综述：超声波技术在鱼类蛋白质加工中的应用：提取与结构-功能动力学的创新

这篇综述系统阐述了超声波技术（Ultrasound）在鱼类蛋白质（Fish Proteins）加工中的创新应用，重点探讨了其通过空化效应（Cavitation）调控蛋白质结构（α-helix/β-sheet）、提升功能特性（如溶解度、乳化性EAI/ESI、凝胶强度G'）的机制，为绿色食品加工技术（pH-shift、3D打印）提供了理论支撑。

　　

超声波技术在鱼类蛋白质加工中的革命性应用

引言

鱼类蛋白质因其高营养价值和独特功能特性（如凝胶性、乳化性）成为食品工业的重要原料。然而，传统加工方法易导致蛋白质变性、功能损失。超声波技术（20–100 kHz）通过空化效应产生的机械剪切力、微射流和局部高温（>5000 K），可精准调控蛋白质结构，成为绿色加工的新范式。

鱼类蛋白质的分类与挑战

鱼类蛋白质主要包括：

1. 肌原纤维蛋白（Myofibrillar Proteins）：如肌球蛋白（Myosin）、肌动蛋白（Actin），主导凝胶形成；

2. 胶原蛋白（Collagen）：富含甘氨酸-脯氨酸-羟脯氨酸三联体，形成三股螺旋结构；

3. 浆蛋白（Sarcoplasmic Proteins）：水溶性酶类。

   加工过程中，50–70%的鱼类副产物（如鱼皮、鱼骨）未被充分利用，超声波技术可高效提取这些资源。

超声波的作用机制

核心机制是空化效应：

• 气泡溃灭产生局部高压（>100 MPa）和微射流，破坏氢键和疏水相互作用；

• 频率20 kHz时，空化泡直径可达50 μm，显著提升传质效率；

• 适度处理（200–400 W，<30 min）可减少α-helix含量（↓15%），增加β-sheet（↑20%）和随机卷曲结构，增强分子柔性。

结构-功能关系的精准调控

1. 溶解度提升：超声波使鲤鱼肌原纤维蛋白溶解度从61.35%升至88.28%（P<0.05），因疏水基团暴露和粒径减小（530.3 nm→189.7 nm）；

2. 乳化性能优化：鳕鱼蛋白经950 W处理後，乳化活性指数（EAI）提高2倍，因界面吸附能力增强；

3. 凝胶网络强化：银鲫鱼糜经300 W超声处理，凝胶强度提升35%，归因于二硫键（S-S）交联和孔隙率降低（SEM证实）；

4. 水结合能力（WHC）：超声辅助洗涤使鲭鱼蛋白WHC提高18%，因β-sheet结构增加和亲水基团暴露。

挑战与工业化前景

当前局限包括：

• 过度处理（>500 W）导致蛋白质聚集，如鲑鱼蛋白质在酸性条件下溶解度下降40%；

• 规模放大时能量衰减（约30%）。未来需开发多频复合超声设备，并与酶解（Enzymolysis）或脉冲电场（PEF）联用。

结论

超声波技术通过“结构编辑”策略，为鱼类蛋白质在3D打印食品、高水分挤压（High Moisture Extrusion）等新兴领域应用提供了创新解决方案，推动可持续渔业发展。