《Food Chemistry》：Ultrasound-induced ternary composite system for off-flavor reduction in thermally processed egg white proteins
编辑推荐：
乳清蛋白（EWPs）热加工产生异味，通过酪蛋白（CNs）与木糖醇（XY）形成的三元复合系统（ECX）结合高强度超声（HIU）处理，显著降低硫味和鱼腥味化合物三甲胺（1.21±0.05）和3-丁烯腈（0.77±0.04），同时增加酯类和醛类有益风味物质。GC-IMS、电子鼻和电子舌结合多变量分析验证HIU辅助ECX能有效调控挥发性有机物（VOCs），为高蛋白饮料异味控制提供新策略。
Mohamed Salama|Mostafa Gouda|Mahmoud Abou-Elsoud|Xiaomeng Li|Long Sheng|Zhaoxia Cai
中国华中农业大学食品科学与技术学院湖北红山实验室，武汉430070
摘要
蛋清蛋白（EWPs）的热处理常常会导致食品产生鱼腥味。本研究开发了三元复合系统（ECX），使用酪蛋白（CNs）和木糖醇（XY），并结合高强度超声波（HIU）来减轻异味的产生。通过GC-IMS对挥发性有机化合物（VOCs）进行了分析，同时利用电子鼻（E-nose）和电子舌（E-tongue）结合多元分析方法评估了感官变化。结果表明检测到了46种挥发性物质，其中包括18种具有气味的化合物。值得注意的是，与未经处理的蛋清蛋白相比，经过10分钟高强度超声波处理后，三甲胺（1.21±0.05 a.u.）和3-丁烯腈（0.77±0.04）的含量显著降低（未经处理的分别为2.67±0.04和2.40±0.09）。同时，酯类和醛类的含量有所增加，表明对关键香气化合物进行了定向调节。蛋白质与多元醇的相互作用增强了电子鼻和电子舌检测到的有利挥发性物质（例如1-丁基醋酸酯、戊基甲酸酯）。总之，高强度超声波辅助的三元复合系统为控制加热后高蛋白饮料中的异味提供了一种有前景的方法。
引言
由于卵白蛋白（OVA）和卵转铁蛋白（OVT）等功能性蛋白质的多功能性，全球对富含营养的蛋液的需求正在上升，这推动了该领域的发展（Tian等人，2024年；Yang、Chen等人，2024年；Y. Zhang等人，2024年）。蛋清蛋白（EWPs）是一种经济高效的高质量蛋白质来源，其氨基酸组成优于牛奶和大豆。然而，它们的工业加工和储存过程中常常在高温下发生变性和氧化，从而影响其成分和功能（Nasiru等人，2022年）。这种现象与工业产品的味道和气味密切相关，而这些因素对于评估其风味至关重要（Koehler等人，2024年）。杀菌处理的蛋清蛋白最显著的缺点之一是会产生硫味或鱼腥味，这限制了它们在食品工业中的应用（Sun、Li等人，2025年）。这种异味很可能来源于三甲胺，这种化合物无法被鸡完全代谢，会残留在蛋白质中（Fan等人，2025年）。因此，需要开发新的方法，使蛋清蛋白能够在不影响风味的情况下在食品行业中得到可持续利用，并提高消费者的接受度。目前正在评估一些新兴技术，以改变蛋清蛋白的结构，从而增强其功能和风味，特别是与蛋白质-蛋白质和蛋白质-多糖相互作用相关的技术（Salama、Gouda、Abou-Elsoud、Li等人，2025年）。T. Zhang等人（2020年）报告称，将大豆蛋白分离物（SPI）与蛋清蛋白结合可以减少其挥发性有机化合物（VOCs）的含量。J. Li等人（2024年）证明，SPI与壳聚糖的复合通过静电相互作用和空间位阻有效减轻了豆腥味。因此，这两种方法都为提高SPI的感官质量提供了可行的解决方案，尤其是在与美拉德反应的结合方面（Qiu等人，2025年）。酪蛋白胶束与牛奶脂肪的复合显著减少了基于牛奶的饮料中的硫味和鱼腥味（Whitt等人，2022年）。最近，SPI与壳聚糖和表没食子儿茶素没食子酸酯形成的三元复合物有效减轻了SPI特有的收敛性异味，显著改善了其风味（Bourouis等人，2026年）。
有趣的是，非热处理或绿色技术（如高强度超声波（HIU）在减轻基于蛋白质的产品和饮料中的异味方面受到了更多关注（Lee & Lee，2023年）。它能有效促进风味的释放并增加VOCs的提取（Gouda等人，2021年；M. Zhang等人，2025年）。H. Li等人（2025年）证明，300瓦的超声波处理显著增强了禽肉的风味，增强了鲜味成分并提高了整体口感。在卡莎尔奶酪中也观察到了类似的效果，超声波辅助的辅助培养加速了成熟过程并丰富了挥发性成分（Y?lmaz等人，2025年）。Mu等人（2022年）指出，20千赫兹、400瓦的高强度超声波处理7分钟后显著减少了豆浆（SM）的豆腥味。这归因于空化效应和产生的活性自由基，它们掩盖了豆浆中脂氧合酶的活性。此外，Zhao、Wang等人（2024年）将木糖寡糖加入300瓦、20分钟的超声波处理中，以增强牡蛎蛋白的风味。他们的研究发现，超声波诱导的美拉德反应减少了鱼腥味并增强了肉味。因此，研究高强度超声波和木糖寡糖对蛋清蛋白风味化合物的协同效应对于其工业应用至关重要。
