解冻汁液膜分离分级的冷冻保护机制：基于肌球蛋白模型的见解

《Food Chemistry》：Cryoprotective mechanisms of membrane-separated fractions from thawed drip: Insights from a myosin model

　　# 论文内容翻译## 摘要（要点）- 解冻肉汁的膜分离组分展现出强烈的抗冻活性。- 解冻肉汁组分可缓解冻融应激下的肌球蛋白聚集。- 分子间分析显示 >10 kDa 组分与肌球蛋白之间存在非特异性结合。- 分子对接表明 <10 kDa 肽与肌球蛋白之间存在氢键结合和水疏性结合。- 提出了一种解释解冻肉汁组分冷冻保护机制的模型。- 为开发源自猪肉副产品（解冻肉汁）的天然、增值型冷冻保护剂以用于冷冻食品保藏提供了机制基础。---## 引言由于含水量高且营养组成丰富，肉类的易腐性极强，在贮藏过程中容易发生微生物腐败和品质劣变。冷冻技术因其经济、安全、可靠的优点，被广泛用于延长鲜肉保质期（Tuell 等，2020）。然而，长期储存期间的温度波动会导致反复的冻融循环，从而加速品质劣变。已有大量报道指出，反复冻融循环会引起肌原纤维蛋白的展开与变性，进而损害其溶解性和功能特性（Li 等，2024）。Li 等（2020）证实，这些变化加剧了冷冻猪肉饼在解冻过程中的水分流失和色泽劣变。因此，提高抗冻性能已成为延缓冷冻肉制品品质劣变的关键策略。添加抗冻保护剂被认为是缓解冷冻引起的肌原纤维蛋白变性最常用的方法之一（Walayat 等，2020）。抗冻保护剂可通过降低冰点、抑制冰晶重结晶来减少冰晶形成造成的损伤，同时延缓脂质氧化和蛋白变性（Tian 等，2022）。传统抗冻保护剂，如蔗糖、山梨醇、磷酸盐，已在海洋水产制品中得到广泛研究和应用（Du & Betti, 2016）。这些添加剂能有效保持肌原纤维蛋白的溶解性和凝胶特性，显著改善冷冻储存后的质构和保水性。Parvathy 和 Sajan（2014）发现，糖类的游离羟基具有强亲水能力，可有效抑制冰晶的形成和生长，减轻冰晶对蛋白结构的机械损伤。然而，添加糖类可能带来不受欢迎的甜味，影响产品风味。此外，高糖负荷对需要控制热量摄入的人群（如糖尿病和肥胖患者）构成潜在健康风险，这限制了其在特定功能性食品或健康导向产品中的应用前景。Li, Shi, Ren 和 Weng（2022）发现，将磷酸盐复合抗冻剂用于黄鳍金枪鱼的冷冻保藏处理后，冷冻 30 天的样品中 Ca2?-ATPase 的活性水平仍接近新鲜样品，表明磷酸盐复合体系可有效延缓冷冻引起的蛋白变性。然而，长期过量摄入磷酸盐可能导致钙磷代谢失衡，增加骨质疏松等疾病的风险。抗冻蛋白（AFPs），又称热滞后蛋白或冰结合蛋白，是多种冷适应生物为适应零下环境而合成的多肽类物质，来源于鱼类、昆虫、植物、真菌、酵母和细菌等多种生物。AFPs 可吸附在冰晶表面，抑制冰晶的生长和重结晶，从而减轻低温对细胞和蛋白造成的损伤（Davies 等，2002）。然而，目前抗冻蛋白在食品工业中的应用仍受到提取和纯化工艺复杂、产量低、成本高等问题的限制（Chen 等，2019）。因此，开发新型高效的抗冻保护剂对于提高冷冻肉的品质稳定性具有重要意义。冷冻猪肉在解冻过程中通常损失高达 10% 的水分，解冻肉汁主要由浆蛋白和低分子肽组成（Zhang & Ertbjerg, 2019）。2025 年，中国生产约 1 亿吨畜禽肉，若假设约 20% 进入冷冻肉链条，按 10% 的滴水损失计算，每年产生的解冻肉汁可达约 200 万吨。因此，解冻肉汁是一种巨大却未被充分利用的蛋白资源，具有重要的增值潜力。在我们的前期研究（Li 等，2024）中，我们采用膜分离技术获得了分子量大于 10 kDa 和小于 10 kDa 的解冻肉汁组分，发现两种组分均能有效抑制冷冻引起的猪肉糜品质劣变，通过减轻肌原纤维蛋白的变性和聚集，发挥显著的抗冻作用。这些发现表明，解冻肉汁可作为源自食品的冷冻保护组分的有前景来源。