《LWT》：Modification of Emulsifying and Gelling Properties of Tilapia Myofibrillar Protein Using Cold Plasma Treatment
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本研究针对天然罗非鱼肌原纤维蛋白(TMP)功能性差、所稳定的乳液易聚集絮凝及凝胶制品质构需提升等问题，系统探讨了介质阻挡放电冷等离子体(CP)处理参数（电压40-80 kV，时间1-5 min）对TMP乳化特性（EAI、ESI、TSI、粒径、ζ-电位、流变性、微观结构）及凝胶特性（色差、质构、凝胶强度、WHC、蒸煮损失、微观结构）的影响。结果表明，70 kV/3 min CP处理可显著改善TMP乳化活性与稳定性，形成更小粒径、更高ζ-电位绝对值的稳定乳液；60 kV/3 min处理则能促进TMP形成致密均匀的三维凝胶网络，显著提升凝胶强度、持水性(WHC)并降低蒸煮损失。该研究为水产品蛋白的非热改性及高品质鱼糜/乳化制品开发提供了新策略。
罗非鱼作为重要的淡水经济鱼类，其加工制品在市场上占据重要份额。肌原纤维蛋白(Myofibrillar Protein, MP)是鱼类肌肉中的主要蛋白组分，占比超过60%，具有良好的乳化性和凝胶形成能力，常被用作鱼糜、鱼丸等鱼糜制品以及乳化型鱼肉肠的关键功能性成分。然而，天然状态的MP其功能性质往往不理想，由其稳定的乳液体系容易发生聚集、絮凝，导致产品稳定性差；由其形成的凝胶网络结构强度不足、持水能力(Water Holding Capacity, WHC)较低，直接影响终产品的质地、口感和出品率。因此，如何有效、安全地改善MP的功能特性，成为提升罗非鱼加工制品品质和附加值的关键问题。
传统的物理或化学改性方法可能存在能耗高、添加剂残留或影响产品风味等问题。冷等离子体(Cold Plasma, CP)技术，特别是介质阻挡放电冷等离子体(Dielectric Barrier Discharge Cold Plasma, DBD-CP)，作为一种新兴的非热加工技术，因其能在常温常压下通过产生的活性物质（如活性氧ROS、活性氮RNS）作用于生物大分子，引发其结构变化，而不需要添加化学试剂或施加高温，在食品蛋白质改性领域展现出巨大潜力。研究表明，CP处理可以诱导蛋白质分子展开，暴露内部疏水基团和活性位点，促进分子间交联，从而可能改善其乳化性和凝胶性。但CP处理的效果强烈依赖于处理参数，如电压、时间等，参数不当可能导致蛋白质过度氧化，反而损害其功能。目前，关于CP处理对罗非鱼肌原纤维蛋白(Tilapia Myofibrillar Protein, TMP)乳化性和凝胶性的系统性影响及其最优工艺参数尚待深入研究。
为此，发表于《LWT》的研究论文《Modification of Emulsifying and Gelling Properties of Tilapia Myofibrillar Protein Using Cold Plasma Treatment》针对上述问题，系统探究了不同CP处理条件（电压：0, 40, 50, 60, 70, 80 kV；时间：0, 1, 2, 3, 4, 5 min）对TMP功能特性的影响，旨在为CP技术在罗非鱼加工中的应用提供理论依据和技术支持。
本研究采用的关键技术方法主要包括：从新鲜罗非鱼肉中提取肌原纤维蛋白；使用DBD-CP系统在设定电压和时间下对TMP溶液进行处理；制备TMP稳定的水包油乳液并测定其乳化活性指数(EAI)、乳化稳定性指数(ESI)、Turbiscan稳定性指数(TSI)、粒径分布、Zeta电位(ζ-电位)、流变学特性（储能模量G'、损耗模量G''）及微观结构；通过热诱导（80°C, 20 min）形成TMP凝胶，并测定其色差（L, a, b*值及白度WI）、质构剖面分析(TPA)参数（硬度、弹性、内聚性、胶粘性、咀嚼性）、凝胶强度、持水性(WHC)、蒸煮损失值以及凝胶的微观结构。所有数据均采用SPSS软件进行方差分析和Duncan多重比较。样本来源于海口市水产市场购买的新鲜罗非鱼。
3.1. DBD-CP处理对乳化特性的影响
随着CP处理时间延长或电压升高，TMP的乳化活性指数(EAI)和乳化稳定性指数(ESI)均呈现先升高后降低的趋势。在70 kV电压下处理3分钟时，EAI和ESI达到峰值，较未处理对照组分别显著提高了56.34%和41.15%。过度处理（如4分钟或80 kV）则导致EAI和ESI下降。Turbiscan稳定性指数(TSI)的变化趋势与EAI、ESI一致，在最佳处理条件下TSI值最低，表明乳液稳定性最佳。这归因于适度的CP处理使TMP分子部分展开，疏水基团暴露，增强了与油的结合能力；过度处理则引发蛋白质过度氧化聚集，反而损害乳化性能。
