《Food Chemistry》：Adaptive replacement of low-value proteins in surimi gels as exemplified by cold-plasma-precipitated sarcoplasmic proteins: Cross-linking or filling effect?
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•CSP在鱼糜凝胶中的填充效应强于其交联效应。•部分替代鱼糜会稀释并阻碍凝胶基质的形成。•优化的填充效应通过浓度效应增强了蛋白质间的相互作用。•填充效应通过基质浓缩和物理包裹稳定了水分。•CSP作为颗粒填充物在鱼糜凝胶中发挥作用，增强了凝胶的力学性能。引言水在食品工业中广泛用
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CSP在鱼糜凝胶中的填充效应强于其交联效应。
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部分替代鱼糜会稀释并阻碍凝胶基质的形成。
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优化的填充效应通过浓度效应增强了蛋白质间的相互作用。
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填充效应通过基质浓缩和物理包裹稳定了水分。
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CSP作为颗粒填充物在鱼糜凝胶中发挥作用，增强了凝胶的力学性能。
引言
水在食品工业中广泛用于清洗、冷却及其他加工阶段，所产生的大量废水中约45%来自高蛋白食品行业，如肉类工业（Bustillo-Lecompte & Mehrvar, 2015）。例如，鱼糜在生产过程中需经过多次漂洗以提高其加工性能，每次漂洗所需用水量约为鱼糜重量的3–5倍。由此产生的废水含有大量有机物，如胞浆蛋白，从而构成严重的环境威胁并导致大量资源浪费。在全球资源日益稀缺的背景下，可持续发展和循环经济备受关注。基于物理化学过程的多种蛋白质回收技术被认为是有效的（Akyüz等, 2024）。冷等离子体是一种具有显著应用潜力的新兴技术，已被证明能高效沉淀鱼类胞浆蛋白。该技术在水相中残留大量酶类，使其成为一种极具前景的定向选择性回收技术（Wang等, 2024）。为最大化资源利用，从水中提取蛋白质是第一步；蛋白质的高质量利用赋予了蛋白质及其回收技术实际应用价值和意义。然而，天然蛋白质在物理化学加工过程中常发生结构变化和活性基团的消耗，如热絮凝和等电点沉淀（Verfaillie等, 2023）。与等电点或热沉淀不同，冷等离子体氧化会消耗游离巯基/氨基，并在胞浆蛋白中诱导以β-折叠为主的刚性聚集，形成致密且低反应性的颗粒（Li等, 2026）。变性并聚集的蛋白质无法与鱼糜形成均匀的凝胶基质，降低了肌球蛋白重链之间的交联程度，从而削弱了整体的力学性能（Liang等, 2020）。因此，冷等离子体沉淀的肌节蛋白（CSP）很可能同样会阻碍良好鱼糜凝胶的形成，这限制了其高质量利用。
考虑到鱼糜含有高浓度的肌原纤维蛋白，通常通过凝胶化来制备具有优良食用品质的产品。鱼糜还对各种食品配料表现出很强的相容性。大量研究聚焦于将外源性蛋白类配料添加到鱼糜凝胶中。根据其凝胶化行为，这些添加剂可大致分为两类。植物蛋白（如大豆蛋白和小麦蛋白）由于热聚集行为的差异，倾向于发生相分离，这会稀释肌原纤维蛋白浓度并破坏凝胶基质的连续性（Lin等, 2019；Ye等, 2024）。相比之下，动物来源蛋白如鸡蛋蛋白和乳清蛋白则作为微凝胶或颗粒填充物占据凝胶基质的孔隙，其界面相互作用可调节壁厚和整体凝胶稳定性（Wasinnitiwong等, 2022；Sharaf Eddin等, 2021）。无论哪种类型，大多数外源性蛋白都无法与鱼糜蛋白共同形成连续网络，而是主要作为预存凝胶骨架中的填充物发挥作用（Han & Li, 2024）。然而，大多数相关研究集中在交联效应上，并利用原料的相似性部分替代鱼糜，而填充效应却鲜受关注或利用。
