超声处理结合夏枯草多糖水包油乳液对低脂猪肉糜持水性、蛋白质构象及抗氧化性能的影响

《Ultrasonics Sonochemistry》：Effects of Prunella vulgaris polysaccharide-based O/W emulsions on water retention, protein conformation, and antioxidant properties of ultrasonically treated reduced-fat pork batter

　　

专业摘要翻译
本研究考察了夏枯草多糖（Prunella vulgaris polysaccharides, PVP，以0%、2%和4% w/w的比例添加至水包油（O/W）乳液中）与超声处理（0和30 min）对低脂猪肉糜关键品质属性的影响。PVP与超声联合处理显著改善了乳化稳定性和持水性（P < 0.05），将蒸煮损失从11.75%降低至5.88%。单独添加PVP增强了水-蛋白质-多糖相互作用：缩短了T₂₁和T₂₂弛豫时间，将固定化水比例从86.18%提高至93.95%，并降低了整体水分流动性。PVP还改变了肌原纤维蛋白结构，降低了α-螺旋含量，增加了β-折叠、β-转角和无规卷曲含量，这与L*值、硬度、弹性、内聚性、咀嚼性以及颜色、质地和整体可接受性感官评分的显著改善（P < 0.05）相关。PVP在7天冷藏期间抑制了脂质氧化（TBARS值降低，P < 0.05），尽管超声处理部分削弱了该效应。总体而言，使用基于PVP的O/W乳液替代猪背膘并结合超声处理，是同步改善低脂乳化猪肉制品持水性、凝胶网络形成和氧化稳定性的有效策略。

论文解读文章

**研究背景与意义**

传统乳化肉制品通常含有超过20%的动物脂肪，这一高脂肪含量是其独特风味、多汁性和理想质构的重要来源。然而，饱和脂肪的过量摄入与肥胖、心血管疾病等代谢紊乱风险的升高存在流行病学关联。直接降低肉制品中的脂肪含量会破坏其结构完整性，导致质地劣化（如柔软、易碎）、风味释放减弱和持水性下降。为规避这些问题，一种成熟的方法是利用植物蛋白、不饱和植物油和水配制的植物基水包油（O/W）乳液部分替代动物脂肪。尽管此法能有效降低饱和脂肪含量，但此类乳液常面临物理不稳定性（如分层、聚结）以及不饱和脂质易于氧化降解的问题，从而加速品质劣变并缩短货架期。为同时应对上述挑战，兼具乳液稳定和抗氧化双重功能的天然生物聚合物，特别是植物源多糖，正日益受到关注。

夏枯草（*Prunella vulgaris* L.）是唇形科多年生草本植物，作为传统中药历史悠久。夏枯草多糖（PVP）是由阿拉伯糖、鼠李糖、半乳糖、葡萄糖、木糖和甘露糖等组成的异质高分子量糖缀合物，其结构复杂，具有分支结构和动态高级构象，赋予其强效的抗氧化、抗炎和免疫调节等生物活性。在食品应用中，PVP已被成功用于饮料、面包、蛋糕和饼干中，但在肌肉类食品尤其是乳化肉制品中的应用仍十分有限。

超声技术是一种新兴的非热物理加工手段，主要通过声空化效应发挥作用，即液体介质中微泡的形成、生长和剧烈崩溃，产生局部极端温度和压力，伴随强烈的微射流和微扰动力。这些物理刺激可有效破坏肌原纤维蛋白内的非共价相互作用，诱导天然构象的部分去折叠，从而提高蛋白质溶解性和表面疏水性。空化引起的结构扰动使埋藏的疏水性氨基酸残基和游离巯基（–SH）等官能团暴露，促进其向油水界面迁移，降低界面张力，形成粘弹性蛋白膜，这对获得高乳化活性和长期乳液稳定性至关重要。前期优化研究已确定40 kHz频率、192 W功率和30 min处理时间是改善猪肉糜凝胶强度和保水性的最有效参数。

因此，本研究旨在开发含有PVP（0%、2%或4% w/w）的O/W乳液作为猪背膘的部分替代物应用于低脂猪肉糜，并进行标准化超声处理，全面评估基于PVP的乳液对超声处理低脂猪肉糜持水性、凝胶网络完整性、感官属性和氧化稳定性的影响。

