## 中文标题 微纳米气泡预处理经发酵与脂肪酶水解途径差异化调控羊肉凝胶特性及风味的研究

《Food Chemistry: X》：Micro-nano bubble pretreatment differentially regulates gel properties and flavor of lamb meat via fermentation and lipolysis

　　

微纳米气泡（micro-nano bubbles，MNBs）预处理可松解肌纤维并降低传质阻力。MNB与植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum，Lp）联合处理可酸化羊肉体系，富集醛类风味物质并抑制脂质氧化。MNB与脂肪酶（lipase，Lip）联合处理可增强蛋白质疏水相互作用及游离巯基（-SH）含量，形成结构均匀且具有较高持水性（water holding capacity，WHC）的凝胶。MNB通过Lp发酵途径差异化调控羊肉风味，通过Lip水解途径调控凝胶特性。

## 论文解读

### 一、研究背景与目的

羊肉因其独特风味和高营养价值而备受消费者青睐，市场前景广阔。然而生羊肉存在质地坚韧、保水性差、膻味较重、脂质氧化敏感性高以及热诱导凝胶特性不稳定等固有缺陷，制约了羊肉精深加工产业的高值化发展。传统物理处理手段如超声、高压和真空滚揉主要通过破坏肌纤维来改善肉质，但难以同时优化风味、氧化稳定性与凝胶特性。微生物发酵和酶催化被视为肉类改性的绿色策略：植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum，Lp）通过降低pH值抑制腐败菌生长，并改善风味和质地；脂肪酶（lipase，Lip）则通过水解肌内脂肪释放风味前体物质并调控营养特性。然而，羊肉肌肉的致密结构导致传质阻力较大，微生物和酶难以深入肉基质内部，单一生物处理往往改性不充分、产品质量不稳定。微纳米气泡（micro-nano bubbles，MNBs）是指直径小于1 μm的气泡，具有比表面积大、稳定性高和表面带负电等特性，近年来在水产品和肉制品加工中展现出应用潜力，但与生物改性相结合用于羊肉品质调控的系统研究尚属空白。研究人员由此提出假设：MNB预处理可降低羊肉肌肉的传质阻力，从而增强后续生物制剂的作用效率，并分别选取以风味改善为导向的Lp发酵和以质地调控为导向的脂肪酶水解两种代表性生物策略进行验证。

### 二、研究设计与主要方法

研究人员以小尾寒羊后腿肉为原料，样本采自新乡宇轩食品有限公司商业屠宰场，共使用3只6月龄雄性羔羊作为3个独立生物学重复。肉样切成1.0 cm×1.0 cm×1.0 cm均匀肉块后随机分为6个处理组：对照组（Control）、单独Lp发酵组、单独脂肪酶水解组、单独MNB处理组、MNB+Lp联合组和MNB+Lip联合组。所有处理均采用两阶段程序：4°C处理1.5 h后转30°C处理1.5 h，总处理时长3 h。MNB水由气泡发生器制备，纳米颗粒追踪分析确认气泡中位直径（D50）为68 nm，Zeta电位为?25.63±0.28 mV；Lp发酵接种浓度为2×10? CFU/g，脂肪酶用量为500 U/g。主要分析手段包括：扫描电子显微镜（scanning electron microscopy，SEM）观察微观结构、低场核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）测定水分分布、质构分析（texture profile analysis，TPA）测定质构特性、傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy，FT-IR）分析蛋白质二级结构、硫代巴比妥酸反应物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）法测定脂质氧化程度、气相色谱分析游离脂肪酸组成、顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）分析挥发性风味化合物、电子鼻分析风味轮廓，以及定量描述性感官分析（quantitative descriptive analysis，QDA）进行感官评价。

### 三、主要研究结果

#### 3.1 pH值变化

MNB+Lp组pH值降至5.42，为所有处理组中最低，显著低于单独Lp组（5.62）；MNB+Lip组pH值为5.83，亦显著低于单独Lip组（6.06）。MNB预处理增强的酸化效应表明“物理松解+生物代谢”策略可有效强化羊肉的生化改性效率，MNB诱导的结构疏松有利于微生物和酶在肉基质中的均匀分布与作用。

