《Food Chemistry》：Cold plasma precipitation of sarcoplasmic proteins from surimi wastewater: Differential structural modifications of biphasic proteins mediate dynamic transformation
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冷等离子体处理通过调节溶液pH至SP等电点附近，引发氧化修饰和结构重组，促使SP形成可逆的两相分布，其中β-折叠含量增加和共价键形成是沉淀的关键机制，不同SP蛋白分子对活性物质的响应差异决定了选择性沉淀过程。
强李|卢建峰|蔡志成|宋园|王宏|叶涛|林琳|苗文华|郑斌|薛长虎
中国合肥工业大学食品与生物工程学院，教育部生物过程工程研究中心
摘要
冷等离子体（CP）可以诱导鱼糜废水中肌浆蛋白（SP）的部分沉淀，导致SP形成两相分布。通过比较CP处理过程中总SP和未沉淀SP的变化，有助于阐明SP对CP的响应机制。CP的蚀刻作用破坏了SP的高阶结构，增强了其内在荧光，并同时增加了β-折叠片的相对含量。这些可溶性聚集体在氧化作用下进一步交联，形成初始沉淀物，其氢键和二硫键含量显著增加。当CP酸化溶液接近蛋白质的等电点时，构象转变和共价键的形成会进一步加剧。凝胶电泳和分子对接的结果表明，不同蛋白质分子对反应物质的响应程度是CP选择性沉淀SP的关键因素。
引言
2024年，中国鱼糜产品的产量约为132.08万吨（中国农业与农村事务部渔业管理局，2025年，第89页）。鱼糜生产通常需要两到三轮水化过程，使用的水量是鱼肉重量的3到5倍，以提高产品质量（Li等人，2025年）。由此产生的废水中含有蛋白质、脂类和少量无机盐，导致营养损失以及较高的化学需氧量和生物需氧量。虽然由于脂肪密度低且容易浮起，可以很容易地去除，但水溶性蛋白质（主要是肌浆蛋白SP）仍均匀分散在水相中，这对净化来说是一个挑战。SP约占总肌肉蛋白的30%，包括肌红蛋白、血红蛋白和各种糖酵解酶（Bendixen，2005年）。同时，SP在食品加工中表现出的优异性能使其在沉淀应用中具有很大潜力（Ding等人，2022年；Tadpitchayangkoon等人，2010年）。
蛋白质沉淀主要通过诱导聚集来降低其溶解度。盐沉淀通过引入高离子浓度来竞争水分子，从而降低蛋白质的溶解度（Duan & Wang，2024年）。有机溶剂或聚合物通过降低溶剂的介电常数或通过空间排斥作用促进沉淀（Mattiasson等人，2007年）。由于可能引入有害化学物质，这些方法更适合工业水处理应用，如污泥脱水（Liu等人，2024年），而对于可食用蛋白质的回收则适用更严格的标准。等电沉淀通过中和表面电荷和减少蛋白质间的静电排斥来引发聚集。pH值调节法就是基于这种方法，常用于可食用蛋白质的修饰和回收（Ding等人，2022年；Tadpitchayangkoon等人，2010年）。此外，还有一些新技术也被发现对蛋白质沉淀有积极影响（Mondor等人，2004年；Zhou等人，2022年）。然而，现有方法面临多种挑战，包括沉淀效率低、蛋白质功能丧失和运营成本高。此外，所有沉淀技术都会导致蛋白质系统呈现两相分布（沉淀相和溶解相）。这种差异可能是由于在相同处理条件下发生的多种机制共同作用的结果。尽管大多数研究集中在目标相的变化上，但研究非目标相可能为提高目标产率提供有价值的见解。这种方法将通过综合策略促进蛋白质资源的高效、全成分利用。