配备离子迁移谱（IMS）的气相色谱（GC）能有效定量食品中的VOCs。与GC–MS相比，GC-IMS具有更快的检测速度、更简单的样品制备过程以及对微量VOCs更高的灵敏度（M. Zhang等人，2025年）。GC-IMS的优势使其在评估食品质量和分析风味特征方面更为有效（Sun、Li等人，2025年；Sun、Yu等人，2025年）。此外，包括电子鼻和电子舌在内的智能传感器提高了蛋清蛋白风味分析的客观性，同时保留了人类的感官感知（Gouda等人，2019年；Nasiru等人，2022年）。此外，蛋清蛋白的风味受到热处理过程中挥发性化合物的显著影响。因此，GC-IMS、电子鼻和电子舌的结合有助于快速、精确和敏感地监测蛋清蛋白中的气味特征。
关于多元分析，正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）模型被证明是一种先进的化学计量方法，能够揭示复杂数据中与目标变量相关的模式，有效区分VOCs（Sun、Li等人，2025年）。这是一种监督学习方法，可以识别区分不同组别的关键变量，促进VOCs与蛋清蛋白处理之间的相关性建模（Nasiru等人，2022年）。OPLS-DA的一个关键优势是其变量重要性投影（VIP）得分，该得分突出了对分类最关键的变量（Gouda等人，2024年；M. Zhang等人，2025年）。因此，OPLS-DA对于识别定义和区分食品风味的关键化合物至关重要，有助于提高风味分析的清晰度（Yang、Liu等人，2024年）。
在工业上，热处理的蛋清蛋白常常会产生持久的异味，现有的方法（如包覆、酶处理或简单的蛋白质混合）在控制特定挥发性化合物的形成途径方面效果有限。为了解决这一问题，本研究提出了一种新策略，利用蛋清蛋白与酪蛋白的定制相互作用，以及结合高强度超声波的ECX三元复合系统（ECX-CNs-XY），在加热前后调节香气的形成。与以往主要关注掩盖异味的技术不同，本研究提出了一种基于机制的结合系统，旨在通过蛋白质-蛋白质和蛋白质-多糖的功能性在分子水平上干扰异味的产生。通过结合GC-IMS和智能感官技术以及多元统计建模，本研究首次系统地使用超声波增强的三元复合系统来改善热处理蛋清蛋白的风味质量，从而为高蛋白胶体系统中的异味控制开辟了新的方向。
化学物质和材料
酪蛋白（CNs；纯度≥92%；CAS编号：9000-71-9；PubChem CID：73995022）和木糖醇（XY；纯度≥99%；PubChem CID：6912）购自中国上海的中药化学试剂有限公司。使用叠氮化钠（NaN?；纯度≥99.5%；CAS编号：26628–22-8；PubChem CID：33557）作为抗菌剂。所有试剂均为分析级或HPLC级。高强度超声波（HIU）处理使用SCIENTZ JY92-IIN超声波处理器（300瓦，20千赫兹；中国宁波）进行。使用GC-IMS分析VOCs
使用GC-IMS基于信号强度（a.u.）和HeightAboveAreaMin评估方法，对加热前后的EWP、T1、T2、T3和T4处理中的VOCs进行了鉴定和半定量。如图1A所示，超声波处理过的样品在加热前的信号强度最高，表明其VOCs含量更高。加热后，所有样品的信号强度显著增加，突显了热量对VOCs含量的影响。结论
本研究提出了一种利用ECX复合体的新型蛋清蛋白风味调节策略，通过高强度超声波的协同作用显著减少了异味化合物。GC-IMS分析发现了46种挥发性化合物，其中包括18种通过ROAV（ROAV ≥1）确定为关键风味标志物的化合物。值得注意的是，3-丁烯腈和三甲胺是加热后蛋清蛋白中硫味的主要指标。经过5分钟和10分钟高强度超声波处理的ECX复合系统显著降低了这些化合物的含量。
CRediT作者贡献声明
Mohamed Salama：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，数据可视化，验证，软件应用，方法论设计，数据分析，概念化。Mostafa Gouda：撰写 – 审稿与编辑，数据可视化，验证，方法论设计。Mahmoud Abou-Elsoud：撰写 – 审稿与编辑，数据分析。Xiaomeng Li：软件应用。Long Sheng：撰写 – 审稿与编辑，数据可视化，验证，方法论设计。Zhaoxia Cai：撰写 – 审稿与编辑，项目监督。利益冲突声明
作者声明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
本工作得到了山东省中央引导地方科技发展项目（YDZX2024056）的支持。
