来自Physalis alkekengi L. Var. Franchetii (Mast.) Makino的多糖的提取、纯化、结构表征、生物活性及在食品中的应用

《Foods》：Extraction, Purification, Structural Characterization, Biological Activities and Applications in Food of Polysaccharides from Physalis alkekengi L. Var. Franchetii (Mast.) Makino

　　

淘汰母牛肉以其增加的韧性和有限的加工适宜性为特征，然而微生物培养与机械加工的综合效应尚未得到充分研究。本研究旨在评估清酒乳杆菌（Lactobacillus sakei，SafePro B-2，10¹¹ CFU/g）结合真空按摩对淘汰母牛肉理化、结构和功能-工艺特性的影响，并利用响应面法（RSM）优化工艺。研究人员发现，与对照样品相比，联合处理导致剪切力降低25–35%，持水力（WHC）增加12–18%。pH值从6.2下降至5.6–5.8，表明活跃的乳酸发酵。利用响应面法建模显示了模型的高预测能力（R² = 0.91–0.96），并能够确定最佳工艺参数（10⁷ CFU/g；混合40分钟），确保最大程度的软化和产品稳定性。质构剖面分析显示硬度、黏附性和咀嚼性在统计学上显著（p < 0.05）降低，同时内聚性增加，表明在微观结构水平上蛋白质基质发生了重组。此外，观察到微观结构修饰和蛋白质基质的重组，伴随氨基酸组成的变化，表明蛋白质状态及其在肉基质内空间分布的改变。总体而言，清酒乳杆菌与真空按摩的联合使用有效改善了低等级牛肉原料的功能、工艺和结构特性。所提出的方法可被视为优化加工参数及提高淘汰母牛肉利用效率的科学合理策略。

**论文解读：清酒乳杆菌与真空按摩联合改善淘汰母牛肉品质的研究**

**研究背景与问题**

淘汰母牛肉因动物年龄增长导致肌肉组织发生一系列生化与结构变化，主要表现为结缔组织蛋白（如胶原蛋白和弹性蛋白）比例增加，以及耐热性分子间交联（如吡啶啉和脱氧吡啶啉）积累，使胶原蛋白溶解度显著下降（约5.5% vs 年轻动物的10.5%），直接导致肉质韧性增高。同时，肌原纤维蛋白发生年龄相关修饰，包括内源性蛋白水解系统（如钙蛋白酶）活性降低、钙蛋白酶抑制蛋白（calpastatin）抑制作用增强以及氧化修饰积累，限制了死后关键结构蛋白（如结蛋白、肌联蛋白、伴肌动蛋白）的蛋白水解，削弱肌原纤维成熟过程中的弱化效应。这些特征使得淘汰母牛肉具有高剪切力、低嫩度和明显结构异质性，亟需开发针对此类原料的特异性嫩化策略。

现有技术包括机械处理（滚揉、按摩）、腌制、酶法嫩化和微生物培养等，但单一方法效果常不稳定，且对淘汰母牛肉的联合效应尚未充分优化。清酒乳杆菌（L. sakei）因其适应肉环境、拮抗活性和快速酸化能力，被广泛用于肉发酵，可参与蛋白修饰（包括蛋白水解和肌肉蛋白结构变化）。真空按摩则通过改善盐水分布、加速传质、促进肌肉蛋白水合并导致肌肉组织结构松动。两者的结合有望产生协同效应：机械作用促进微生物细胞及代谢物渗透与均匀分布，同时增强其蛋白水解和酸化效果。然而，尚无系统研究探讨这些因素对淘汰母牛肉结构及功能特性的联合影响。此外，利用定量模型描述和优化这些过程的研究在文献中极为有限。因此，本研究旨在探究清酒乳杆菌（添加到盐水）与真空按摩联合使用对淘汰母牛肉理化、结构-力学、颜色和微观结构特性的影响，并利用响应面法（RSM）开发预测模型及多响应优化，以定量描述嫩化过程并确定最佳工艺参数。

**主要关键技术与方法**

研究人员采用两因素三水平全因子实验设计（3²），自变量为清酒乳杆菌添加量（占原料肉质量的0.005%–0.015%，对应约5×10⁶–1.5×10⁷ CFU/g）和按摩时间（20–60分钟）。利用二次多项式回归模型拟合持水力（WHC，%）、水结合力（WBC，%）和剪切力（N）三个响应变量，通过方差分析（ANOVA）评估模型充分性，并使用Durbin-Watson统计量检验残差序列相关性。多响应优化基于希望函数法，将WHC和WBC最大化、剪切力最小化，确定最佳条件。理化分析包括按ISO法测定蛋白质、脂肪、灰分和水分（Kjeldahl法、己烷提取法、灰化法等），以及通过Grau-Hamm压榨法和离心法分别测定WHC和WBC。质构剖面分析（TPA）使用Lamy Rheology TX-700质构仪测定硬度、黏附性、内聚性、咀嚼性、胶粘性和弹性。氨基酸谱采用高效液相色谱（HPLC）法（AOAC 2018.06）测定。pH使用Hanna HI99163便携式pH计，颜色使用Konica Minolta CR-410色差计测量L*、a*、b*值。微观结构通过光学显微镜（20×放大）进行形态学测量（Feret直径、投影面积、等效直径）。原料来自哈萨克斯坦Amantai农场的6–7岁荷斯坦淘汰母牛（n=5），清酒乳杆菌菌株SafePro? B-2（Chr. Hansen，滴度10¹¹ CFU/g）。所有测量均重复三次，统计组间比较采用单因素方差分析和Duncan多重比较（p < 0.05）。

