM的颜色

颜色是评估水产品质量的关键参数。与新鲜样品相比，SV烹饪显著提高了扇贝闭壳肌的a值（红度）和L值（亮度）。a值的增加归因于热处理使MFP展开，释放出原本通过疏水相互作用与其结合的虾青素，从而增强了产品的红度。L值的增加则可能是由于变性蛋白增加了光的散射。在SV-60 °C-120 min处理下，样品获得了适中的红度和亮度，改善了产品的视觉外观。而在SV-70 °C处理的中后期，a和L值无显著差异，可能与MFP完全变性及游离虾青素的氧化降解有关。

3.4. 质地剖面（TPA）

与新鲜样品相比，SV烹饪显著改善了扇贝闭壳肌的硬度、咀嚼性、内聚性和弹性。SV-50 °C组的硬度随烹饪时间逐渐增加。而SV-60 °C和SV-70 °C组的硬度则呈现先增加后降低的趋势。硬度的初始增加是由于热诱导的蛋白变性导致肌纤维横向收缩和纵向聚集。当热处理超过一定限度后，结构蛋白的降解导致肌原纤维变得松散，从而硬度下降。咀嚼性和内聚性表现出相似的趋势（先增后减）。弹性在SV-50 °C处理下增强，而在SV-60 °C和SV-70 °C下则先增后减，这可能与胶原蛋白三螺旋构象的变化有关。

3.5. SAM微观结构的变化

新鲜扇贝闭壳肌的肌纤维连续、完整、排列有序，纤维间间隙小，结构致密。SV烹饪后，肌纤维出现不同程度的聚集，聚集的纤维被明显的间隙包围。这是由于热诱导氧化导致肌球蛋白尾部之间发生二硫键交联，促使肌纤维逐渐聚集。过热条件（如SV-50 °C-240 min、SV-60 °C-240 min和SV-70 °C中后期）下，肌肉结构蛋白降解，孔隙增大。值得注意的是，SV-60 °C-120 min处理后的样品微观结构保持相对完整，而SV-60 °C-240 min样品则出现显著的结构降解，表明120 min是SV-60 °C处理的一个关键时间阈值。紧密排列的肌纤维有助于减少水分流失，该观察结果与WHC和LF-NMR结果相符。

3.6. MFP氧化和聚集的测定

3.6.1. 蛋白质氧化

总巯基（SH）含量是MFP中最活泼的官能团，易被氧化形成二硫键。所有SV烹饪样品的总SH含量随烹饪温度或时间的增加而显著降低，表明加热诱导了蛋白质热变性和暴露巯基基团的氧化。蛋白质聚集导致SH基团被掩蔽也可能是原因之一。

3.6.2. 粒径

SV烹饪导致MFP的平均粒径显著增加。这归因于蛋白质分子间疏水相互作用的增强和巯基氧化促进了蛋白质的交联和聚集。在SV-70 °C组的中前期（0-120 min），MFP粒径迅速增加，在120 min时达到峰值。而在SV-60 °C和SV-70 °C烹饪的后期，粒径和多分散指数（PDI）下降，可能与蛋白质的热解或水解有关。

3.6.3. 蛋白质二级结构

傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析表明，SV烹饪导致MFP的二级结构发生转变：α-螺旋和β-转角含量减少，而β-折叠和无规卷曲含量增加。这表明SV处理使蛋白质二级结构从紧密的α-螺旋向更为舒展的β-折叠和无规卷曲结构转变，蛋白质结构有序性降低，无序性增加。

3.6.4. 蛋白质三级结构

内源荧光光谱结果显示，最大荧光发射波长（λ_max）在SV-240 min时出现显著红移，表明长期加热显著影响了MFP的三级结构，色氨酸残基周围的疏水环境变为极性环境。最大荧光强度（FI_max）随时间和温度的增加而显著降低，这是由于蛋白质展开、色氨酸残基侧链变性，以及蛋白质聚集引起的荧光猝灭所致。

3.7. SAM的风味特征

3.7.1. 电子鼻

电子鼻的主成分分析（PCA）能够有效区分不同SV处理的样品，累积贡献率超过99%。随着烹饪时间的延长，风味成分逐渐分化，表明延长烹饪时间增强了扇贝的风味轮廓。SV-70 °C处理下，由于蛋白质氧化和变性程度较高，最有利于风味物质的释放。风味差异主要体现在对有机硫化合物、醇类、醛类、酮类和氮氧化物敏感的传感器上，SV处理可能增强了扇贝肉的烘烤和煮熟香气。

3.7.2. GC-IMS

通过GC-IMS共鉴定出50种VOCs，包括醇、酯、醛、酮、呋喃等。SV-50 °C时风味物质数量变化不大，而SV-60 °C和SV-70 °C时随烹饪时间增加显著增多。烹饪后期（120-240 min）产生了新的VOCs。在SV-60 °C后期，芳香族大分子物质含量最高。一些代表果香的化合物（如2-丁基-1-辛醇、甲酸己酯）含量增加。与腥味相关的化合物（如壬醛、3-甲硫基丙醇）在烹饪后期减少或消失，而具有烤肉香气的2-呋喃甲硫醇强度增加。醛类物质主要来源于脂肪酸氧化降解，其含量变化与MFP的变性和聚集状态相关。酮类（如4-甲基-3-戊烯-2-酮）的变化是酶促反应和美拉德反应共同作用的结果。酯类含量在中前期增加，后期减少。研究表明，120 min是区分生扇贝和SV烹饪扇贝、有效降低扇贝腥味的关键时间点。

3.8. VOCs与MFP变化的相关性

相关性分析表明，酯类含量和电子鼻的某些传感器响应值与SH含量、粒径呈负相关，与FI_max呈正相关。酯类和某些气味信号与α-螺旋和β-转角含量正相关，与无规卷曲和β-折叠含量负相关，提示无序的蛋白质结构可能掩蔽更多风味结合位点并释放气味。呋喃和醛类含量与SH含量、荧光强度、α-螺旋含量正相关，与粒径、无规卷曲含量负相关。醇类和酮类受蛋白质结构影响较小。总体而言，SV加工过程中MFP的氧化和变性对其气味结合能力有显著影响，特别是加热后MFP的加速聚集效应进一步降低了其气味结合能力。

本研究阐明了SV处理影响扇贝理化性质和挥发性风味化合物的机制。SV烹饪在改善扇贝质地和色泽的同时，也损伤了其微观结构和持水性，并破坏了MFP的二级和三级结构，导致蛋白质发生氧化和聚集。烹饪后期（120-240 min）通过诱导MFP的氧化损伤和聚集，削弱了其对VOCs的结合能力，促进了果香、花香和肉香等风味的释放，有效降低了腥味。相关性分析证实MFP的氧化损伤和聚集与热效应协同发生，通过破坏MFP的风味结合位点并改变其空间构象，导致气味结合能力下降和VOCs释放。综合各项指标，SV-60 °C-120 min处理组在持水性、微观结构、视觉外观和质地特性方面表现出最优的整体品质。该研究为选择适宜的SV烹饪条件（SV-60 °C-120 min）用于扇贝闭壳肌的预制化生产提供了重要的数据支持和理论依据。未来的研究可结合感官评价、VOCs定量分析和微生物安全性评估，进一步评估预煮扇贝的货架期稳定性，为其生产和应用提供更全面的科学依据。