《Journal of Future Foods》：Broadening the Application Landscape of Mycoprotein: A Functional Evaluation in Traditional Meat Product Systems
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本研究旨在探究不同添加比例（0%、0.5%、1%、2%、3%和5%）的霉菌蛋白对猪肉乳化香肠品质特性的影响。结果表明，1%和2%的霉菌蛋白添加显著增强了乳化香肠的硬度和咀嚼性，降低了孔隙率并提高了持水能力。气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）分析显示，1%和2
本研究旨在探究不同添加比例（0%、0.5%、1%、2%、3%和5%）的霉菌蛋白对猪肉乳化香肠品质特性的影响。结果表明，1%和2%的霉菌蛋白添加显著增强了乳化香肠的硬度和咀嚼性，降低了孔隙率并提高了持水能力。气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）分析显示，1%和2%的霉菌蛋白添加丰富了挥发性风味特征谱。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和分子间作用力分析表明，霉菌蛋白的添加促进了肌原纤维蛋白β-折叠二级结构的形成，增强了分子间氢键、离子键和非特异性结合，进一步稳定了乳化网络。然而，过量的霉菌蛋白添加（3%和5%）可能破坏乳化体系的稳定性，导致质构特性和持水能力下降，并使风味谱失衡。作为功能性配料，1%和2%添加水平的霉菌蛋白能够显著提升猪肉乳化香肠的品质属性，改善质构稳定性与风味。本研究将为霉菌蛋白在肉制品中的应用提供理论基础和实践指导，从而为提高产品品质、促进肉类产业健康与可持续发展提供创新途径。
**霉菌蛋白在传统肉制品中的应用：功能评价与机制解析**
**1. 研究背景与问题提出**
近年来，替代蛋白因其在减轻畜牧业环境负担和提升蛋白质供应效率方面的潜力，受到全球食品科学界的广泛关注。除传统植物蛋白外，来源于真菌、酵母和微藻的单细胞蛋白（single-cell proteins, SCPs）凭借高蛋白质含量、低环境足迹和高效生物转化能力，被视为下一代可持续蛋白质来源。其中，霉菌蛋白（mycoprotein）通过丝状真菌*Fusarium venenatum*的液态发酵生产，因其优质蛋白、天然膳食纤维（如β-葡聚糖和几丁质）以及纤维状微观结构，在食品基质中展现出良好的持水性、结构稳定性和营养功能性。然而，现有研究主要聚焦于霉菌蛋白在植物基肉类类似物中作为主要结构蛋白的应用，但此类产品常存在异味、质地粗糙和消费者接受度有限等问题。相比之下，将霉菌蛋白作为低水平功能性配料整合入传统肉制品，可能是一条更具可行性和消费者友好性的应用路径。目前，霉菌蛋白在传统肉制品中的应用研究十分有限，且已有文献多集中于较高替代水平下的配方级替换效果和终产品品质评价，对于霉菌蛋白在动物蛋白主导体系中的结构调控机制尚不清楚。特别是在传统乳化肉制品中，尚无系统性研究阐明低添加水平下霉菌蛋白能否与肌原纤维蛋白兼容整合、参与热诱导凝胶网络形成、调节蛋白质构象变化和分子间相互作用，并进一步协同影响质构、水分分布和风味释放。
**2. 研究目的与主要技术方法**
针对上述问题，研究人员以猪肉乳化香肠为模型体系，从低水平功能性添加而非高比例肉替代的视角出发，系统考察了低水平霉菌蛋白添加（0.5%–5%）对肉制品质构特性、水分分布、微观结构、蛋白质二级结构和挥发性风味特征的影响，旨在阐明霉菌蛋白在动物蛋白网络中的结构调控机制和协同效应，确定其有效应用阈值。研究采用了多个关键技术手段：利用质构仪测定样品的硬度、弹性、内聚性、咀嚼性等质构参数；采用低场核磁共振（LF-NMR）和磁共振成像（MRI）分析水分分布与持水特性；通过冷冻切片光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）观察微观结构及孔隙率；运用傅里叶变换红外光谱（FTIR）结合去卷积算法定量分析蛋白质二级结构；使用气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）结合主成分分析（PCA）解析挥发性风味化合物谱；同时测定了pH值、色泽、烹饪损失以及分子间化学作用力（包括非特异性结合、离子键、氢键、疏水相互作用和二硫键）。