**研究结果**

**3.1 实验设计与全因子实验结果**：采用两因素三水平全因子设计，共9个实验组合加一个空白对照。处理样品较对照具有更高的WHC和WBC以及更低的剪切力，表明联合处理改善了持水性和降低了组织结构阻力。清酒乳杆菌利用肌浆和肌原纤维蛋白来源的肽和氨基酸，滚揉则促进盐水渗透、盐/磷酸盐辅助的肌原纤维蛋白膨胀和部分机械弱化。

**3.2 二次回归模型的开发与统计评估**：对WHC、WBC和剪切力拟合二次多项式模型。对于WHC（Y1），两项线性项、两项二次项及交互项均显著（p < 0.05），呈现非线性响应面。对于WBC（Y2），仅线性项显著，表明响应主要受主效应支配。对于剪切力（Y3），线性项和交互项显著，二次项不显著，表明剪切力降低主要与因子直接效应及交互作用有关。模型的决定系数R²分别为0.999（Y1）、0.987（Y2）、0.996（Y3），Durbin-Watson统计量表明无序列相关性，模型拟合良好。

**3.3 响应面分析与多响应优化**：WHC的响应面显示非线性特征，在清酒乳杆菌0.010%–0.013%和按摩40–50分钟范围内接近局部最优。WBC呈单调递增，主要受线性效应影响。剪切力单调递减，清酒乳杆菌含量影响更强。多响应优化确定最佳工艺为0.010%清酒乳杆菌和40分钟按摩，此时WHC接近局部最大值，WBC维持高水平，剪切力显著降低。预测值与实验值偏差小于0.5%。

**3.4 理化性质**：蛋白质含量在各组间（22.07%–22.43%）无显著差异（p > 0.05）。脂肪含量从对照3.51%降至0.015%清酒乳杆菌时的2.87%，表明可能影响脂质-蛋白相互作用。灰分在0.010%–0.015%水平下从0.93%降至0.83%。水分从73.13%逐渐降至70.83%，提示清酒乳杆菌促进自由水向紧束缚水转变。

**3.5 氨基酸含量**：大多数氨基酸随清酒乳杆菌添加呈增加趋势，尤其在0.010%–0.015%水平。谷氨酰胺、组氨酸、赖氨酸和异亮氨酸增加最显著，表明蛋白水解过程激活和游离氨基酸选择性积累。亮氨酸减少而其他支链氨基酸增加，提示支链氨基酸分数内重新分布。

**3.6 pH与颜色**：pH在0.005%和0.010%时升至6.42和6.61，在0.015%时降至5.62，呈非线性剂量依赖性。L*值从对照50.29降至0.015%时的39.58，样品变暗。a*值从15.01升至20.89，红度增强，未使用传统颜色稳定添加剂。b*值无显著变化。

**3.7 质构剖面分析**：硬度在0.005%时升至13.58 N，0.010%时与对照相近，0.015%时显著降至5.92 N。内聚性从0.31持续增至0.46。弹性在0.005%时最大（0.62），0.015%时降至0.41。胶粘性和咀嚼性显著降低（胶粘性从4.09 N降至2.69 N，咀嚼性从2.43 N·cm降至1.11 N·cm）。弹性回复从0.18降至0.12。结果表明清酒乳杆菌和真空按摩协同导致结构从刚性向更塑性、可变形系统转变。

**3.8 微观结构分析**：对照样品呈致密有序结构。0.005%时出现纤维肿胀和纤维间距离增加，Feret直径增至36.8 μm，投影面积至810 μm²。0.015%时结构更疏松多孔，纤维间隙扩大，形成更连续基质，Feret直径达49.3 μm，投影面积达1350 μm²。定量数据证实了从紧密到开放、水化结构的逐步转变。

**总结与讨论**

本研究表明，清酒乳杆菌与真空按摩联合使用可显著改善淘汰母牛肉的理化、结构-力学和功能-工艺特性。响应面分析证实因子对持水特性和剪切力有显著影响，回归模型具有高充分性（R² = 0.91–0.96）。联合处理使剪切力降低25–35%，持水力提高12–18%。最佳工艺参数（10⁷ CFU/g；40分钟按摩）实现了软化和稳定性的最佳组合。质构剖面分析显示硬度、黏附性和咀嚼性显著降低（p < 0.05），内聚性增加。观察到的效应源于肌肉组织的微观结构修饰和蛋白质基质重组，伴随水分再分布和蛋白质水结合位点可及性增加。氨基酸组成的变化反映了蛋白质组分状态的转变。本研究的科学创新在于发现了清酒乳杆菌与真空按摩协同效应的证据，表现为结构及功能特性改善，并阐明了与蛋白质基质微观结构重排相关的机制。基于响应面法建立的模型能够预测产品特性并优化低等级牛肉原料的加工参数。论文发表在《Foods》。