然而，不同解冻肉汁组分的具体贡献及其抗冻机制尚不明确。因此，本研究聚焦于 >10 kDa 和 <10 kDa 的解冻肉汁组分，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、差示扫描量热法（DSC）以及嗜热链球菌的存活率分析，系统地表征了其冷冻保护活性。鉴于肌球蛋白占骨骼肌肌原纤维蛋白的约 55–60%（Zhang, Bai, Wang, Teng 等，2025），并在决定肉蛋白功能特性中发挥关键作用，本研究选择其作为模型体系。我们假设，这些膜分离组分主要通过与肌球蛋白相互作用、稳定其结构，从而抑制冷冻引起的肌原纤维蛋白损伤，进而防止变性和聚集。我们通过多维参数分析（粒径分布、Zeta 电位、游离巯基含量、表面疏水性、羰基含量、二级结构特征、内源荧光强度及蛋白分子间作用力）揭示其与肌球蛋白的相互作用。同时，利用 LC-MS/MS 技术鉴定 <10 kDa 组分的氨基酸序列，并进行分子对接以确定其与肌球蛋白的关键结合位点和相互作用模式。本研究将为解冻肉汁组分的抗冻作用提供机制层面的见解，为开发源自猪肉副产品的蛋白或肽类抗冻剂提供理论基础。---## 部分摘录### 材料用于肌球蛋白提取的 48 小时后宰的鲜猪肉背最长肌，购自物美（北京，中国），并在冷藏条件下运输至实验室。本研究使用的解冻肉汁，单独取自在 ?18 °C 储存的冷冻猪肉火腿，于浙江华通肉制品有限公司在 2 °C 下解冻 8 小时后收集。在此条件下，猪肉火腿表层解冻，而内层仍保持部分冷冻状态，便于……### FTIR解冻肉汁不同膜分离组分的红外光谱如图 1A 所示。红外光谱中各吸收峰对应的特定官能团振动模式，已被广泛用于检测 -OH、C-H、C=O 和 C-N 等官能团的振动强度（Liu 等，2019）。酰胺 I 带（1700–1600 cm?1）主要受 C=O 伸缩振动主导，受 C-N 伸缩振动影响较小。……### 结论本研究考察了来自解冻肉汁的 >10 kDa 和 <10 kDa 膜分离组分的冷冻保护活性。FTIR 分析显示羟基结构稳定，热滞后测量表明可有效抑制冰晶生长，其中 <10 kDa 肽表现最佳。两种组分均显著提高了嗜热链球菌在冻融循环中的存活率，为其抗冻功能提供了初步证据。以猪肌球蛋白为模型，……---## CRediT 作者贡献声明**Han Xiaoyu（韩小雨）：** 写作—审阅与编辑、写作—原稿撰写、验证、软件、方法、调查研究、数据整理、概念构思。**Li Yang（李阳）：** 监督指导、方法、数据整理。**Cao Jinxuan（曹金萱）：** 监督指导、资源、方法、调查研究、经费获取。**Wang Jinpeng（王金鹏）：** 监督指导、资源。**Teng Wendi（滕文迪）：** 调查研究、形式分析、概念构思。**Ni Laixue（倪来学）：** 可视化、验证、资源。**Yao Xianqi（姚贤齐）：** 资源、调查研究、形式分析。**Ying Wang（王英）**---## 未被引用的参考文献- Baardsnes, Kuiper and Davies, 2003- Carvalho et al., 2004- Han et al., 2025- Sun, Zhao, Yang, Zhao and Cui, 2011---## 利益冲突声明作者声明，他们不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。---## 致谢本研究受**北京市自然科学基金**（编号 2252004）和**中国国家自然科学基金**（编号 32572490 和 32201945）资助。---## 作者列表Xiaoyu Han｜Yang Li｜Jinxuan Cao｜Jinpeng Wang｜Wendi Teng｜Laixue Ni｜Xianqi Yao｜Ying Wang｜Yuemei Zhang