鱘魚體型大、肉多刺少，其中鱘魚肉約占鱘魚體質量的40%。鱘魚肉厚且肌間無刺，這使得在加工成魚糜的過程中省去了過濾環節，然而，鱘魚魚糜制品的開發尚不充分，可能與其肉質較老、產品口感較差有關。傳統的魚糜制品主要是利用高質量分數（2%～3%）的NaCl充分溶解肌原纖維蛋白，溶解后的蛋白質相互作用，在熱誘導條件下經預凝膠化、凝膠劣化和凝膠增強3 個階段形成穩定的三維網絡結構，最終成為彈性凝膠制品。近年來低鹽魚糜制品的品質改良受到越來越多的關注。

研究表明，與傳統水浴加熱相比，微波加熱有利于改善低鹽魚糜的凝膠品質。研究表明，精氨酸（Arg）能夠提高肌球蛋白的溶解度，還可以促進肌球蛋白在加熱過程中的展開并抑制其熱聚集行為。

江蘇大學食品與生物工程學院的石彤、解鈺和高瑞昌*等人以肌原纖維蛋白為研究對象，選擇微波為加工技術并精準控溫（＜40 ℃），利用激光粒度儀和原子力顯微鏡（AFM）等技術探究Arg對低鹽肌原纖維蛋白在微波場下預凝膠化階段理化特性、分子間作用力和形態學特性的影響，以期為后續凝膠增強階段的品質調控提供理論依據。

1 Arg對微波誘導的肌原纖維蛋白預凝膠化過程中溶解度和濁度的影響

如圖2A所示，對照組在未加熱時溶解度為75%，隨著微波時間的延長，溶解度分別降低至70%（

P

＞0.05）、65%（

P

＜0.05）和45%（

P

＜0.05）。添加10 mmol/L Arg溶液后，肌原纖維蛋白的溶解度呈現與對照組相似的趨勢，且在相同微波時間下的溶解度與對照組之間無顯著差異（

P

＞0.05）。分別添加20、40 mmol/L Arg溶液后，在相同Arg添加量條件下微波時間少于3 min時，不同加熱階段的肌原纖維蛋白溶解度無顯著變化（

P

＞0.05），微波5 min時溶解度顯著下降（

P

＜0.05），分別從88%和90%顯著降低至56%和59%。此外，與對照組相比，在相同微波時間下10 mmol/L Arg的添加未使樣品溶解度發生顯著變化；當Arg濃度分別增加至20、40 mmol/L時，溶解度顯著增加（

P

＜0.05），其中未加熱組的溶解度從75%分別增加至88%和90%；微波處理1 min時從70%分別增加至86%和89%（

P

＜0.05）；微波3 min時從65%分別增加至88%和88%（

P

＜0.05）；微波5 min時從45%分別增加至56%和59%（

P

＜0.05）。以上結果表明，低鹽環境中的肌原纖維蛋白在實驗條件下會發生聚集，溶解度下降，可能與微波加熱過程中溫度的升高有關。適宜濃度的Arg（≥20 mmol/L）能夠提高預凝膠化過程中肌原纖維蛋白的溶解度，一方面與未加熱條件下Arg對肌原纖維蛋白的促溶作用有關，另一方可能與Arg抑制肌球蛋白的熱聚集行為有關。

如圖2B所示，在同一Arg濃度下，樣品濁度在微波5 min時才發生顯著變化，與溶解度的結果不完全吻合，可能是因為在微波1 min和3 min時，肌原纖維蛋白所處環境溫度較低（＜35 ℃），其變性和聚集程度較弱，形成的是可溶性聚集體，導致光散射的差異不顯著。在相同微波時間下，10 mmol/L Arg溶液沒有使樣品濁度發生顯著變化；微波5 min時，20 mmol/L和40 mmol/L Arg均使樣品濁度從1.07顯著降低至0.84（