#### 3.2 微观结构

SEM观察显示，对照组肌纤维排列致密规则；MNB处理后肌纤维间隙明显增宽、肌内膜连续性部分破坏，但肌纤维本身保持完整，表明MNB处理可产生温和且非破坏性的物理结构松解。MNB+Lp组呈现明显的肌纤维收缩和聚集，与pH接近等电点诱导的蛋白聚集一致；MNB+Lip组则保持相对连续的纤维结构并出现均匀细裂纹，表明MNB减少了局部过度水解。

#### 3.3 水分分布

LF-NMR检测识别出4种水分群：T??（紧密结合水）、T??（弱结合水）、T??（不易流动水）和T??（自由水）。MNB+Lp组T??最低、T??最高，表明酸诱导的纤维收缩将水分从肌丝晶格排至细胞外空间；MNB+Lip组保持较高T??和较低T??，说明脂解产物重塑了水-蛋白-脂质相互作用，部分抵消了MNB引起的水分迁移。

#### 3.4 质构特性

MNB+Lp组生肉硬度最高（6551 g），MNB+Lip组最低（3844 g）。pH驱动的蛋白聚集、脂解介导的纤维破坏与MNB物理重塑共同决定了生肉质构特性。MNB+Lp组在等电点附近蛋白聚集增强，形成致密高硬度结构；MNB+Lip组则因均匀纤维松解而显著降低刚性。

#### 3.5 蛋白质二级结构

FT-IR分析显示，单独MNB处理不引起任何二级结构组分（α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规卷曲）的显著变化，表明纳米级物理重塑不改变蛋白质构象。单独Lip处理显著降低α-螺旋并增加β-折叠和无规卷曲；而MNB+Lip组α-螺旋含量恢复至接近对照组水平，无规卷曲增加幅度减弱，说明MNB促进了脂肪酶的均匀水解，减轻了局部构象紊乱。

#### 3.6 分子间作用力

MNB+Lip组疏水相互作用最高（514.02 mg/mL），氢键含量最低（376.37 mg/mL），有利于加热过程中蛋白质疏水交联形成稳定的凝胶网络。单独MNB处理与对照组在氢键含量上无显著差异，表明MNB的温和物理扰动基本不破坏氢键，与超声空化引起的氢键破坏机制不同。

#### 3.7 蛋白质表面疏水性

单独MNB组溴酚蓝（bromophenol blue，BPB）结合量最高，源于纳米诱导的温和结构松解暴露了包埋的疏水残基；Lip组最低，因严重氧化聚集将疏水残基包埋于聚集体内。值得注意的是，BPB测定的表面疏水性与分子间疏水相互作用分别表征表面可及性与蛋白间结合能力，两者在Lip组出现解耦现象。

#### 3.8 脂质氧化

对照组丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量最高，表明未处理羊肉在浸泡过程中发生自发脂质氧化；MNB+Lp组和MNB+Lip组MDA含量最低且两者无显著差异。MNB的羟基自由基清除活性以及结构松解对氧扩散的调节共同抑制了脂质氧化链式反应。MDA与总醛呈现相反趋势，说明MNB+Lp将氧化控制在醛中间产物阶段而抑制末端MDA形成。

#### 3.9 游离脂肪酸

MNB+Lp组总游离脂肪酸（total free fatty acids，TFFA）最高（2.8754 g/100 g），较单独Lp组高22.6%、较对照组高139.6%，其中油酸（C18:1n9c）达对照组的2.5倍，亚油酸（C18:2n6c）和花生四烯酸（C20:4n6）亦为各组最高。MNB+Lip组TFFA显著高于单独Lip组，表明MNB提高了外源脂肪酶的可及性和分布均匀性。微生物来源脂肪酶的持续代谢活性使Lp体系在脂解效率上优于单次外源酶添加。

#### 3.10 蛋白质氧化

MNB+Lip组游离巯基含量最高、羰基含量最低，MNB可能通过清除活性氧（reactive oxygen species，ROS）减轻蛋白质氧化并保持结构完整性。Lip组羰基含量最高但游离巯基并非最低，表明羰基化与二硫键形成并非总是同步发生，脂质衍生自由基更倾向于攻击赖氨酸、精氨酸等侧链而非半胱氨酸巯基。

