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《食品科学》:武汉轻工大学胥伟教授、郭丹郡副教授等:真空油炸对香酥鸭翅根肌原纤维蛋白氧化的影响

  • 2026-10-08 19:21:49
《食品科学》:武汉轻工大学胥伟教授、郭丹郡副教授等:真空油炸对香酥鸭翅根肌原纤维蛋白氧化的影响

香酥鸭制品作为一种具有代表性的油炸肉制品,以口感酥脆、香味浓郁以及小巧便捷而备受消费者喜爱。油炸加工作为其核心热加工方式,通过美拉德反应赋予鸭肉特征风味与酥脆质地。然而,传统常压油炸在高温(160~190 ℃)和氧气共存条件下易引发油脂劣变、蛋白剧烈氧化及有害物质生成,严重制约鸭肉制品产业升级。在鸭翅根中,肌原纤维蛋白占肌肉蛋白总量的50%~60%,是决定肉品品质的核心组分,高温热处理也会诱导其构象改变,肌动球蛋白交联导致不可逆组织收缩,且微观结构坍塌影响产品持水性、色泽及质构特性。

随着健康食品消费需求增长,真空油炸技术凭借其低温低压(80~110 ℃、0.06~0.095 MPa)特性,在降低氧化底物供应、减缓氧化反应速率、短时间减少氧化风险物质积累以及最大限度保留油炸类食品营养成分等方面展现出显著优势,已成为食品加工领域的研究热点。目前真空油炸技术在果蔬、菌类及坚果类脆片的工业化生产中展现出广泛的应用价值。在肉制品研究领域,也主要集中于水产品、鱼虾类产品的蛋白氧化、构象调控机理及质构特性优化,而畜禽肉制品在该领域的研究鲜有报道。与水产原料相比,畜禽肉肌原纤维蛋白的结构复杂性及加工需求可能导致真空油炸效果存在差异,但目前鲜见系统性研究。现有少量研究仅涉及猪肉块的质构优化,而对肌原纤维蛋白的氧化程度、分子构象变化及功能特性的影响机理仍缺乏深入探讨。因此,真空油炸技术在畜禽肉制品中的应用潜力亟待开发,尤其是对肌原纤维蛋白热稳定性、氧化应激响应的调控机理,以填补该领域的研究空白。

本团队前期研究发现,与传统油炸相比,真空油炸鸭翅根在贮藏期间蛋白质氧化程度显著降低。武汉轻工大学食品科学与工程学院的陈雷、胥伟*、郭丹郡*等人基于扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱及荧光光谱技术分析真空油炸对肌原纤维蛋白微观结构及构象变化的影响规律,进而阐释其对蛋白质氧化的调控机理,以期为真空油炸技术在肉制品的开发应用领域提供参考依据和数据支持。

1 肌原纤维蛋白溶解度与粒径分析

蛋白质溶解度是反映其聚集与交联状态的重要指标。由图1A可知,4个处理组的肌原纤维蛋白溶解度都显著低于CK组(P<0.05),其中CF+PI组的溶解度最低,较CK组显著降低22.56%(P<0.05),表明辐照与油炸处理均会破坏肌原纤维蛋白的结构,导致溶解度下降。其中VF组较CF组蛋白质溶解度显著提高14.93%,这可能是由于真空油炸在低温低压环境下进行,可减少水分快速蒸发和蛋白质热变性,从而保留更多的可溶性蛋白,而常规油炸的高温易诱导蛋白质分子间疏水相互作用增强,促使其不可逆聚集。同时,VF+PI组肌原纤维蛋白溶解度较VF组显著下降15.8%(P<0.05),CF+PI组较CF组显著下降8.6%(P<0.05),表明辐照处理使肌原纤维蛋白发生氧化,诱导自由基生成和氧化反应,进而导致蛋白质非分子空间构象改变,导致蛋白质二硫键交联,蛋白质聚集使其溶解度降低。
如图1B所示,与CK组相比,VF和CF组肌原纤维蛋白的粒径显著上升(P<0.05),其中CF组粒径显著大于VF组(P<0.05)。这可能是由于高温和高氧环境下,蛋白质发生剧烈热变性和氧化,导致颗粒显著聚集。疏水相互作用和共价交联增加,形成大颗粒导致其粒径增大。而VF组由于真空油炸在低压和较低温度条件下进行,减少了蛋白质的过度热变性。引发部分蛋白质疏水基团暴露或二硫键重排,导致轻度聚集。VF+PI和CF+PI较VF组和CF组分别显著降低了56.31%和44.30%。这可能是由于辐照处理使得肌原纤维蛋白碎片化,破坏了真空油炸形成的松散聚集体,同时抑制新聚集体的形成。而常规油炸已形成致密的聚集体,辐照虽能部分分解其表面结构,但无法完全逆转高温导致的深度交联,故CF+PI组的下降幅度小于VF+PI组。

