水热处理对鲢鱼肌肉酶解效率和挥发性化合物的影响：蛋白质结构修饰的机制解析

《Food Bioscience》：Effects of hydrothermal pretreatment on enzymatic hydrolysis efficiency and volatile compounds of silver carp muscle: Mechanistic insights into protein structural modifications

　　摘要要点：- 适度的水热处理预处理提高了鲢鱼肌肉的酶解效率。- 在55°C下预处理20分钟使所得水解产物的肽得率最大化。- 预处理改变了蛋白质结构，增强了蛋白酶的可及性。- 水解产物中与鱼腥味相关的主要挥发性物质减少。引言由于其产量高、生长快，鲢鱼（Hypophthalmichthys molitrix）是全球最重要的淡水养殖物种之一（Wang, Fu, et al. 2024）。然而，由于其强烈的土腥味和丰富的肌间刺，其经济价值相对较低，蛋白质利用效率有限（Warren et al. 2020）。因此，开发鲢鱼的高附加值利用策略并提高其蛋白质资源的利用效率，对于水产资源的可持续开发具有重要意义。鲢鱼肌肉的蛋白质含量约为18.65%（Liu et al. 2012），可以通过酶解和其他加工方法转化为低分子量肽。与完整的天然大分子蛋白质相比，低分子量肽具有更优异的消化性和吸收性（He et al. 2025），以及多种潜在的生物活性（Wang, Yang, et al. 2024）。因此，鲢鱼蛋白水解产物作为营养补充剂和功能性食品成分具有广阔的应用前景，为鲢鱼资源的高值化利用提供了有效策略。酶解被广泛认为是制备蛋白质水解产物最常用的方法之一（Cruz-Casas et al. 2021）。该方法具有处理快速、安全、可控等优点（Zhu, Zhang, Duan, et al. 2025）。酶解过程中产生的低分子量肽通常具有更好的功能活性、营养特性和理化特性。已有研究从鲣鱼头和罗非鱼骨水解产物中鉴定出生物活性肽（He et al. 2022; Zhang, Zhao, et al. 2019），证明了鱼蛋白水解产物的潜在价值。因此，酶解产物中的肽得率被认为是评价蛋白质资源利用效率的重要指标，可以评估鲢鱼肌肉蛋白质向可溶性肽产物的转化程度以及蛋白质资源的利用效率。然而，传统的酶解过程受到底物结构、酶浓度和反应条件的影响很大，进而影响水解效率、产物分子量分布和氨基酸组成（Li and Eunice 2015）。Marinou et al.（2025）将鳕鱼骨与蒸馏水按1:1（w/w）比例混合，调节pH至8.0，并用1%碱性蛋白酶水解3小时，实现了64%的蛋白质提取率。此外，当前研究（Islam et al. 2021; Zhu, Zheng, et al. 2025）通常通过降低底物浓度来提高酶解效率。然而，在工业生产中，低固液比会增加用水量和后续浓缩成本（Bashiri et al. 2024）。因此，在高底物浓度条件下提高水解效率，同时获得鱼腥味相关挥发性化合物含量降低的蛋白质水解产物，仍是鲢鱼肌肉蛋白质高值化利用的关键挑战。在酶解前进行适当的预处理可以改变蛋白质结构，增强底物可及性，从而提高酶解效率。目前，各种预处理技术已被应用于改善蛋白质水解性能，包括热处理、超声、微波辐照和脉冲电场处理。然而，超声处理和脉冲电场技术等新兴预处理技术能耗相对较高，且在过程控制方面存在挑战，可能限制其大规模工业应用（Habinshuti et al. 2023）。因此，开发简单、高效且具有工业可行性的预处理策略仍然非常必要。通过诱导蛋白质构象变化和去折叠，热预处理暴露出更多的裂解位点，从而提高酶解效率（Habinshuti et al. 2023; Zhu, Zhang, Duan, et al. 2025）。Yuan et al.（2025）比较了真空低温烹饪和传统高温烹饪对黄鳍金枪鱼蛋白质结构和挥发性化合物的影响。研究发现，真空低温烹饪引起肌原纤维蛋白的部分变性，而升高温度逐渐促进α-螺旋结构的去折叠，从而增强酶解效率。此外，在55°C下经真空低温烹饪处理的黄鳍金枪鱼表现出最低水平的鱼腥味相关化合物。Guo et al.