脉冲电场预处理对三文鱼肽美拉德反应进程及生物活性特性的影响及其在类肉风味配料开发中的应用

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》:Effect of pulsed electric field pre-treatment on the Maillard reaction progression and bioactive properties of salmon peptides for the development of meat-like flavoring ingredients

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月18日 来源:Innovative Food Science & Emerging Technologies 6.9

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   摘要本研究调查了脉冲电场(PEF)预处理对三文鱼肽、木糖和半胱氨酸美拉德反应(MR)的影响,以及美拉德反应产物(MRPs)的功能性质及其作为类肉风味增强剂的潜在应用。在热加工处理(70、80和90 °C,150分钟)之前,肽、木糖和半胱氨酸接受PEF处理(0、10、15、20

  

摘要

本研究调查了脉冲电场(PEF)预处理对三文鱼肽、木糖和半胱氨酸美拉德反应(MR)的影响,以及美拉德反应产物(MRPs)的功能性质及其作为类肉风味增强剂的潜在应用。在热加工处理(70、80和90 °C,150分钟)之前,肽、木糖和半胱氨酸接受PEF处理(0、10、15、20 kV/cm;50 Hz)。通过光谱法监测反应进程,跟踪中间体(Abs294)和末端产物(Abs420)MRPs的生成。对MRPs的糖基化程度(GD)、抗氧化活性、血管紧张素转化酶(ACE)抑制活性、细胞毒性和感官性质进行了分析。PEF预处理以温度依赖的方式影响MR。在70和80 °C下,与对照组相比,20 kV/cm增强了中间体和晚期MR产物的形成,而在90 °C下这种效果有所降低。在80 °C(20 kV/cm)和90 °C(10和15 kV/cm)下GD增加,表明电场强度与热条件之间存在相互作用。抗氧化性质随反应温度升高而改善,FRAP在90 °C–10 kV/cm时达到最大值,ORAC在90 °C–15 kV/cm时达到最大值,而ACE抑制活性在所有温度下均通过15 kV/cm得到改善。在HT-29细胞系上未检测到细胞毒性。感官评估表明,在汤模型体系中,与咸鲜和肉汤类(类肉类)风味特征相关的香气属性得到了增强。总体而言,PEF预处理能有效调节肽的糖基化,在不引起细胞毒性的情况下增强生物活性和感官性质。这些发现支持将PEF作为开发多功能、类肉类风味增强配料的可行策略。

引言

蛋白质水解物和肽因其广泛的生物活性和功能特性而受到重视,包括抗氧化、抗高血压、抗增殖、抗菌、抗脂质和抗炎特性(Herrera-Lavados等,2025)。然而,尽管这些肽具有不同的生物活性,它们的稳定性有限且容易降解(Iwaniak, Minkiewicz, Darewicz, & Hrynkiewicz, 2016; Jiang, Liu, Yang, & Hu, 2018)。
为了解决这些问题,美拉德反应(MR)可以作为一种有效的肽修饰方法。MR是羰基与蛋白质、肽、氨基酸或脂质中的胺之间发生的反应现象。MR产物(MRPs)通常在食品热加工过程中产生,并能促进食品中颜色、香气、质感和风味前体的形成(Gao, Xia, Li, & Liu, 2020; Song, Shi, & Gu, 2022)。MRPs被广泛应用于食品工业中作为反应型香料,特别是用于产生类肉和鲜味特征。例如,据报道MR可以增强不同食品蛋白质或肽的香气和感官特性,以及它们的生物活性特性,如抗氧化活性(Habinshuti, Mu, & Zhang, 2021)。
在过去十年中,人们对兼具风味增强与健康促进特性的多功能配料越来越感兴趣(Yu等,2025)。在基于肽的体系中,MR还可能通过糖基化改善分子稳定性,改变溶解度和结构构象,并改变生物活性,如抗氧化性质(Wu等,2026)。然而,这些修饰强烈依赖于反应条件及其进展阶段。MR是一个高度复杂的过程,会产生大量产物,使其表征具有挑战性,特别是在蛋白质水解物等高浓度肽和氨基酸的体系中(Xia等,2023)。该反应受多种因素的影响,包括温度、pH、水分活度、反应物类型和比例以及反应时间。在这些因素中,加热温度的确定尤为重要,因为不同的加热温度遵循不同的反应路径,产生具有不同物理化学和功能特性的化合物(Chen等,2020; Fu, Zhang, Soladoye, & Aluko, 2019)。通常使用80至120 °C的温度来促进MR。然而,热处理不仅促进MR,还会产生一些负面影响。例如,MR过程中更高的温度或更长的孵育时间可能导致不理想的褐变,以及蛋白质重要的物理化学和结构变化(El Hosry等,2025)。
减少热降解和改善MR的替代方案是使用新兴技术,如超声波(Guo, Ma, Guo, Feng, & Liu, 2025)、微波(Cao等,2026)、高压(Sai-Ut等,2025)和脉冲电场(PEF)(Guan等,2010)。研究表明,在MR之前或期间引入其他技术可以加速反应,改变肽的结构和蛋白质水解物的生物活性特性。在MR过程中进行PEF处理还可以获得肽的更高交联度。例如,当电场强度高于10 kV/cm时,在BSA-糊精(Guan等,2010)和乳清蛋白分离物-糊精偶合物(Sun, Yu, Zeng, Yang, & Jia, 2011)的制备中观察到了加速的MR。此外,PEF也被发现在较高电场强度下促进天冬酰胺-葡萄糖和甘氨酸-葡萄糖溶液中的MR(Guan, Wang等,2010; Wang等,2011; Wang, Wang, Guo, Ma, & Yu, 2013)。即使在10至20 kV/cm的电场下,PEF的效果也很显著,改善了BSA-甘露糖和BSA-葡萄糖的偶联比(Jiang, Wang, Wu, & Wang, 2013)。这些效果被归因于PEF诱导的结构修饰,包括部分展开、反应性氨基的暴露增加以及分子运动性增强,这些可能有助于后续的糖基化反应(Taha等,2022)。值得注意的是,上述反应是在30-40 °C下进行的,远低于MR中常用的90-120 °C,因此将PEF作为预处理可以在较低温度下促进肽与糖的交联,在更温和的反应条件下改善MRPs的糖基化和生物活性特性。越来越多的研究专注于模型系统或蛋白质等大分子的制备,但关于PEF辅助MR对肽的生物活性调节和风味发展影响的研究有限。此外,大多数研究评估的是电场强度或脉冲持续时间条件(Taha等,2022)。关于不同电场强度和反应温度对肽体系中MR反应动力学的综合效应及其后续结构和功能特性的信息也很匮乏。
在影响MR的其他因素中,糖的类型对MRPs的糖基化和生物活性也有很大影响,戊糖(如木糖)通常反应速度比己糖快(Ong, Seow, Ong, & Zhou, 2015)。半胱氨酸也被证明可以增强MRPs的口感和持久味觉,同时减少不理想的褐变(Zhang等,2018)。
基于上述信息,本研究旨在评估作为预处理施加的不同电场强度如何在不同热条件下影响三文鱼肽、木糖和半胱氨酸之间MR的进展,并确定其对肽-糖偶联效率、抗氧化能力、抗高血压活性、细胞毒性以及所得MRPs风味特性的影响。