2 肌原纤维蛋白表面疏水性分析

表面疏水性是蛋白质构象变化的关键衡量指标。疏水性氨基酸可通过疏水相互作用稳定蛋白质三维结构。BPB能够与蛋白质表面疏水区域结合,其结合量可通过吸光度变化测定,结合量越高表明表面疏水区域越大、疏水性越强。由图2可知,VF组和CF组的表面疏水性显著高于CK组(P<0.05),这是由于高温导致分子间氢键断裂,从而破坏蛋白质结构稳定性,肌原纤维蛋白变性,结构展开,导致疏水性残基暴露程度增加以及油炸也可能会促进表面非极性氨基酸残基的生成,进而提高BPB结合量,增强疏水性能。但VF组的表面疏水性显著低于CF组,这可能是由于低温条件减轻了蛋白质的热变性,避免了疏水区域的过度暴露。同时,经过辐照处理组的表面疏水性会出现一定程度的上升,这是由于样品经过辐照后蛋白质发生氧化,导致更多疏水残基外露于蛋白质分子表面。同时辐照后产生自由基通过攻击氨基酸侧链影响蛋白质的表面疏水性,导致肌原纤维蛋白的表面疏水性上升。An等发现辐照处理过氧化物酶蛋白在5 kGy时的表面疏水性达到最大。

3 肌原纤维蛋白二级结构分析

傅里叶变换红外光谱作为分子结构表征的重要分析技术,通过分析特征吸收峰的波数、强度及峰宽等参数,可有效解析蛋白质的构象转变规律。在蛋白质二级结构表征中,不同振动模式的酰胺带呈现显著特征:酰胺I带(1 600~1 700 cm-1)主要源于C=O键的伸缩振动,其精细结构可解卷积为β-折叠(1 600~1 640 cm-1)、无规卷曲(1 640~1 650 cm-1)、α-螺旋(1 650~1 660 cm-1)和β-转角(1 660~1 700 cm-1)等构象单元;酰胺II带(1 575~1 480 cm-1)归因于N—H键的弯曲振动模式,而酰胺III带(1 400~1 200 cm-1)则与C—N键的伸缩振动密切关联。光谱中的O—H键振动特征在3 200~3 500 cm-1波段显著显现,而C—H键的振动信息则集中在2 900~3 200 cm-1区间。如图3A所示,各处理组肌原纤维蛋白的红外图谱几乎没有新峰产生,这表明油炸处理与辐照处理对肌原纤维蛋白的官能团无明显变化。然而与CK组相比,各组的透过率均有变化,表明辐照和油炸对蛋白质的结构产生影响。CK组酰胺I带吸收峰在1 657.09 cm-1处,CF组和VF组的吸收峰分别迁移至1 659.68、1 658.7 cm-1处,说明油炸处理影响了肌原纤维蛋白的二级结构。VF+PI组和CF+PI组的的吸收峰酰胺I带均发生一定的偏移,这可能是辐照处理使位于分子内部的基团暴露出来,导致蛋白质发生变性。
通过对酰胺I带进行分峰拟合,定量分析了二级结构组成的变化。α-螺旋结构是蛋白质分子内的有序排列,通过分子内氢键(—CO与—NH间)维持其螺旋构型。β-折叠是蛋白质分子间的有序排列,依赖分子间氢键形成片层结构。由图3B可知,CK组肌原纤维蛋白结构以β-转角和β-折叠为主,占比分别为33%和32%。与CK组相比,VF和CF组的β-折叠结构比例上升,α-螺旋比例分别减少6.90%和8.97%,表明蛋白质的无序程度增加,这主要与油炸使蛋白交联程度增加,形成蛋白聚合体和可溶性降低有关。在研究加热对猪肉肌纤维蛋白结构的影响时,周非白也发现了类似的实验结果。VF+PI和CF+PI组较VF和CF组的β-折叠含量增加,这是由于辐照改变了蛋白质的构象,导致蛋白质部分解折叠,引起α-螺旋含量降低,β-折叠含量增加表明辐照使蛋白质结构变得松散。