**主要技术方法**

研究人员从夏枯草干燥地上部分经脱脂、热水提取、乙醇沉淀和冷冻干燥获得粗PVP粉末。以大豆分离蛋白为乳化剂，按大豆分离蛋白:去离子水:大豆油=1:6:6 (w/w/w)的基础配方制备O/W乳液，PVP以0%、2%、4% (w/w)比例添加。原料猪背最长肌（水分71.42%、蛋白19.73%、脂肪6.07%、pH=5.76±0.01）和猪背膘（脂肪92.32%）购自河南商丘当地农贸市场，大豆分离蛋白由山东山松大豆食品有限公司提供。猪肉糜配方含500 g瘦猪肉、100 g猪背膘、100 g冰水、2 g三聚磷酸钠、8 g盐、5 g香料和100 g乳液，分别标记为C（0% PVP）、T1（0.25% PVP）和T2（0.50% PVP）。制备的肉糜真空包装后进行超声处理（40 kHz、192 W、30 min），标记为UC、UT1和UT2。随后评估乳化稳定性、蒸煮损失、色泽（L*、a*、b*值）、质构特性、低场核磁共振（LF-NMR）水分分布、拉曼光谱蛋白质二级结构、感官评价（9点快感标度）及硫代巴比妥酸反应物（TBARS）脂质氧化指标。

**研究结果**

**乳化稳定性**

乳化稳定性反映了肉糜在热加工过程中保留脂肪和水分的能力。研究结果表明，随着PVP添加量的增加，猪肉糜的总释放量和水分释放量显著降低（P < 0.05），脂肪释放量先下降后趋于稳定。PVP的强吸水保水能力使其与水分子形成氢键，减少加热过程中的水分蒸发，同时包裹脂肪球，抑制其聚结和破裂。超声处理通过空化作用破坏多糖结构，改善肌原纤维蛋白的可加工性，促进蛋白质与PVP的协同相互作用，形成更坚固的凝胶网络。所有超声处理组的各项释放量均低于未超声组，其中UT2组的总释放量、水分释放量和脂肪释放量均为最低（分别为5.63%、4.92%和0.71%）。

**蒸煮损失**

蒸煮损失直接影响产品的多汁性和风味。随着PVP添加量增加，肉糜蒸煮损失逐渐降低（P < 0.05），从C组的11.75%降至T2组的9.81%。超声处理进一步降低了各浓度组的蒸煮损失，且降幅随PVP剂量增加而增大，UT2组降至5.88%。机制上，超声空化促进PVP与肌肉蛋白之间的共价和非共价交联，形成更致密、更粘合的加热凝胶网络，提高了持水性。

**色泽**

色泽是消费者评价肉品质量的首要感官属性。L*值随PVP浓度增加显著升高（P < 0.05），a*值显著降低（P < 0.05），b*值先显著下降后趋于稳定。超声处理放大了这些效应：所有超声组的L*和b*值显著高于非超声组，a*值显著更低。UT2组具有最高的L*值（78.59）和最低的a*值（2.83）。机制上，PVP的持水能力增加表面光反射，稀释肌红蛋白；超声改善肌原纤维蛋白的溶解性和乳化活性，促进多糖与蛋白质的整合，稳定色素分散，提升颜色均匀性和亮度。

**质构特性**

质构特性决定消费者对可食性的感知。单独添加PVP显著改善了硬度、弹性、内聚性和咀嚼性（P < 0.05），但T1和T2组间无显著差异（P > 0.05）。超声处理后，硬度和咀嚼性随PVP浓度升高显著增加（P < 0.05），UT2组硬度达61.33 N、咀嚼性38.08 N·mm；弹性和内聚性虽高于对照但组间无显著差异。超声增强了盐溶性蛋白的溶解度，促进蛋白质交联，巩固了热诱导凝胶网络。超声组总体质构参数显著优于非超声组（P < 0.05）。

