模拟自然温度冷藏运输过程中马口鱼(Opsariichthys bidens)蛋白质结构变化、挥发性风味演变与微生物群落演替的关联分析

《Food Chemistry: X》:Protein structural changes, volatile flavor evolution and microbial community succession in Opsariichthys bidens during simulated natural refrigerated transport: a correlation analysis

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月25日 来源:Food Chemistry: X 6.5

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  研究人员发现,较高温度降低了α-螺旋(α-helix)含量并增加了无规卷曲(random coil)结构;随着温度升高,风味特征从脂质氧化醛类向含硫化合物/吲哚类化合物转变。在32 °C条件下储存12 h内即发生风味劣变,并伴有吲哚和吡啶类物质的积累。低温抑制

  
研究人员发现,较高温度降低了α-螺旋(α-helix)含量并增加了无规卷曲(random coil)结构;随着温度升高,风味特征从脂质氧化醛类向含硫化合物/吲哚类化合物转变。在32 °C条件下储存12 h内即发生风味劣变,并伴有吲哚和吡啶类物质的积累。低温抑制了微生物群落演替,高温则富集了腐败菌。高温还上调了氨基酸和脂质代谢功能基因。
水产食品因富含水分、蛋白质和脂质,在采后储运中极易受内源酶和微生物协同作用而发生腐败变质。微生物分泌的蛋白酶和脂酶可降解肌肉组分并生成胺类、醛类、含硫化合物等异味代谢物;内源核苷酸降解酶、蛋白酶和脂酶则参与ATP降解、肌原纤维蛋白(myofibrillar protein, MP)水解和脂质氧化,导致肌肉质地软化和腥味形成。冷链运输中的温度波动是影响水产品质的关键因素,但既有研究多采用恒温模型,对实际动态温度条件下的品质演变机制认识不足。马口鱼(Opsariichthys bidens)是浙江等地重要的经济淡水鱼,个体小、养殖周期短、采后极易品质劣变,是研究淡水鱼温度依赖性腐败的合适模式物种。为此,研究人员模拟浙江地区冬季(4 °C)、春季/秋季(16 °C)和夏季(32 °C)平均环境温度,对马口鱼开展24 h模拟自然运输实验,系统考察温度和时间对肌肉蛋白质结构、风味成分和微生物群落的影响,并揭示三者间的关联规律,为优化淡水鱼冷链温度控制提供理论依据。

该研究通过多技术联用发现,温度是驱动马口鱼品质劣变的主要环境因素,而储存时间进一步加剧其效应。高温导致肌原纤维蛋白二级结构有序度下降,水分流失增多;风味物质从低温下以脂质氧化醛类/酮类为主,演变为高温下以含硫和含氮化合物(尤其是吲哚、吡啶)为主,32 °C下12 h内风味即发生严重劣变。高通量测序显示低温可抑制微生物群落演替并使其简化,高温则富集腐败菌,且PICRUSt2预测的氨基酸、脂质和碳水化合物代谢功能基因丰度上调。该研究首次为马口鱼建立了“温度—蛋白变性—微生物代谢—风味劣变”的关联框架,对实际冷链温度控制和货架期预测具有重要指导意义。

样本取自浙江省衢州某公司循环水养殖系统,马口鱼平均体长8.75±1.12 cm、体重21.35±2.34 g。模拟运输实验在4 °C、16 °C和32 °C下进行,于0、6、12、24 h取样。采用傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)分析肌原纤维蛋白二级结构;采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)测定挥发性化合物,并用相对气味活度值(relative odor activity value, ROAV)评价关键风味贡献;提取肌肉微生物DNA后,对16S rRNA基因V3–V4区进行Illumina高通量测序,基于QIIME2分析多样性和群落组成,利用PICRUSt2预测功能基因;数据采用单因素方差分析(analysis of variance, ANOVA)和Tukey HSD检验,p<0.05为显著。