（2026）采用真空冷冻干燥后热处理（HAFD）策略处理凡纳滨对虾，发现该处理改善了其生化适口性。Zhang, Tu, et al.（2019）证明，在鱼鳞酶解前进行135°C水热处理预处理，显著提高了明胶生产过程中的蛋白质回收率和水解度。此外，所得肽表现出稳定的血管紧张素I转换酶抑制活性。这些发现表明，水热处理预处理可以增强酶解性能，同时可能影响所得蛋白质水解产物的功能特性。尽管已知预处理技术可以调控蛋白质水解和功能特性，但水热处理参数对鱼蛋白结构、酶解效率和鱼腥味相关挥发性化合物的影响尚未完全阐明。因此，需要进一步研究以阐明水热处理预处理诱导的蛋白质结构和挥发性化合物的变化，这有助于提高鲢鱼的经济价值，并为渔业资源的综合利用提供科学指导和技术支持。在本研究中，鲢鱼肌肉在不同温度和时间条件下进行水热处理预处理，然后使用碱性蛋白酶进行酶解。表征了水热处理预处理后鲢鱼肌肉蛋白质的结构变化，以阐明酶解效率提高的潜在机制。同时，通过固相微萃取-气相色谱-质谱联用（SPME-GC-MS）评价了不同水热处理预处理条件对水解产物中挥发性化合物的影响。本研究旨在开发一种低温水热处理辅助的酶解方法，旨在提高鲢鱼肌肉的水解效率并优化所得水解产物的香气特征。研究结果可能有助于鲢鱼资源的高效高值化利用，并为未来工业化生产鲢鱼来源的肽基功能性食品配料提供理论依据和实践指导。章节摘录材料新鲜鲢鱼（Hypophthalmichthys molitrix）购自当地超市（中国无锡）。鱼由店内专业人员手工处理，去除皮、头和尾。剩余的肌肉样品立即置于冰上，并在30分钟内运送到实验室。食品级碱性蛋白酶（400,000 U/g）、中性蛋白酶（10,000 U/g）和胰蛋白酶（4,000 U/g）购自上海航汇生物技术研究中心（中国上海）。所有固相微萃取-气相色谱-质谱联用（SPME-GC-MS）根据Guan et al.（2025）报道的方法，通过SPME-GC-MS分析挥发性化合物。将3 mL各水解产物加入20 mL琥珀色顶空瓶中，并加入10 μL 2,4,6-三甲基吡啶（100 mg/L）作为内标。将预处理的SPME纤维在55°C顶空中暴露30分钟后，在进样口260°C下解吸3分钟。TSQ 8000三重四极杆GC-MS系统，配备Wax色谱柱（30 m × 250 μm × 0.25固液比对鲢鱼肌肉水解产物的影响高固液比可能减少酶-底物接触，妨碍混合，并增加非特异性吸附，从而降低水解效率（Gatt et al. 2019; Ramachandriya et al. 2013）。如图1（A）所示，降低固液比导致滤液得率增加。当加水量为0%时，水解在3小时后趋于平台期，这可能是由于裂解位点暴露有限，延长水解时间并未显著结论本研究考察了水热处理预处理温度和时间对鲢鱼肌肉酶解的影响。适度的水热处理预处理提高了水解效率，促进了可溶性肽的释放，并降低了水解产物中鱼腥味相关挥发性化合物的水平。在55°C下预处理20分钟产生了最有利的整体响应，显著提高了肽得率和水解度。机制上，水热CRediT作者声明Kexin Shang：资源，项目管理。Yanshun Xu：可视化，监督，资源，项目管理，资金获取，概念化。Xiaojun Wu：方法学，调查。Hong Sun：资源，项目管理。Siyi Geng：方法学，调查。Bin Wang：写作-审阅与编辑，可视化，项目管理，方法学，调查，概念化。Yihan Shi：写作-初稿，可视化，方法学，调查，数据未引用参考文献Wang et al., 2024; Zhang et al., 2019; Zhu et al., 2025; Zhu et al., 2025.利益冲突声明作者声明，他们不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报告的工作。数据可用性本文所述研究未使用任何数据。利益冲突声明? 作者声明，他们不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报告的工作。致谢本研究由中国农业研究体系专项资金（CARS-44）资助。Bin Wang|Yihan Shi|Siyi Geng|Xiaojun Wu|Hong Sun|Kexin Shang|Yanshun Xu