**低场核磁共振（LF-NMR）**

LF-NMR用于表征肉基质中水分的分布和流动性。T_2b、T₂₁和T₂₂分别对应结合水、固定化水和自由水。各处理间初始T_2b无显著差异（P > 0.05）。T₂₁和T₂₂随PVP浓度增加显著缩短（P < 0.05），表明水分运动受限增强。超声处理进一步缩短了T₂₁和T₂₂（P < 0.05），UT2组T₂₁降至44.83 ms、T₂₂降至533.61 ms。峰比例方面，P₂₁（固定化水比例）从C组的86.18%显著增至UT2组的93.95%，P₂₂（自由水比例）从12.63%降至4.06%，证实超声和PVP协同促进自由水向固定化水转化，提高凝胶网络的固水能力。

**蛋白质二级结构**

拉曼光谱分析显示，PVP添加使α-螺旋含量显著降低（P < 0.05），β-折叠、β-转角和无规卷曲含量显著升高（P < 0.05）。α-螺旋、无规卷曲和β-转角含量在最低添加量后不再随PVP浓度显著变化，而β-转角含量呈现剂量依赖性增加。超声处理加剧了结构转变：超声组的α-螺旋含量更低，β-转角和无规卷曲含量更高。UT2组α-螺旋降至42.25%、β-折叠升至24.73%。这表明PVP的羟基/羧基与蛋白质极性残基形成氢键，破坏天然螺旋堆积，促进结构重排；超声空化破坏分子内氢键和疏水相互作用，部分去折叠蛋白质，暴露疏水区域和反应侧链，增强蛋白质与PVP的共组装能力，形成更致密均匀的凝胶网络。

**感官评价**

10名经过专业培训的感官评价员（22-45岁，肉类产品感官培训≥100 h）采用9点快感标度进行评价。PVP添加对非超声组的颜色评分无显著影响，超声处理则显著改善了含PVP配方的颜色评分（P < 0.05）。质地评分随PVP添加显著提高（P < 0.05），超声处理进一步显著提升（P < 0.05）。多汁性评分在各组间无显著差异（P > 0.05），这归因于PVP在蒸煮过程中形成热稳定水凝胶，有效固定水分。整体可接受性随PVP添加显著提升（P < 0.05），UT1和UT2组获得最高的平均分值（8.47和8.35）。

**脂质氧化（TBARS）**

TBARS值用于衡量肉品中脂质氧化程度。添加PVP以剂量依赖方式显著降低了熟猪肉糜的TBARS值（P < 0.05），T2和UT2组的抑制效果最强。存放7天后，C组TBARS从0.96升至2.14 mg MDA/kg，而T2组从0.79升至1.37，UT2组从0.86升至1.41。超声处理导致PVP强化样品中TBARS值高于非超声对照（P < 0.05），归因于空化产生瞬时活性氧（ROS）和轻度蛋白片段化，暴露脂质部分增加氧化敏感性。尽管如此，所有超声样品的TBARS值仍显著低于无PVP对照组，证实PVP的抗氧化功效在超声胁迫下仍占主导地位。研究还观察到，第0天和第1天各组间无显著差异，第4天起显著上升，第7天达到峰值，反映了氧化产物随冷藏时间的渐进积累。

**结论**

本研究证实，将PVP掺入猪肉糜中，特别是与超声处理联合，显著降低了总释放量、水分释放量和蒸煮损失，同时显著提高了L*值、硬度、弹性、内聚性和咀嚼性。低场核磁共振结果显示初始弛豫时间T₂₁和T₂₂显著缩短，峰比例P₂₁显著增加、P₂₂显著降低，表明超声和PVP协同增强了凝胶中水的结合能力。蛋白质二级结构中β-折叠、无规卷曲和β-转角含量显著增加，表明蛋白质构象改变且凝胶网络更加稳定。感官评价结果显示，PVP与超声联合显著改善了熟猪肉糜的颜色、质地和整体可接受性评分。冷藏期间，PVP有效抑制了熟猪肉糜的脂质氧化程度。总而言之，利用PVP制备O/W乳液替代猪背膘并结合超声处理，能够显著改善低脂猪肉糜的质地和感官特性，并延缓脂质氧化进程。