3.1 水分和灰分含量分析:运输温度和时长显著影响肌肉水分。初始水分81.64%,24 h后4 °C组为75.74%,32 °C组降至74.92%,表明低温有效延缓水分流失。灰分方面,32 °C组6 h时升至最大值2.91 g/100 g,与蛋白降解和水分流失导致的相对富集有关;4 °C组后期灰分下降,归因于可溶性矿物质随渗出液流失以及蛋白变性导致的膜通透性增加。

3.2 粗蛋白含量分析:粗蛋白变化呈温度依赖的非线性模式。4 °C组整体稳定;16 °C组在6–12 h显著下降至18.00 g/100 g,提示酶活性增强导致蛋白降解;32 °C组先降后升,后期表观回升主要归因于高温下脱水引起的蛋白浓度相对升高。低温储存有利于维持肌肉蛋白营养质量。

3.3 蛋白质二级结构分析:FTIR光谱显示新鲜样品的α-螺旋(α-helix)、β-折叠(β-sheet)、β-转角(β-turn)和无规卷曲(random coil)比例分别为15%、30%、38%和16%。32 °C储存24 h后β-折叠降至17%,β-转角增至43%,无规卷曲增至18%,有序结构比例由45%降至38%,表明高温使肌原纤维蛋白逐渐去折叠和变性。4 °C组结构较为稳定。

3.4 GC-MS结合ROAV分析:低温下风味以酮类(1-戊烯-3-酮)和酚类(丁香酚)为主,后期出现(E)-2-壬烯醛等脂质氧化产物;16 °C时醇类(2-乙基己醇、苯乙醇)和吲哚占比增加;32 °C时含硫和含氮化合物占主导,12 h后二甲四硫醚、2-己基吡啶和吲哚共同贡献强烈不良气味,24 h时吲哚成为唯一主导化合物,风味严重劣变。

3.5 Alpha与Beta多样性分析:各样品Coverage值均高于99%。4 °C组微生物多样性逐渐下降,群落趋于简化;16 °C组早期多样性较高但后期下降;32 °C组多样性波动剧烈。主坐标分析(principal coordinate analysis, PCoA)和非度量多维尺度分析(non-metric multidimensional scaling, NMDS)显示不同温度组群落结构明显分离,低温组与对照组差异最大,高温组间有部分重叠。

3.6 微生物群落组成分析:10个处理组间仅共享3个核心OTU(operational taxonomic unit),说明温度和时间强烈重塑微生物群落。属水平上,Acinetobacter(2.48%–95.93%)是主要优势菌,在低温组中相对丰度较高并长期维持,这不同于其他鱼类常见的Pseudomonas主导模式;Brevundimonas和Pseudomonas亦为共享优势属。高温组在24 h出现较多特有OTU,演替更剧烈。

3.7 PICRUSt2功能预测分析:COG(Clusters of Orthologous Groups)分类显示,除功能未知的S类外,氨基酸转运和代谢(E)、脂质转运和代谢(I)、碳水化合物转运和代谢(G)等类别相对丰度随温度升高而上调,32 °C下E类预测丰度较4 °C升高约1.4倍。KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)酶丰度热图表明,高温24 h样品中氨基肽酶、亮氨酸氨基肽酶、丝氨酸羧肽酶、弹性蛋白酶等蛋白酶相关酶,以及醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、过氧化氢酶等预测丰度显著增加,提示微生物蛋白水解、脂质氧化和氧化应激响应增强。

讨论指出,温度升高首先诱导肌原纤维蛋白去折叠和底物释放,同时选择性富集腐败菌;PICRUSt2预测的氨基酸、脂质和碳水化合物代谢上调,生成含硫、含氮和羰基异味化合物,从而将微生物功能改变与风味劣变联系起来。低温可通过抑制微生物演替和酶活性来保护蛋白质结构与风味。研究结论表明,运输温度是品质劣变的主导因素,建议运输温度维持在4 °C以下,16 °C以上暴露时间应少于6 h,并避免32 °C暴露超过12 h。
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