使用L-赖氨酸和魔芋葡甘聚糖改善低盐牛肉肌原纤维蛋白凝胶的品质：持水性、质构和蛋白质结构变化

《Gels》：Improving the Quality of Low-Salt Beef Myofibrillar Protein Gels with L-Lysine and Konjac Glucomannan: Water Retention, Texture, and Protein Structural Changes

　　

减少肉制品中的钠在营养学上是可取的，但减盐往往会削弱肌原纤维蛋白（MP）的凝胶化能力，并降低质构品质和持水性。本研究调查了L-赖氨酸（Lys）和魔芋葡甘聚糖（KGM）在低盐条件下对牛肉肌原纤维蛋白（MP）凝胶的理化性质、凝胶特性和结构变化的影响。结果表明，将NaCl从0.6 M降低至0.2 M会降低持水性（WHC），增加蒸煮损失，并形成疏松的凝胶网络。与0.2 M NaCl组相比，Lys-KGM联合处理将WHC从28.53%提高至56.70%，并将蒸煮损失降至22.19%（p < 0.05）。质构分析显示，Lys-KGM分别将硬度和弹性提高了69.40%和80.43%（p < 0.05）。低场核磁共振（LF-NMR）表明，联合处理中固定化水的比例更高，水分流动性降低。Lys增加了反应性巯基含量和表面疏水性，而KGM降低了表面疏水性并增强了水分固定化。Lys-KGM略微但显著地降低了α-螺旋含量并增加了β-折叠含量（p < 0.05），伴随着分子间力相对贡献的变化以及更连续的凝胶网络。分子对接和分子动力学模拟为肌球蛋白与Lys/KGM之间的不同相互作用模式提供了支持性证据。这些结果表明，Lys和KGM可能有助于维持低盐肉蛋白凝胶的品质，并为减钠肉制品提供配方基础。

**论文解读：L-赖氨酸与魔芋葡甘聚糖协同改善低盐牛肉肌原纤维蛋白凝胶品质的研究**

**研究背景与问题**
在凝胶型肉制品加工中，通常需要添加2%–3%的NaCl以促进肌原纤维蛋白（MP）的溶解和热诱导凝胶网络形成，从而维持理想的感官和质构特性。然而，高钠摄入与高血压和心血管疾病密切相关，世界卫生组织建议将人群盐摄入量减少30%，并限制成人每日盐摄入量不超过5克。加工肉制品贡献了约20%–30%的总膳食钠摄入，因此开发减钠肉制品受到广泛关注。但NaCl减少通常会降低MP的溶解性，进而削弱其凝胶形成能力，导致持水性下降、质构劣化，如何在低盐条件下维持MP凝胶品质仍是挑战。L-赖氨酸（Lys）已被用于增强MP溶解性和诱导蛋白质构象变化，但单独使用改善效果有限；魔芋葡甘聚糖（KGM）作为一种植物源多糖，具有优异的保水、增稠和凝胶形成特性，可增强MP凝胶网络。然而，Lys与KGM联合作用对低盐MP凝胶中分子间相互作用、蛋白质构象和凝胶网络形成的影响尚不清楚。因此，本研究旨在评估Lys和KGM在低盐条件下对牛肉MP凝胶品质和结构特性的联合效应。

**研究内容与结论**
研究人员以牛肉MP为模型，设置0.6 M NaCl（高盐对照）、0.2 M NaCl（低盐对照）、0.2 M NaCl + 0.4% Lys、0.2 M NaCl + 0.5% KGM、0.2 M NaCl + 0.4% Lys + 0.5% KGM共5个处理组，系统测定了蒸煮损失、持水性（WHC）、水分分布、质构特性、流变行为、微观结构、巯基含量、表面疏水性、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和分子间力，并结合分子对接和分子动力学模拟探究肌球蛋白与Lys/KGM的相互作用。结果表明，Lys-KGM联合处理显著改善了低盐MP凝胶的品质：与0.2 M NaCl组相比，WHC从28.53%提高到56.70%，蒸煮损失从41.71%降低到22.19%，硬度和弹性分别提高69.40%和80.43%（p < 0.05），固定化水比例最高（98.15%），自由水比例最低（1.42%），形成最均匀连续的凝胶网络。Lys增加了反应性巯基含量和表面疏水性，促进疏水相互作用和二硫键形成；KGM降低了表面疏水性并增强了水分固定化，稳定了凝胶网络。FT-IR显示Lys-KGM略微降低α-螺旋含量并增加β-折叠含量，分子间力分布发生变化（离子键和二硫键贡献增加）。分子对接和分子动力学模拟预测KGM与肌球蛋白的结合亲和力强于Lys，两者以不同结合位点和相互作用模式（氢键、范德华力、电荷相互作用）与肌球蛋白结合，并有助于稳定蛋白质构象。该研究为开发减钠肉制品提供了配方依据，论文发表在《Gels》。

**主要关键技术方法**
研究人员从当地超市（扬州，中国）获取3头牛的背最长肌，独立提取MP。主要技术方法包括：低场核磁共振（LF-NMR）分析水分分布；质构剖面分析（TPA）测定凝胶质地；动态流变学（频率扫描、温度扫描）评估粘弹性；扫描电子显微镜（SEM）观察微观结构；Ellman试剂法测定总巯基和反应性巯基；溴酚蓝（BPB）结合法测定表面疏水性；傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析二级结构；通过不同提取液溶解度差异估算离子键、氢键、疏水相互作用和二硫键的相对贡献；采用AutoDock Vina进行分子对接，并以GROMACS进行分子动力学模拟（100 ns），结合MM/GBSA计算结合自由能。