P

＜0.05），與溶解度的變化趨勢一致。

2Arg對微波誘導的肌原纖維蛋白預凝膠化過程中Zeta電位和pH值的影響

Zeta電位可用于反映溶液中帶電粒子表面的電荷狀態 。Gao Ruichang等 研究發現Arg能夠顯著增加蛋白溶液的pH值，而pH值是影響蛋白理化特性和結構特性的重要因素。因此，為了排除pH值效應的影響，將所有實驗組的pH值均調至7.0。如圖3A所示，低鹽肌原纖維蛋白在未加熱狀態下的Zeta電位為－8.67 mV，表明蛋白整體帶負電，與其等電點（5.5）小于溶液pH值（7.0）有關。隨著微波時間的延長，對照組Zeta電位的絕對值降低，微波5 min時Zeta電位為－6.15 mV，表明微波加熱使得肌原纖維蛋白整體所帶負電荷減少，可能是微波加熱促進了肌原纖維蛋白中帶正電荷氨基酸殘基的暴露或帶負電氨基酸殘基的掩埋。在相同微波時間下，Arg的添加使Zeta電位和pH值均未發生顯著變化（圖3A、B），表明當對照組和實驗組的pH值均為7.0時，微波熱誘導處理對肌原纖維蛋白Zeta電位的影響強于Arg對其Zeta電位的影響。

3Arg對微波誘導的肌原纖維蛋白預凝膠化過程中粒徑的影響

如圖4所示，在同一微波時間下，粒徑分布隨Arg濃度的增加而向左偏移，表明蛋白聚集體的尺寸降低。其中，未加熱時粒徑從955.33 nm降低至734 nm；微波1 min時粒徑從991 nm降低至745.66 nm；微波3 min時粒徑從1 136 nm降低至792 nm；微波5 min時粒徑從1 509 nm降低至642.5 nm。以上結果表明，Arg阻止了微波誘導的預凝膠化過程中較大蛋白聚集簇的形成，與溶解度增加和濁度降低的結果相印證。同時與肌原纖維蛋白的帶電情況相印證，故推測Arg引起蛋白顆粒尺寸的降低主要與其離子強度和自身結構有關。一方面，隨著Arg濃度的增加，其離子強度逐漸增大，能夠通過離子鍵結合的蛋白分子增多；另一方面，Arg

R

基（胍基）上的氨基氫能夠通過氫鍵與肌球蛋白分子上的羰基氧原子結合，隨著Arg濃度的增加，能夠通過氫鍵與其結合的肌球蛋白分子增加。此外，在實驗條件下（＜40 ℃）主要發生肌原纖維蛋白結構的展開及肌球蛋白頭部的聚集，綜上，Arg的離子強度和自身結構可能通過抑制肌球蛋白頭部聚集而降低了肌原纖維蛋白的顆粒尺寸。

4Arg對微波誘導的肌原纖維蛋白預凝膠化過程中分子間作用力的影響

根據溶解性的結果，選擇促溶效果較好的微波3 min和40 mmol/L Arg添加量為條件進一步探究其對肌原纖維蛋白分子間相互作用的影響。研究表明，非共價鍵如氫鍵、離子鍵和疏水相互作用以及共價鍵（如二硫鍵）在魚糜凝膠的形成過程中起重要作用。如圖5所示，與A組相比，C組肌原纖維蛋白的離子鍵和氫鍵含量顯著降低，疏水相互作用和二硫鍵含量顯著增加（

P

＜0.05），其中疏水相互作用在4 種作用力中占據主導地位。隨著微波時間的延長，樣品溫度升高，氫鍵遇高溫易斷裂；微波的交變電場會影響一些在低溫條件下已經暴露的帶電殘基，電場會“拉扯”分子內部和分子之間的離子鍵，導致離子鍵含量降低。疏水相互作用的增強可能與多方面因素有關，一方面，氫鍵的破壞增強了蛋白質多肽鏈的柔性和可移動性，可能暴露更多蛋白質內部的疏水結合位點，導致更高的表面疏水性；另一方面，離子鍵的斷裂可能會改變肌球蛋白的結構，導致疏水殘基的暴露，使得蛋白分子間疏水相互作用增強。