3.2. DBD-CP处理对粒径分布和Zeta电位的影响
CP处理使乳液粒径分布曲线向小粒径方向移动，峰形更尖锐，表明粒径分布更均匀。在最佳处理条件下（70 kV/3 min），粒径最小。同时，乳液中颗粒的Zeta电位(ζ-电位)绝对值显著高于对照组，表明CP处理增强了颗粒间的静电排斥力，提高了乳液物理稳定性。过度处理导致粒径增大，ζ-电位绝对值下降，这与蛋白质分子间相互作用增强、发生聚集有关。
3.3. DBD-CP处理对流变学性质的影响
在所有CP处理组中，乳液的储能模量(G')均高于损耗模量(G'')，表明乳液形成了以弹性为主的类凝胶结构。G'和G''值随着处理时间/电压的增加先升高后降低，在最佳处理条件下达到最大值。这表明适度的CP处理增强了乳液体系的粘弹性和稳定性，而过度的处理则因蛋白质聚集和液滴絮凝导致流变学性质下降。
3.4. DBD-CP处理对乳液微观结构的影响
显微镜观察显示，未经CP处理的对照组乳液油滴尺寸较大且分布不均，存在絮凝和聚集现象。经适度CP处理后，油滴尺寸明显减小，分布更加均匀。在过度处理条件下，油滴尺寸再次增大并出现聚集现象，这与粒径分析和乳化指标的结果相互印证，直观反映了CP处理对乳液稳定性的影响。
3.5. DBD-CP处理条件对凝胶颜色的影响
CP处理导致凝胶的L值（亮度）和白度(Whiteness, WI)显著增加，a值（红绿度）和b值（黄蓝度）的变化较小（小于1.5），视觉上难以察觉。L值和白度的增加与凝胶持水性(WHC)的提高有关，因为水分增加会增强光反射。
3.6. DBD-CP处理条件对凝胶质构剖面的影响
质构剖面分析(TPA)显示，凝胶的硬度、胶粘性、咀嚼性均随着CP处理时间/电压的增加先显著提高后降低。在60 kV处理3分钟时，硬度达到最大值。弹性(Springiness)和内聚性(Cohesiveness)的变化不显著。硬度的增加归因于CP处理诱导蛋白质三级结构部分展开，暴露内部活性位点，促进分子间交联（如二硫键形成）；过度处理则导致蛋白质过度聚集，结构致密化反而使硬度下降。
3.7. DBD-CP处理条件对凝胶强度的影响
凝胶强度随处理时间延长和电压升高呈现先增强后减弱的趋势。在60 kV处理3分钟时，凝胶强度达到峰值，较对照组显著增加。适度的CP处理通过氧化游离巯基形成分子间二硫键，并减小蛋白质分子粒径，促进了致密均匀凝胶网络的形成，从而提高了凝胶强度。过度处理产生的过量自由基会破坏凝胶结构，导致强度下降。
3.8. DBD-CP处理条件对持水性(WHC)和蒸煮损失值的影响
凝胶的持水性(WHC)随CP处理时间延长和电压升高先增加后减少，而蒸煮损失值则呈现相反的先降低后升高的趋势。在最佳处理条件下（60 kV/3 min），WHC最高，蒸煮损失值最低。这表明适度的CP处理促进了更致密凝胶网络的形成，能更好地束缚水分。过度处理可能导致蛋白质损伤，网络结构破坏，从而降低WHC并增加蒸煮损失。
3.9. DBD-CP处理条件对微观结构的影响
扫描电镜(SEM)观察显示，未经CP处理的TMP凝胶结构松散、不均匀且表面光滑。经适度CP处理后，凝胶微观结构转变为更加规则、致密和均匀的三维网络。这种结构变化与凝胶强度、WHC的提高以及蒸煮损失值的降低直接相关，证实了CP处理能有效促进蛋白质分子间的交联。过度处理（如超过3分钟）则导致凝胶出现较大孔洞，表明蛋白质分子间连接不紧密或发生凝固，凝胶性能下降。
本研究明确证实，冷等离子体(CP)处理的时间和电压参数对罗非鱼肌原纤维蛋白(TMP)的乳化性和凝胶性具有显著且可调控的影响。适度的CP处理（乳化特性优化条件：70 kV, 3 min；凝胶特性优化条件：60 kV, 3 min）能有效改善TMP的功能性质。其机理主要在于CP产生的活性物质诱导蛋白质分子适度展开，暴露疏水基团和活性位点，促进分子间相互作用（如二硫键形成），从而改善乳化稳定性并形成致密均匀的凝胶网络。然而，过长的处理时间或过高的电压会导致蛋白质过度氧化和聚集，反而损害其功能特性。因此，精确控制CP处理参数至关重要。
该研究的意义在于系统阐明了DBD-CP处理调控TMP功能特性的规律和机制，为CP这种非热加工技术应用于水产品蛋白质改性提供了坚实的实验证据和理论指导。研究成果不仅有助于提升罗非鱼加工制品的品质（如改善鱼糜制品的质地、口感和出品率，提高乳化类鱼制品的稳定性），也为开发新型功能性鱼蛋白配料、增加罗非鱼加工附加值开辟了新的技术途径，符合食品工业对清洁标签、高效节能加工技术的需求，具有重要的理论价值和广阔的应用前景。