某些外源性蛋白对鱼糜凝胶的负面影响通常归因于鱼糜稀释导致凝胶基质交联密度降低（Luo等, 2004）。已有多种物理化学方法用于缓解这一效应，如添加谷氨酰胺转氨酶或施加物理场以增强凝胶基质的交联（Dong等, 2023；Liang等, 2020）。然而，这种改善是有限的；过度交联导致持水性（WHC）降低表明凝胶基质的交联程度与孔隙空间之间存在微妙的平衡（An等, 2021）。外源性蛋白的主动填充可能与水分竞争空间，从而破坏基质与孔隙之间这种微妙的平衡（Zhuang等, 2020）。因此，基于功能相似性，利用外源性蛋白作为固体填充物替代部分水分可减轻过度填充的影响。在肌原纤维蛋白凝胶中使用亲水性微米级玻璃珠作为模型填充物，使其能够结合水分子并抑制凝胶内水通道的形成，从而维持凝胶的结构完整性并增强其力学性能（Gravelle等, 2016）。对多种多糖颗粒填充效应的比较研究表明，较小的不溶性结晶颗粒能有效支撑凝胶基质内的毛细通道并减少流体流失，而高浓度淀粉颗粒会增加凝胶硬度但对其恢复性无显著影响（Gravelle等, 2017）。当豌豆蛋白作为填充物部分替代水分时，形成了聚集颗粒并紧密嵌入鸡蛋白凝胶基质中，从而通过非共价相互作用增强了基质的致密度（Zhong等, 2025）。另一项研究发现，不同浓度的豌豆蛋白可能在鱼糜凝胶中产生结构益处，如构象柔韧性（Borderías等, 2020）。然而，大多数相关研究集中于交联效应。相比之下，外源性蛋白作为结构填充物通过部分替代水分发挥作用的潜力尚未得到充分探索。在这种填充效应模式中，填充颗粒预期占据凝胶孔隙，浓缩连续的肌原纤维相，并为凝胶骨架提供刚性支撑，而不牺牲基质的交联密度。尽管少数研究已使用惰性模型填充物（如玻璃珠）或豌豆蛋白部分替代水分，但对于同一外源性蛋白，交叉联与填充这两种引入策略的系统性比较仍然缺乏。
冷等离子体沉淀的胞浆蛋白（CSP）可能与鱼糜难以形成连续的凝胶基质。为此，本研究设计了两种替代模式：CSP部分替代鱼糜（记为SCSP）和CSP部分替代水分（记为WCSP）。通过对水分结合特性、力学和结构性能以及分子间相互作用的考察，本研究从多个角度阐明了CSP在这两种替代模式下影响鱼糜凝胶的机制，旨在为低生物功能蛋白食品配料在鱼糜凝胶中的高质量利用提供多维度的应用策略。
章节摘要
材料
新鲜草鱼（Hypophthalmichthys molitrix，1.5–2.0 kg）购自安徽念埠农贸市场。银草鱼鱼糜（蛋白质含量15.53%，水分含量75.68%，w/w）购自湖北红湖荆鲤水产食品有限公司。所有化学试剂均为分析纯，购自上海国药试剂有限公司。
胞浆蛋白粉的制备
银草鱼胞浆蛋白溶液按照以往研究中的方法制备，
动态流变性能的变化
动态流变测试常用于评估鱼糜溶胶凝胶化过程中凝胶基质的形成和演变。如图1A–C所示，在对照组中，随着温度的升高，鱼糜溶胶的G′和G″最初缓慢增加（凝胶设置阶段），随后短暂下降（熟成或凝胶降解阶段），接着迅速增加后趋于平稳（凝胶增强或鱼糕形成阶段），这通常反映了
结论
无论采用哪种替代模式，CSP均以聚集颗粒形式分布在凝胶孔隙中，但未能与鱼糜蛋白形成连续的凝胶基质。在0–2.5%的范围内，力学和水相关性能表现出最明显的剂量依赖趋势。在WCSP模式下，破坏力、硬度、储能模量、持水性（WHC）、非天然β-折叠含量、氢键、疏水相互作用和二硫键均逐步增加
CRediT作者贡献声明
李强：撰写——初稿、方法论、数据整理。陆剑峰：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、经费获取。蔡志成：调查。宋源：形式分析。王红：方法论。叶涛：概念构思。林林：项目管理。苗文华：经费获取。郑斌：经费获取。薛常虎：经费获取。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本论文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究获得中国农业科学研究中心（CARS-47）、安徽省农业科学研究中心（AARS-08）、国家重点研发计划（2023YFD2401500）以及中央高校基本科研业务费专项资金（PA2023GDGP0040和PA2024GDGP0037）的经费/部分支持。
李强|陆剑峰|蔡志成|宋源|王红|叶涛|林林|苗文华|郑斌|薛常虎