冷等离子体（CP）被认为是一种可持续的绿色蛋白质修饰技术。在接近室温的条件下，CP中的高能活性物质（如活性氧物种（ROS）和活性氮物种（RNS）可以诱导蛋白质的氧化修饰、结构解聚或交联，从而改变其功能特性（Sarangapani等人，2018年）。CP可以通过介质阻挡放电、电晕放电和等离子体射流产生，并可适用于具有不同特性的食品成分。在将CP技术应用于富含蛋白质的食品方面已取得显著进展（Tolouie等人，2018年）。CP处理通过破坏氢键促进蛋白质展开，同时增强表面电荷排斥并暴露疏水基团，这显著提高了蛋白质的溶解度和界面吸附效率（Tan等人，2024年；Wang等人，2024年）。此外，CP还可以通过诱导蛋白质二级结构的变化、二硫键的形成和增强疏水相互作用来降低蛋白质的溶解度并改善凝胶化性能（Cheng等人，2023年；Qian等人，2021年）。这些结果表明CP在蛋白质修饰方面具有选择性。这些差异归因于等离子体物种的反应性、蛋白质结构特征和处理参数的不同（Tolouie等人，2018年）。多项研究评估了CP诱导的肌浆蛋白（SP）沉淀。例如，直接用等离子体射流处理液体表面以上或以下可以促进SP沉淀并增强溶液中的抗氧化酶活性（Li等人，2025年；Wang等人，2024年）；然而，作为多样化的蛋白质家族，SP在氨基酸组成和结构特性上存在显著差异。以下关键问题仍未解决：CP是否对不同的SP蛋白质具有选择性影响？这些差异反应与CP处理条件有何关联？需要系统性的研究来为CP在复杂系统中的应用建立多角度的理论基础，并推动蛋白质科学的发展。
在本研究中，我们研究了CP处理后的SP沉淀现象。从总肌浆蛋白（TSP）和未沉淀肌浆蛋白（USP）的角度，利用CP干预研究了蛋白质两相形成的链生化效应。采用“表观梯度–构象重排–分子响应”的连续、相互印证的研究方法，我们提出了一个定向筛选理论，用于CP介导的SP沉淀回收。本研究的结果完善了CP在复杂蛋白质系统中差异响应的理论，以及形成两相蛋白质系统所涉及的多途径相互作用。我们的发现为蛋白质资源的可持续利用提供了宝贵的见解和基础。
材料
新鲜银鱼（1.5–2.0公斤）从安徽省年埠农贸市场购买。所有化学试剂均为分析级，购自国耀化学试剂有限公司（上海）。
SP溶液的制备
新鲜银鱼肉切碎后，用三倍体积的去离子水（4°C）冲洗15分钟。混合物在4°C下以6000×g的离心速度离心10分钟。上清液转移到分离漏斗中，静置10分钟。下层物质……
SP溶液微环境的变化
CP处理导致SP溶液出现明显的相特异性变化，最初表现为逐渐浑浊，随后澄清并出现可见沉淀，最终再次浑浊（图1A）。随着处理时间的延长，CP介导的酸化逐渐将溶液pH值降至5.04（p<0.05，图1B）。当处理时间达到100秒时，pH值为5.36，接近SP的等电点（Li等人，2025年）。SP表面的净电荷……
结论
本研究系统地阐明了CP处理通过调节溶液pH值、促进氧化修饰和促进构象重组来诱导SP选择性沉淀的机制。CP产生的活性物质使SP溶液酸化，从而降低蛋白质的溶解度并导致结构逐渐解体。尽管最大沉淀发生在等电点附近，但这一过程不仅仅是简单的等电效应……
作者贡献声明
强李：撰写–原始草稿、方法论、数据整理。卢建峰：撰写–审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取。蔡志成：实验研究。宋园：正式分析。王宏：方法论。叶涛：概念构思。林琳：项目管理。苗文华：资金获取。郑斌：资金获取。薛长虎：资金获取。
未引用参考文献
中国农业与农村事务部渔业管理局，2025年
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了中国农业研究体系（CARS-48）、安徽农业研究体系（AARS-08）、国家重点研发计划（2023YFD2401500）以及中央高校基本科研业务费（PA2023GDGP0040和PA2024GDGP0037）的部分资助。