感官评价按照双盲测试标准执行，由20名经过培训的志愿者（男女各10名，年龄20–40岁）对色泽、风味、质构、多汁性和总体可接受性进行10分制评分。霉菌蛋白来源于*Fusarium venenatum* A3/5（ATCC 20334）发酵后经热处理（68°C，45 min）降低RNA含量，再经管式离心分离获得。样品制备参照Zeng等的方法，按瘦肉645.4 g、脂肪161.4 g、水161.4 g、食盐16.1 g、白砂糖12.9 g、三聚磷酸钠2.8 g的基础配方，分别添加0%、0.5%、1%、2%、3%和5%的霉菌蛋白，标记为MYC0、MYC0.5、MYC1、MYC2、MYC3和MYC5，经斩拌、灌肠、烟熏蒸煮后进行分析。
**3. 主要研究结果**
**3.1 霉菌蛋白添加对猪肉乳化香肠质构特性的影响**
研究人员通过质构仪分析发现，不同霉菌蛋白添加水平显著影响乳化香肠的质构参数（P<0.05）。MYC1组硬度显著高于其他组，表明1%霉菌蛋白添加可有效增强蛋白-纤维相互作用，形成更致密稳定的凝胶网络。MYC2、MYC3和MYC5组硬度有所下降，推测过量霉菌蛋白破坏了乳化体系的均质性。各组弹性保持稳定（0.94–0.96）。胶粘性和咀嚼性在MYC1和MYC2组达到峰值，显著高于MYC0（P<0.05），而MYC3和MYC5组则下降。结论为中等水平（1%–2%）霉菌蛋白添加可显著改善乳化香肠的硬度和咀嚼性，但高水平添加可能因水分竞争和乳化系统失稳而对质构无益。
**3.2 霉菌蛋白添加对猪肉乳化香肠色泽、pH和感官特性的影响**
研究发现，MYC0和MYC0.5组pH稳定在6.10±0.03，而MYC1至MYC5组pH随添加量增加呈剂量依赖性降低（P<0.05）。pH降低归因于菌丝细胞壁酸性基团、胞内酸性物质释放以及液态发酵残留有机酸的综合作用。1%–2%添加量使pH降至5.98–6.05，仍高于肌原纤维蛋白等电点（pI≈5.0–5.5），可通过调节静电相互作用促进有序凝胶网络形成，协同改善持水性和质构。但超过2%后pH过度下降，引发热诱导凝胶化过程中蛋白质无序聚集，削弱磷酸盐缓冲和持水效应，加速氧合肌红蛋白氧化为高铁肌红蛋白，导致品质劣变。色泽方面，L*值在MYC2组降至最低后回升；a*值在MYC1组显著升高，继续添加则下降；b*值先降后升，MYC3组最低，MYC5组显著上升。感官评价雷达图显示，MYC1和MYC2组在色泽、质构、风味和总体可接受性方面得分最高，显著优于MYC0组（P<0.05），而MYC3和MYC5组总体可接受性下降。
**3.3 霉菌蛋白添加对猪肉乳化香肠持水能力和水分分布的影响**
LF-NMR分析显示，固定化水比例（P
21）随霉菌蛋白添加量增加呈先增后减趋势，在MYC2组达到峰值93%，随后在MYC5组显著降至91%（P<0.05）。烹饪损失在MYC0.5和MYC1组达到最低值（11.2±0.5%），MYC5组升高至15.3±0.7%。MRI图像进一步证实自由水空间分布随霉菌蛋白含量呈非线性变化，MYC1组信号强度最弱。研究揭示，霉菌蛋白以剂量依赖方式调控肉蛋白凝胶网络的水合特性：在临界阈值（2%）以内，其亲水性多糖链可通过氢键和静电相互作用与肌原纤维蛋白交联，形成致密三维网络，增强固定化水保留并降低烹饪损失；超过阈值后，高含量霉菌蛋白竞争结合水分、纤维聚集产生空间位阻，破坏肌球蛋白尾部β-折叠结构，导致凝胶劣变。本研究首次定量确定了肉制品中霉菌蛋白的最佳添加阈值为0.5%–2%。
**3.4 霉菌蛋白添加对猪肉乳化香肠微观结构和孔隙率的影响**
孔隙率实验和SEM图像显示，霉菌蛋白显著改善了乳化香肠的微观结构。MYC1组呈现致密均匀的组织结构，孔隙率显著低于MYC0组（P<0.05）。当添加量增至2%–5%时，孔隙率保持相对稳定，但SEM图像中可见更多菌丝交织于香肠组织中。霉菌蛋白作为单细胞丝状真菌（菌丝长度400–700 μm，直径3–5 μm），其纤维状结构可与肌原纤维蛋白相互作用，形成更致密均匀的蛋白网络。添加量超过2%后，虽然孔隙率仍低，但网络密度可能因总肉蛋白含量相对减少而受损。该结果明确了霉菌蛋白在乳化肉制品中的最佳结构修饰阈值为1%–2%。