4 肌原纤维蛋白荧光特性分析

4.1 内源荧光光谱分析

肌原纤维蛋白的内源荧光主要源于色氨酸残基,其特征荧光峰位约348 nm。荧光峰位及强度变化可表征色氨酸残基微环境及蛋白三维结构的改变:蛋白折叠时色氨酸包埋于分子内部,内源荧光强度较高;结构展开时则氨基酸残基暴露于溶剂相,荧光强度随之降低。如图4所示,CK组的荧光强度最大,VF与CF组的荧光强度减弱,这可能是由于热处理使得蛋白结构展开,阻碍了对色氨酸信号的检测,导致蛋白发生荧光猝灭。VF组与CF组的最大荧光吸收波长发生轻微蓝移,表明氨基酸残基暴露在疏水环境中,发射基团附近的微环境极性减小,疏水性增大,这与疏水性结果一致。同时VF+PI和CF+PI组的荧光强度较VF和CF组都有所提高,这主要是辐照处理使芳香族氨基酸更多地暴露在极性环境,导致其内源荧光强度上升。

4.2 同步荧光光谱分析

同步荧光光谱法通过固定激发与发射波长的差值(Δλ),能够精准反映蛋白质中特定氨基酸的微环境变化。当Δλ设为15 nm时,主要反映酪氨酸残基的变化;而Δλ设为60 nm时,则主要反映色氨酸残基的变化。由图5A可知,当Δλ=15 nm时,各处理组的出峰位置均为299 nm,未发生红移或蓝移,表明酪氨酸周围的微环境未发生改变。VF+PI、CF+PI、VF、CF组吸收峰的荧光强度明显下降,发生了荧光猝灭。可能由于油炸和辐照处理改变了荧光发色团的电子云分布或激发态能量,导致荧光发射受到抑制。各组对酪氨酸吸收峰的荧光猝灭程度无明显差异。由图5B可知,当Δλ=60 nm时,CK组的出峰位置为290 nm,VF+PI、CF+PI、VF、CF组的出峰位置分别为288、286、288、288 nm,发生轻微蓝移。表明色氨酸周围的微环境疏水性增强。各组的吸收峰荧光强度较CK组均有所下降,发生了荧光猝灭,且辐照处理组色氨酸的荧光猝灭程度小于未辐照组。辐照处理可能诱导蛋白质三级结构解折叠,促使包埋的芳香族氨基酸残基暴露于亲水环境。这一结构变化导致荧光猝灭和最大发射波长(λmax)蓝移,表明蛋白质构象发生改变。特别是酪氨酸残基微环境的极性增强,进一步证实了辐照引起的分子结构重排。