**研究结果**
**2.1 蒸煮损失与WHC**：降低NaCl显著增加蒸煮损失、降低WHC；Lys、KGM及其联合处理均显著改善，Lys-KGM组效果最佳（WHC 56.70%，蒸煮损失22.19%），说明联合处理增强了低盐条件下的保水性。
**2.2 水分分布**：LF-NMR显示所有样品中存在结合水（T_2b）、固定化水（T₂₁）和自由水（T₂₂）。低盐组固定化水比例降低，自由水比例升高；Lys-KGM组固定化水比例最高（98.15%），自由水比例最低（1.42%），与改善的WHC和蒸煮损失一致。
**2.3 质构特性**：0.2 M NaCl组硬度、弹性、内聚性、胶粘性和咀嚼性均显著低于0.6 M NaCl组；Lys、KGM和Lys-KGM均改善质构，Lys-KGM组硬度达到3.10 N，超过0.6 M NaCl组（p < 0.05），表明凝胶强度显著提升。
**2.4 流变特性**：频率扫描表明所有样品以弹性为主（G' > G″），KGM组G'和G″最高，Lys-KGM组虽低于KGM组但优于Lys组；温度扫描显示Lys-KGM组最终G'较高，但并非最高，说明凝胶品质改善不仅依赖弹性模量，还涉及水分固定化和网络组织。
**2.5 微观结构**：SEM显示0.6 M NaCl组形成致密连续网络，0.2 M NaCl组结构松散、孔隙大；Lys部分改善，KGM组更均匀连续，Lys-KGM组在低盐组中最为均匀致密，孔隙少，结构完整。
**2.6 总巯基与反应性巯基**：总巯基无显著差异；反应性巯基在0.2 M NaCl组降低，Lys处理使其恢复至接近0.6 M NaCl组水平，KGM也显著提高，说明Lys和KGM均促进巯基暴露。
**2.7 表面疏水性**：0.2 M NaCl组BPB结合值降低，Lys提高，KGM显著降低，Lys-KGM介于两者之间，表明Lys和KGM对疏水暴露有相反调节作用。
**2.8 FT-IR二级结构**：0.2 M NaCl组α-螺旋和β-转角含量较高，β-折叠较低；Lys-KGM组α-螺旋略微降低，β-折叠显著增加，与改善的凝胶网络一致。
**2.9 分子间力**：0.2 M NaCl组氢键、疏水相互作用和二硫键降低，离子键增加；Lys处理增加氢键、疏水相互作用和二硫键；KGM增加离子键和氢键，降低疏水相互作用；Lys-KGM组离子键和二硫键贡献最高，表明联合处理改变了分子间力分布。
**2.10 分子对接**：KGM-肌球蛋白结合能（-8.4 kcal/mol）低于Lys-肌球蛋白（-7.7 kcal/mol），表明KGM预测亲和力更强。两者结合位点不同：KGM主要通过氢键、碳氢键和范德华力与肌球蛋白多个残基相互作用；Lys主要通过盐桥、电荷相互作用和氢键结合，存在不利电荷相互作用。
**2.11 分子动力学模拟**：100 ns模拟显示Lys-KGM-肌球蛋白复合物的RMSD、RMSF、Rg和SASA均低于游离肌球蛋白，表明复合物更稳定、更紧凑；氢键数维持动态稳定；MM/GBSA计算显示KGM-肌球蛋白总结合自由能更负，与对接结果一致；自由能景观图显示复合物集中于低能紧凑区域。
**2.12 低盐MP凝胶改善假说**：综合实验结果提出，Lys通过增加反应性巯基和表面疏水性促进疏水相互作用和二硫键形成，KGM通过强水合能力和非共价相互作用限制水分迁移并维持网络连续性，两者协同改善凝胶品质。

**结论与讨论**
本研究表明，Lys和/或KGM的添加改善了低盐牛肉MP凝胶的性能。在低盐处理组中，Lys-KGM组表现出最低的蒸煮损失、最高的WHC和固定化水含量，以及最连续的凝胶网络。Lys处理增加了反应性巯基含量和BPB结合能力，而KGM处理降低了BPB结合能力并增强了水分固定化。Lys-KGM组在二级结构组成上出现了微小但统计上显著的变化，同时伴随着分子间力相对贡献的变化。分子对接和分子动力学模拟预测了Lys和模型KGM配体与肌球蛋白的不同相互作用模式，KGM配体显示出比Lys更强的预测结合亲和力。总体而言，改善的凝胶特性可能与蛋白质构象、分子间相互作用、水分状态和凝胶网络组织的变化有关。这些结果可能为改善减钠肉蛋白凝胶品质提供实用方法。然而，由于本研究基于牛肉MP模型凝胶系统，还需要使用实际减钠肉制品配方进行进一步研究，以确认Lys和KGM的效果，并评估钠含量、感官接受度、咸味感知、消化行为和消费者接受度。