**3.5 霉菌蛋白添加对猪肉乳化香肠分子间作用力的影响**
分子间作用力测定显示，随着霉菌蛋白添加量增加，离子键强度呈阶梯式上升（P<0.05），在MYC3和MYC5组达到峰值；疏水相互作用在MYC2组达到最高水平，随后显著下降但仍保持较高平台；氢键和二硫键在MYC1和MYC2组结合强度最强，继续增加添加量则显著减弱（P<0.05）；非特异性结合趋势与氢键相似。中等添加量（1%–2%）下，氢键和二硫键的协同作用促进了肌原纤维蛋白稳定α-螺旋和β-折叠构象的形成；疏水相互作用的增强可能源于霉菌蛋白细胞壁与脂肪滴表面的结合吸附，形成致密复合界面，降低孔隙率并提高持水性。菌丝在乳化过程中作为物理交联点，以丝状形态缠绕脂肪滴和肌原纤维蛋白，填补网络空隙。而高水平添加（3%–5%）导致菌丝过度聚集，细胞壁刚性结构占据网络空间，抑制肌原纤维蛋白柔性交联，表现为氢键和二硫键断裂，尽管离子键持续增强，但不足以弥补其他作用力的损失，最终导致蛋白网络解离、质构软化和持水性下降。
**3.6 霉菌蛋白添加对猪肉乳化香肠蛋白质结构的影响**
FTIR结合二级结构定量分析表明，MYC1和MYC2组在1628 cm
-1和1684 cm
-1处出现明显的双峰，分别归属于反平行β-折叠（1620–1640 cm
-1）和β-转角（1670–1690 cm
-1）。定量结果显示，MYC1和MYC2组的β-折叠比例显著高于其他组（P<0.05），β-转角含量显著降低（P<0.05），α-螺旋的减少仅在MYC2组出现。这表明1%–2%霉菌蛋白添加诱导肌原纤维蛋白从β-转角和α-螺旋向β-折叠构象转变。分子间氢键连接的β-折叠网络可能形成刚性层状结构，提高蛋白质交联密度和持水性（MYC2组持水性比对照组高15%）。高水平添加（3%–5%）时，β-折叠比例回落至对照水平，推测霉菌蛋白聚集产生的空间位阻破坏了有序的肌原纤维蛋白折叠。该二级结构变化模式与分子间作用力和凝胶微观结构的检测结果高度一致，共同揭示了霉菌蛋白调控凝胶品质的内在机制：1%–2%添加后，氢键、二硫键和疏水相互作用的增强为β-折叠构象转变提供了分子基础，促进了均匀连续的交联，形成致密、低孔隙率的三维凝胶网络；超过2%后，过量菌丝聚集的空间位阻阻碍了β-折叠的稳定形成，削弱了维持有序凝胶结构的氢键和二硫键，导致蛋白质二级结构向无序状态逆转，凝胶微观结构出现不均匀孔隙和网络断裂，综合品质劣化。
**3.7 霉菌蛋白添加对猪肉乳化香肠风味的影响**
GC-IMS分析结合PCA图显示，MYC0.5–MYC5组与MYC0组明显分离，表明霉菌蛋白添加显著改变了风味特征。MYC3和MYC5组形成独立簇，说明高添加量进一步改变风味。风味指纹图谱显示，随着添加量增加，挥发性化合物的种类和分布显著增多。MYC1和MYC2组检测到更多醛类（如壬醛、己醛）和醇类（如2-乙基-1-己醇），赋予产品更丰富多样的风味特征；酯类和酮类的存在增强了香肠的清新果香，使风味更加平衡和谐。高添加量（MYC3–MYC5）下，苯乙酮、2-苯乙醇、正辛醇和正壬醛等风味化合物含量降低，可能归因于菌丝细胞壁组分形成物理屏障，降低风味分子迁移扩散；同时高浓度下增强的离子相互作用改变了脂溶性风味化合物的溶解度或可利用性。此外，霉菌蛋白固有的酚类或其他代谢物可能与肉类天然风味相互作用，进一步修饰整体风味轮廓。
**4. 讨论与结论**
讨论部分指出，霉菌蛋白对猪肉乳化香肠品质的调控呈现典型的剂量依赖性“阈值效应”。在1%–2%添加范围内，霉菌蛋白通过增强氢键、二硫键和疏水相互作用，促进肌原纤维蛋白β-折叠结构的形成，构建致密均匀的凝胶网络，从而同步改善质构、持水性和风味。而超过2%的添加量则因菌丝过度聚集产生的空间位阻和水分竞争，破坏分子间作用力平衡，导致蛋白质构象无序化，引发质构软化、持水性下降和风味失衡。该研究突破了霉菌蛋白在植物基肉类类似物中的传统应用局限，开发了其在传统肉制品中的新型功能化应用路径，为微生物蛋白的高值化利用和肉类产业的可持续发展提供了理论和实践支持。研究结论为：1%–2%低剂量霉菌蛋白掺入可通过增强分子间作用力和促进肌原纤维蛋白有序β-折叠结构形成，显著改善产品的质构、持水能力和风味品质，而过量添加（>2%）会导致乳化体系不稳定和品质劣变。本研究首次系统揭示了霉菌蛋白在动物蛋白网络中的“结构-功能”协同机制，并定量确定了其在传统肉制品中的有效功能阈值。
