华南理工大学孙为正教授团队：减钠氧化蛋白凝胶与口腔-胃消化特性相关性研究

学术 2024-11-10 08:26 湖北

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氯化盐部分替代食盐对氧化蛋白理化特性及胃消化特性的影响

导读

2024年11月，华南理工大学孙为正教授团队在国际食品Top期刊《Food Science and Human Wellness》（农林科学一区top，IF: 5.6）发表题为“Reduction of NaCl in oxidized myofibrillar protein by substitution with chloride salts: Underlining the gel changes and gastric digestive properties”的研究性论文。在读博士生时海波、硕士张如意为本文第一作者，通讯作者为孙为正教授。

当前减钠手段主要包括替代（氯化盐/风味物质）、改变盐物理形态及提升盐浸效率的加工技术；使用氯化盐部分替代食盐经济易操作，需关注非钠盐的替代度与替代形式。肌原纤维蛋白MP及有效的食盐添加量对维持肉制品功能特性至关重要，肉制品在加工与储藏过程中不可避免发生氧化，温和的蛋白氧化可改变MP中肌球蛋白聚集模式，增强蛋白间非共价相互作用，形成有序结构并改善凝胶特性。过往研究表明：一定替代范围内，钾盐与镁盐部分取代NaCl利于形成致密的凝胶网络结构，过度取代易引起严重的脂质与蛋白氧化，这些氯化盐在凝胶性能上的差异主要与离子强度和暴露的带电基团有关，探究不同氧化水平下氯化盐部分替代食盐对蛋白理化性质的影响具有现实意义。此外，口腔加工过程中食物的机械分解有助于改善食糜在后续消化过程中的可及性，对于固体基MP凝胶，胃液与凝胶基质之间存在物质交换，胃蛋白酶的扩散受凝胶结构、质地与成分的影响，利用FRAP技术可分析胃蛋白酶在凝胶中的有效扩散系数。过往研究主要集中在MP凝胶消化产物的特性表征，忽略了消化行为，尤其是胃蛋白酶在凝胶基质中的扩散。在本研究中，MP暴露于羟基自由基HRGS氧化体系，评估（1）不同氯化盐（KCl、MgCl₂和KCl/MgCl₂）替代（30%，离子强度一致）及氧化水平（0 – 1 mM H₂O₂）对减钠MP结构变化及凝胶特性的影响，以及（2）凝胶特性与后续口腔加工和胃消化行为（胃蛋白酶扩散）之间的联系。

研究结果表明：在HRGS氧化模型中，氧化MP羰基含量与表面疏水性增加。使用MgCl₂部分替代NaCl通过蛋白变性或去折叠促进MP中的巯基进一步氧化成二硫键。在轻度氧化水平（0.3 mM H₂O₂）下，使用30% KCl代钠促进了凝胶致密网络的形成，凝胶强度提高，更多的水分限制于凝胶基质中，但凝胶首次咀嚼作功较高，有限的疏水部位暴露不利于胃消化。不同的是，轻度氧化协同MgCl₂处理的凝胶由于蛋白质分子间疏水作用增强，网络结构松散，相对较低的凝胶强度与较低的黏度利于口腔咀嚼和胃消化的崩解，胃蛋白酶扩散速率、蛋白水解程度与小分子肽的比例增加。随着氧化程度增加，蛋白重折叠使凝胶网络结构变得粗糙和分散。氧化凝胶的消化特性在很大程度上归因于初始蛋白结构与机械性能，使用MgCl₂部分代替NaCl使MP凝胶更易咀嚼，并获得更高的消化率。

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研究亮点

温和的氧化处理及MgCl₂替代干预MP自组装并伴随较高的表面疏水性；
同等氧化程度下，KCl替代30%NaCl的凝胶具有较高的凝胶强度与持水力，首次咀嚼作功较高；
MgCl₂替代的凝胶具有较软的质地与较低的黏度，降低了胃蛋白酶与蛋白之间的接触限制，利于胃蛋白酶扩散，增加了消化产物中小分子肽的比例；
氧化MP凝胶消化特性很大程度上取决于蛋白初始结构与机械力学特性。

图文赏析

摘要图

图1 不同氧化水平下减钠MP凝胶的强度（A）、保水性（B）与T2弛豫时间变化

图2 不同氧化水平下减钠MP凝胶微观结构变化

图3 不同氧化水平下减钠MP凝胶体外模拟口腔咀嚼作工曲线拟合图

图4 体外胃消化2 h后减钠MP凝胶水解度（A）与分子量分布（B）变化

图5 FITC标记的pepsin在水与减钠氧化MP凝胶中扩散图（A）、目的区域ROI的有效漂白半径高斯拟合曲线（B）、ROI荧光恢复曲线（C）及FITC-pepsin在水和凝胶中的扩散速率（D）

图6 MP氧化特性、凝胶特性与体外胃消化特性之间的相关性分析图（Pearson分析）

附录图1 模拟口腔咀嚼装置

附录图2 荧光漂白恢复FRAP原理图

孙为正

孙为正，华南理工大学食品科学与工程学院教授，博士生导师；现任华南理工大学科学技术协会办公室副主任、九三学社广东省第九届委员会农业和农村专门委员会副主任、九三学社华南理工大学基层委员会副主委。国家级青年人才、“广东特支计划”科技创新青年拔尖人才、广州市珠江科技新星。担任国际学术期刊Food Research International、Journal of Food Composition and Analysis、Food Chemistry: Molecular Sciences等多个学术期刊编委，担任学术期刊Theory and practice of meat processing科学主编（Scientific Editor）、《现代食品科技》副主编。主要从事食品蛋白质化学与营养、农产品加工与贮藏工程等教学与科研工作，科研成果获广东省科学技术二等奖1项（排名第一）、教育部高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学二等奖1项（排名第三）。以第一/通讯作者发表学术论文80余篇，入选全球前2%顶尖科学家榜单。

时海波

时海波，华南理工大学在读博士生，研究方向为肉品加工与食品生物技术，研究经历包括应用非热技术实现肉品嫩度改善，口腔加工-胃消化行为与低钠蛋白基质关系探究。至今以第一作者在Food Hydrocoll、Ultrason.Sonochem、Food Chem、食品科学等国内外期刊发表论文13篇；申请发明/实用新型专利5项（授权3项）。担任AROH青年编委，Food Chem、Ultrason.Sonochem、J. Mol. Liq等期刊审稿人。曾主持省大创1项，获三级公共营养师、盼盼食品杯国赛团体第二、“互联网+”省赛银奖、动物源食品国际研讨会“优秀报告奖”等。

原文链接

https://doi.org/10.26599/FSHW.2024.9250331

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