#### 3.11 凝胶特性

宏观外观上，Lp组和MNB+Lp组凝胶体积较大、外观饱满松散；Lip组和MNB+Lip组凝胶轻微收缩。SEM显示Lip组形成致密均匀的凝胶网络，MNB+Lip组网络更为均匀致密，孔隙率最低（12.78%）；Lp组呈高度多孔网络，MNB+Lp组孔隙率最高（28.25%）。质构分析表明，Lip组凝胶硬度（313.09 g）和WHC（61.92%）最高，MNB+Lip组硬度（240.30 g）略低于Lip组但弹性（89.65%）和回复性（35.95%）显著改善。MNB+Lp组WHC最低（53.64%）。脂解途径诱导不可逆螺旋破坏从而促进热诱导疏水交联，而酸发酵途径产生可逆热恢复结构变化，两种机制截然不同。

#### 3.12 挥发性风味

GC-MS分析显示，MNB+Lp组总醛含量最高（2.107 mg/kg），其中己醛、壬醛、(E)-2-壬烯醛、(E)-2-癸烯醛、2-十一烯醛以及仅在MNB+Lp组检出的(E,E)-2,4-癸二烯醛均具有OAV>1的风味贡献。MNB+Lip组总酯含量最高（4.567 mg/kg），癸酸甲酯和十四酸甲酯为主要酯类。电子鼻主成分分析显示不同处理组风味轮廓分离明显，MNB+Lp组形成独立区域。

#### 3.13 感官评价

QDA结果显示，MNB+Lp组醛/果香评分最高（12.3分）、膻味评分最低（3.1分），发酵风味亦最高；MNB+Lip组多汁性和弹性评分最高，脂肪/烤香突出；对照组脂肪味和膻味评分最高、醛/果香和发酵风味最低。感官结果与TPA、GC-MS和SEM等仪器分析结果一致。

#### 3.14 相关性分析与互作效应

Mantel检验相关分析显示，MDA与蛋白质羰基含量正相关，TFFA与pH值显著负相关（p<0.01），TFFA与蛋白质羰基含量负相关（p<0.05），关键醛类与生肉咀嚼性显著相关。互作效应分析表明，MNB+Lp在TFFA、孔隙率、凝胶硬度、WHC和T??方面表现为协同互作，MDA为拮抗互作；MNB+Lip在TFFA、MDA、孔隙率、WHC、T??和蛋白羰基方面表现为协同互作，膻味评分为拮抗互作。MNB预处理作为物理平台可放大后续生物制剂的改性效率，但具体效应方向因指标和途径而异。

### 四、讨论与结论

讨论部分指出，MNB降低传质阻力这一核心机制目前由多条间接证据支持：SEM显示肌纤维间隙增宽，LF-NMR显示自由水比例从4.65%升至14.18%，功能性结果（MNB+Lp组pH显著降低、MNB+Lip组TFFA显著升高）进一步佐证了该推断。研究人员未进行细菌或酶渗透的直接可视化观察，因此建议未来采用荧光标记技术提供直接证据。研究结论可概括为：本研究表明MNB预处理通过不同的物理-生化协同途径差异化调控羊肉品质——MNB诱导的结构松解形成微孔并降低传质阻力而不改变蛋白质构象，改善了后续生物制剂的可及性和均匀作用。MNB+Lp通过向等电点的均匀酸化触发蛋白聚集和纤维收缩，排出不易流动水并增加硬度，同时通过持续微生物脂解和抗氧化保护实现MDA降低71%和关键挥发性醛类（壬醛、(E)-2-壬烯醛、(E)-2-癸烯醛）增加7.9倍。与之相对，MNB+Lip通过均匀水解释放游离脂肪酸，增强加热过程中的疏水相互作用和二硫键交联，形成具有优异保水性和弹性的致密凝胶网络。总体上，MNB+Lp适用于风味导向型羊肉产品开发，MNB+Lip适用于质地导向型产品开发。该工作首次将MNB技术作为物理协同平台与生物加工策略相结合，创新性地实现了羊肉的差异化定向改性，为微纳米气泡技术与生物加工在羊肉深加工领域的联合应用提供了新的实验证据和绿色可行的技术路径。