未加熱的樣品在低鹽條件下，蛋白分子間的離子鍵含量較高。而在高鹽條件下，高濃度的Na＋和Cl－會破壞蛋白質分子間的靜電相互作用，離子鍵會維持在較低水平。因此，A組較高的離子鍵水平可能與Na＋和Cl－濃度低、靜電屏蔽作用較弱有關。無論是否微波加熱，加入40 mmol/L Arg后蛋白分子中的離子鍵和疏水相互作用含量顯著下降，氫鍵和二硫鍵含量顯著增加（

P

＜0.05）。在低鹽條件下，蛋白分子間帶相反電荷的氨基酸殘基通過離子鍵結合，形成蛋白寡聚體或多聚體；而高離子強度的 Na ＋ 和Cl － 通過對這種離子鍵的屏蔽作用促進蛋白解聚。因此，離子鍵的降低有助于蛋白的解離和溶解，推測Arg可能起到了與高鹽類似的靜電屏蔽作用。據報道，Arg的羧基能夠與肌球蛋白分子側鏈的Arg147和主鏈的Cys122形成氫鍵，Arg的氨基能夠與肌球蛋白分子主鏈的Leu120形成氫鍵，Arg的胍基能夠與肌球蛋白分子側鏈的Thr177以及主鏈的Cys122和Leu175形成氫鍵，最終導致氫鍵含量增加。以上新的氫鍵形成可能會進一步通過空間位阻等效應掩蓋結合位點附近的疏水基團，導致分子間疏水相互作用減弱。此外，Arg中胍基的雙鍵可能剝奪巰基的氫原子，有助于蛋白質分子之間形成二硫鍵。

5Arg對微波誘導的肌原纖維蛋白預凝膠化過程中微觀形貌的影響

未加熱時，肌原纖維蛋白相對均勻地吸附在云母片表面，但低鹽條件下會伴有部分顆粒較大的寡聚體存在。如圖6所示，未加熱時，對照組與10 mmol/L Arg組的云母片表面聚集了部分較大的蛋白質寡聚體；隨著Arg濃度的增加，寡聚體數量越少，顆粒分散越均勻。微波加熱至5 min時，肌原纖維蛋白聚集程度增加，逐漸聚集形成蛋白質團簇，但聚集體大小不一，可能是因為在此溫度條件下蛋白分子展開，隨即發生肌球蛋白頭部聚集和橫向交聯，聚集行為較無序。無論是否添加Arg，肌原纖維蛋白的聚集程度與未加熱組相比均明顯增加，可能主要由肌球蛋白頭部聚集所致。隨著Arg濃度的增加，蛋白聚集體的高度逐漸降低，橫向交聯變差，40 mmol/L Arg組聚集體顆粒高度最小，說明肌球蛋白分子之間的頭部聚集受到了抑制。

6 分子動力學模擬分析

為了深入探究不同溫度條件下Arg與肌球蛋白在100 ns分子動力學模擬過程中的構象相對變化，以肌球蛋白為參考對象，通過計算RMSD，評估不同溫度下Arg與肌球蛋白構象運動狀況和平衡時刻的變化。如圖7A所示，在300 K條件下約30 ns后不含Arg和含Arg的肌球蛋白RMSD分別在0.52 nm和5.85 nm附近波動。復合物的平均RMSD大于游離肌球蛋白，可能是Arg與肌球蛋白結合后，蛋白結構變得松散，蛋白構象發生變化，結構偏移程度較大所致。在290～310 K的模擬過程中，復合物的RMSD基本不變。由圖7B可知，在300 K模擬系統中，Arg-肌球蛋白復合物與肌球蛋白自身相比具有較高的Rg，表明肌球蛋白的構象向疏松狀態轉變，結構緊密性因Arg的結合而下降，推測Arg的介入會導致肌球蛋白向外擴張。