5 肌原纤维蛋白羰基与巯基含量分析

羰基化是蛋白质氧化的主要特征之一。如图6A所示,CK组的羰基含量显著低于所有处理组(P<0.05),与CK组相比,真空油炸和常规油炸的羰基含量分别提高了21.4%和164.27%,说明油炸与辐照处理均会诱导肌原纤维蛋白的氧化损伤。CF组羰基含量显著高于VF组(P<0.05),这与唐丽研究不同热处理对肌原纤维蛋白的影响结果类似。这可能是由于常规油炸时高温使得肉类中固有的金属酶作用释放出过渡金属(如铁、铜和锰),这些过渡金属是蛋白质氧化的重要引发剂,所以导致常规油炸的羰基含量较高,而真空油炸由于其在加工过程中保持较低的温度以及较低的氧含量,使得真空油炸的蛋白质的氧化程度较低。VF+PI组和CF+PI组较VF和CF组也出现显著上升,这是由于辐照产生的自由基与蛋白质之间的相互作用导致了蛋白质自由基的形成,在氧气存在下,蛋白质自由基可进一步转化为蛋白质过氧化物,从而导致蛋白质中羰基衍生物升高。此结果与二级结构的变化趋势相印证。
巯基含量为蛋白质氧化修饰的核心指征,其与二硫键动态互变,且二硫键与分子结构稳定性强关联,游离巯基损失量与氧化程度呈正相关。如图6B所示,VF和CF组巯基含量较CK组分别显著降低6.89%和7.69%(P<0.05)。无论是常规油炸或真空油炸,在热处理过程中蛋白质游离巯基都呈现动态变化特征:与CK组相比,VF、CF初期因二硫键断裂导致巯基含量上升;随处理时间延长,内部巯基暴露并氧化形成分子间二硫键和聚集体,导致巯基损失增加,蛋白氧化程度都有所升高。VF+PI和CF+PI组的巯基含量较未辐照组显著上升(P<0.05),这可能是由于辐照使蛋白分子结构展开,使埋藏在分子内部的巯基和疏水基团暴露,还有可能与蛋白质部分二硫键断裂,生成了游离的巯基,从而使得经辐照处理后的肌原纤维蛋白自由巯基含量升高。

6 肌原纤维蛋白紫外吸收光谱分析

蛋白质能够对一定波长区域的紫外光进行吸收,可通过检测色氨酸和酪氨酸残基微环境的改变,根据吸收峰的不同判定蛋白质分子构象发生的变化。如图7所示,VF+PI和CF+PI的紫外吸光度分别较VF和CF组降低,表明辐照处理使肌原纤维蛋白展开,暴露了更多芳香族残基,使得吸光度降低,此结果与内源荧光变化趋势相印证。CF组的吸光度高于VF组,这是由于常规油炸加热导致疏水基团暴露,使色氨酸和酪氨酸进入更加疏水的环境中。这些基团所处环境的非极性增加,从而使紫外吸光度上升,这进一步证实了表面疏水性与同步荧光光谱的测定结果。

7 肌原纤维蛋白氨基酸含量分析

如表1所示,CF组和VF组的必需氨基酸(EAA)含量均显著低于CK组(P<0.05),其中VF组EAA含量(129.30 mg/g)较CF组(116.47 mg/g)提高11.0%(P <0.05),但各组EAA/TAA(38.71%~39.35%)及EAA/非必需氨基酸(NEAA)(63.15%~64.88%)无显著差异,表明高温热加工主要影响必需氨基酸总量而非组成比例;NEAA含量呈现类似趋势。CF和VF组NEAA含量均低于CK组,且VF组(204.75 mg/g)高于CF组(179.52 mg/g)(P<0.05),同样体现了高温油炸对非必需氨基酸总量的影响。总氨基酸(TAA)含量方面,CF组(295.99 mg/g)和VF组(334.05 mg/g)均低于CK组(371.31 mg/g),VF组较CF组TAA含量显著提高12.86%,且VF组TAA保留率达89.9%,显著高于CF组(P<0.05),而VF+PI组(311.87 mg/g)的TAA含量较VF组下降6.6%,这与辐照促使含硫氨基酸及带醇羟基氨基酸降解有关。此外,VF组胱氨酸、蛋氨酸等含硫氨基酸含量(9.44 mg/g)显著高于CF组(8.57 mg/g)(P<0.05),归因于低温及真空环境能够有效减缓氧化反应,而VF+PI组中此类氨基酸含量下降,因辐照导致其降解形成含硫挥发性异味化合物,此与贮藏前期风味变化相印证。与营养风味相关的谷氨酸、天冬氨酸等,CK组含量最高,经高温油炸后显著降低(P<0.05),如谷氨酸在常规油炸后显著降低22.5%,真空油炸仅降低10.6%,说明VF组保留效果较好。值得注意的是,VF+PI与CF+PI组间的部分二级结构及氨基酸组成无显著差异,这可能源于辐照处理本身引发的强烈氧化效应,在一定程度上掩盖了真空油炸与常规油炸所产生的初始差异。然而,结合溶解度、粒径及羰基含量等指标,VF+PI组的整体蛋白氧化和聚集程度仍低于CF+PI组,这表明真空油炸为肌原纤维蛋白提供了一个更为良好的初始状态,使其在后续面对强烈氧化应激时,具备更强的抵抗能力。肌原纤维蛋白氨基酸分析表明,真空油炸通过低温低氧环境显著减轻鸭翅根蛋白氧化损伤,在维持氨基酸营养完整性的同时,更有利于保留其风味特性。