章节摘要

原料

银鲑(Oncorhynchus kisutch)鱼架从Salmones Aysén S.A.三文鱼加工厂(智利蒙特港)获取。肌肉从三文鱼鱼架上手工分离,储放在?20 °C直至提取蛋白质。所有试剂、酶和糖均从Sigma-Aldrich获得,为分析纯级别。

三文鱼蛋白质提取

蛋白质提取按照Neves等(2017)提出的方法进行,并做了一些修改。从三文鱼鱼架上获得的三文鱼肌肉

中间体、最终MR产物的生成和pH变化

通过294和420 nm处的吸光度监测MR的进程,分别对应中间体化合物和晚期美拉德产物(类黑精)(Abdelhedi等,2017)。如图2所示,PEF预处理对MR进程的影响取决于电场强度和反应温度。总体而言,MR中间体的形成随反应时间增加而增加,特别是在70和90 °C下,而420 nm处较高的吸光度

结论

本研究调查了不同脉冲电场强度和反应温度对三文鱼肽、木糖和半胱氨酸之间MR反应进程的影响。分析了所得MRPs的物理化学和生物活性特性,并对具有最佳抗氧化和ACE抑制特性的样品进一步进行了感官分析评估。通过Abs294和Abs420测量的PEF预处理对MR进程的影响

CRediT作者贡献声明

Carolina Herrera-Lavados:撰写-初稿、方法论、调查研究、正式分析、数据管理、概念化。Gipsy Tabilo-Munizaga:撰写-审阅与编辑、监督、资金获取、概念化。Carolina Mu?oz-Flores:撰写-审阅与编辑、正式分析。Luis Moreno-Osorio:撰写-审阅与编辑、可视化。Andrea Liceaga:撰写-审阅与编辑。Mario Pérez-Won:资金获取。

伦理声明

感官评估方案经比奥比奥大学(Universidad del Bío-Bío)的生物伦理与生物安全委员会审查和批准。每位评估员均被告知研究的目的和程序,并自愿参与。在感官评估前,每位参与者都获得了知情同意,所有数据均进行了匿名化处理以确保保密性。参与者也被告知他们有权随时退出研究而不受任何影响。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系,这些关系可能会影响到本文报道的工作。

致谢

作者衷心感谢国家研究与开发署(ANID-Chile)通过FONDECYT项目(项目 1231529)、ANID CTI250006项目以及ANID/人力资本计划/国家博士奖学金21200864提供的资金支持。
Carolina Herrera-Lavados|Gipsy Tabilo-Munizaga|Carolina Mu?oz-Flores|Luis Moreno-Osorio|Andrea Liceaga|Mario Pérez-Won
智利比奥比奥大学(Universidad del Bío-Bío)食品工程系,Andrés Bello大道720号,奇廉
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