結論

本研究分析了Arg對低鹽條件下肌原纖維蛋白在微波誘導的預凝膠化過程中的影響，肌原纖維蛋白作為鹽溶性蛋白，在低鹽條件下呈現較差的溶解能力，而在同一微波時間下，粒徑分布隨Arg濃度的增加而減小，表明適當濃度的Arg（≥20 mmol/L）能夠促進低鹽條件下肌原纖維蛋白的解聚，并抑制微波過程中較大蛋白聚集簇的形成，與溶解度增加和濁度降低的結果相印證。AFM顯示的微觀形貌也呈現出相似的變化趨勢，表明Arg使低鹽條件下的肌原纖維蛋白由以較大蛋白簇為單位的聚集轉變為以較小顆粒為單位的聚集。無論是否微波加熱，加入40 mmol/L Arg后，蛋白分子中的離子鍵和疏水相互作用顯著下降，氫鍵和二硫鍵顯著增加。通過分子動力學模擬發現，Arg能夠降低肌球蛋白的結構緊密性，使其蛋白構象更加松散。本研究結果顯示Arg添加可以為低鹽肌原纖維蛋白在后續階段的交聯提供充足的條件，而二者之間的相關性及其對最終凝膠品質的影響機制值得繼續研究。

作者簡介

通信作者：

高瑞昌，博士，江蘇大學食品與生物工程學院教授，博士生導師，國家特色淡水魚產業技術體系崗位科學家，江蘇省“333工程”和“六大人才高峰”高層次人才，江蘇大學食品生物工程與智能裝備方向帶頭人。研究領域主要為水產品加工與貯藏，在水產品風味化學、蛋白質化學、保鮮、生物加工等。主持和參與國家自然科學基金區域重點、面上基金等各類項目20余項。在國內外期刊發表論文160多篇，其中被SCI和EI收錄120余篇，ESI高被引論文6 篇。主編高等學校通用規劃教材《食品化學》1 部，參編通用教材5 部；授權國家發明專利29 件，申請國家發明專利38 件，申請PCT專利3 件，授權美國、日本專利各1 件；獲江蘇省科技進步獎等獎勵5 項。中國生物工程學會理事，中國食品科技學會青年委員會委員，《Food Biotechnology International》《Food Science of Animal Product》《未來食品科學》《食品科學》編委和《肉類研究》編委。

第一作者：

石彤，博士，江蘇大學食品與生物工程學院碩士生導師、實驗師，研究方向為食品蛋白質化學與綜合利用。獲批2022年江蘇省優秀博士學位論文；主持國家自然科學基金青年項目1 項、江蘇省青年自然科學基金青年項目1 項和中國博士后面上基金1 項，參與其他省部級以上項目5 項。以第一作者在國內外頂級期刊發表學術論文20余篇；申報國家發明專利10余項；獲評江蘇省研究生科研創新實踐大賽二等獎；擔任《Food Science of Animal Products》青年編委。

本文《精氨酸對微波場下低鹽鱘魚肌原纖維蛋白預凝膠化的影響》來源于《食品科學》2025年46卷第7期51-60頁，作者：石彤，解鈺，張昊，王鑫，李夢哲，高瑞昌。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240812-091。點擊下方 閱讀原文 即可查看文章相關信息。

實習編輯：俞逸嵐；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

為貫徹落實《中共中央國務院關于全面推進美麗中國建設的意見》《關于建設美麗中國先行區的實施意見》和“健康中國2030”國家戰略，全面加強農業農村生態環境保護，推進美麗鄉村建設，加快農產品加工與儲運產業發展，實現食品產業在生產方式、技術創新、環境保護等方面的全面升級。由 中國工程院主辦， 中國工程院環境與輕紡工程學部、北京食品科學研究院、湖南省農業科學院、湖南大學 岳麓山工業創新中心、湖南省科學技術廳承辦， 國際食品科技聯盟（IUFoST）、國際谷物科技協會（ICC）、湖南省食品科學技術學會、洞庭實驗室、湖南省農產品加工與質量安全研究所、中國食品雜志社、中國工程院Engineering編輯部、湖南農業大學、中南林業科技大學、長沙理工大學、湘潭大學、湖南中醫藥大學協辦的“ 2025年中國工程院工程科技學術研討會—推進美麗鄉村建設-加快農產品加工與儲運產業發展暨第十二屆食品科學國際年會”，將于2025年8月8-10日在中國 湖南 長沙召開。

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