8 微观结构分析

如图8所示,CK组的肌原纤维蛋白呈现球体紧密多孔的结构,且分布均匀。VF组则表面相对光滑,无明显氧化导致的粗糙结构,表明真空油炸的温和热变性未引发深度交联。部分区域可见松散堆积的小颗粒,表明发生轻度聚集。CF组表面粗糙且孔隙率低,伴随热应力导致的裂纹或塌陷。结构呈现无序堆积,表明高温和高氧环境下蛋白质发生剧烈氧化与交联。此形貌特征与前文的粒径与二级结构结果趋势相印证。VF+PI组表面呈现多孔或蜂窝状结构,可能是辐照破坏疏水相互作用后形成松散的网络,颗粒边缘清晰但形状不规则,表明辐照对油炸后聚集体产生了分解作用。CF+PI组表面可见不规则碎片或裂痕,表明辐照对高温交联结构造成部分破坏。

9 相关性分析

为深入阐明真空油炸调控肌原纤维蛋白氧化的作用机理,对关键指标进行了Pearson相关性分析。如图9所示,蛋白羰基含量与表面疏水性呈强正相关(相关系数r=0.90,P<0.05),而二者均与蛋白溶解度呈强负相关。同时,α-螺旋与巯基含量呈强正相关(r=0.86),且二者均与蛋白粒径呈负相关。这些关联性共同揭示了真空油炸通过其低温与低氧的工艺特性,有效减缓了蛋白质分子的展开,保护了α-螺旋等有序二级结构,从而减少了内部疏水区域的暴露。这一结构保护效应削弱了蛋白质分子与氧气的接触及其氧化敏感性,显著减轻了羰基化反应与巯基的氧化损失。由于氧化交联和疏水相互作用的减轻,蛋白质的过度聚集被有效抑制,使其保持了更好的溶解性和更温和的微观结构。因此,真空油炸是通过结构保护、氧化阻断与抑制聚集的协同路径实现对肌原纤维蛋白氧化的有效调控。

10 结 论

本研究以未油炸未辐照鸭翅根为对照,系统探究了真空油炸与常规油炸对肌原纤维蛋白结构特性的影响。结果表明,常规高温油炸处理显著破坏了肌原纤维蛋白的微观结构,导致其变性、解聚与降解。真空油炸虽引起轻度聚集和松散颗粒结构,但其温和热变性避免了深度交联。粒径结果显示,CF组蛋白质发生剧烈热变性和氧化,疏水相互作用和共价交联增加,形成大颗粒聚集;VF组仅引发部分蛋白质疏水基团暴露或二硫键重排。辐照会使得肌原纤维蛋白碎片化,破坏真空油炸形成的松散聚集体,同时抑制新聚集体的形成,但无法完全逆转高温导致的深度交联。光谱分析结合化学指标测定证实,油炸显著改变了肌原纤维蛋白的二级、三级构象,导致无序结构增加,蛋白质发生明显氧化,但真空油炸显著降低了氧化损伤程度。本研究通过系统揭示了蛋白结构变化的综合机理,可为真空油炸技术在改善香酥鸭制品品质、控制氧化劣变及延长货架期方面提供理论依据。未来可拓展多种不同禽种肌原纤维蛋白对真空油炸的响应差异,验证技术普适性。

通信作者:

胥伟 教授

武汉轻工大学教师工作部 部长、教师发展中心 主任

胥伟,博士,教授,博士生导师,现任武汉轻工大学教师工作部部长、教师发展中心主任。楚天名师,湖北省优秀基层教学组织负责人,湖北省师德先进个人,中国蛋品加工业杰出青年英才,湖北省服务中小微企业优秀科技副总,武汉轻工大学师德标兵、师德先进个人、教学名师。主要从事动物源食品蛋白质高值化利用与机理研究,在禽蛋、肉类与乳品蛋白质结构及功能性之间的关系、蛋白类功能因子开发及构效关系、营养健康型食品与功能型配料开发等方面具有扎实的研究基础。主持国家自然科学基金、国家重点研发计划课题、湖北省重大科技创新项目、湖北省科技人才服务企业专项等省部级以上项目17 项,校企合作项目16 项,成果转化12 项。以第一作者和通信作者发表SCI/EI等期刊论文76 篇,其中热点论文1 篇、高被引论文2 篇;SCI期刊《Foods》客座编辑,《Food Chemistry》《International Agricultural Engineering Journal》《食品科学》《中国家禽》《食品科技》等期刊审稿人。申请发明专利52 件,授权19 件;获中国商业联合会科技进步一等奖、省科技进步三等奖、市科技进步二等奖等;主/参编专著等10 部。

第一作者:

陈雷 硕士研究生

武汉轻工大学食品科学与工程学院

陈雷,中共党员,武汉轻工大学食品科学与工程学院 2023 届硕士研究生,食品加工与安全专业,专业成绩优异(GPA 4.2,专业前5%)。主要研究方向为蛋白质高值化利用与机理研究,专注于粮油及畜产品蛋白质的结构特性、功能改性及加工适用性研究。以第一作者身份发表SCI论文1 篇、EI论文2 篇,研究成果涉及蛋白质热加工改性机理、功能特性优化及产品开发。曾获湖北省第四届餐饮食品创新设计大赛三等奖,展现了理论研究与实际应用的结合能力。实践经验丰富,曾在中央储备粮武汉直属库有限公司担任储检实习生,参与粮油质量检测全流程,熟练掌握蛋白质相关检测技术。参加中国畜产品加工研究会第十八届蛋品科技大会等学术会议十余场,为跨领域研究奠定基础。熟练掌握现代食品分析技术和仪器操作,包括色谱、质谱等精密分析设备,精通蛋白质结构表征技术。在校期间荣获硕士研究生优秀生源奖、研究生学业奖学金一等奖、丰尚奖学金一等奖等多项荣誉,并担任研究生会文体部部长,展现了良好的组织协调能力。致力于通过科学研究推动蛋白质资源的高效利用和食品工业的可持续发展,在蛋白质高值化利用领域具有深厚的学术积累和研究潜力。

引文格式:

陈雷,陈诚,胥伟,等. 真空油炸对香酥鸭翅根肌原纤维蛋白氧化的影响[J]. 食品科学, 2026, 47(4): 231-240. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250811-077.

CHEN Lei, CHEN Cheng, XU Wei, et al. Effects of Vacuum Frying on the Oxidation of Myofibrillar Proteins in Crispy Duck Drumette[J]. Food Science, 2026, 47(4): 231-240. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250811-077.

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实习编辑:杨瑞蕾;责任编辑:张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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  1. CONNECT:[ UseTime:0.001179s ] mysql:host=127.0.0.1;port=3306;dbname=f460;charset=utf8mb4
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