《LWT》：Cold atmospheric plasma–antioxidant synergy improves the gel structure of squid surimi
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为解决鱿鱼鱼糜因内源性蛋白酶活跃和加工中蛋白质氧化导致凝胶品质差的问题，本研究探讨了冷大气等离子体(CAP)与茶多酚(TP)/辛基没食子酸(OG)等抗氧化剂协同处理的作用。结果表明，CAP-抗氧化剂协同处理能有效钝化蛋白酶、调节蛋白氧化进程，促进二硫键和疏水相互作用形成，从而显著增强鱼糜凝胶的强度、持水性和质构。该研究为利用非热加工技术协同天然成分精准调控水产蛋白凝胶品质提供了新策略。
鱿鱼，特别是茎柔鱼(Dosidicus gigas)，因其产量丰富、成本低廉且营养均衡，已成为鱼糜加工的重要原料。然而，由鱿鱼制成的鱼糜通常面临着凝胶性能不佳的困境，这主要归咎于其过高的水分含量和活跃的内源性蛋白酶。较差的凝胶强度、弹性和持水性，限制了鱿鱼鱼糜在高附加值产品中的应用。如何提升鱿鱼鱼糜的凝胶品质，成为水产加工领域亟待破解的关键难题。
传统的改善策略主要围绕两条路径展开：一是添加外源性物质，如多糖、多酚和复合乳液，以增强凝胶的结构与功能；二是优化工艺流程，例如通过漂洗部分去除蛋白酶，或采用连续微波加热来改善凝胶完整性。然而，这些方法或存在添加剂安全性争议，或难以从根本上抑制蛋白酶的破坏作用。近年来，一种名为冷大气等离子体(Cold Atmospheric Plasma, CAP)的非热、环境友好型技术崭露头角。CAP通过气体电离产生包括臭氧、羟基自由基在内的活性氧氮物种(Reactive Oxygen and Nitrogen Species, RONS)，能高效杀灭表面微生物、钝化内源酶（如导致凝胶劣化的蛋白酶），从而延长产品货架期。但与此同时，CAP处理也可能引发脂质氧化和蛋白质降解，对产品风味和总体品质构成潜在威胁。这就产生了一个矛盾：我们能否在利用CAP钝化酶活、提升凝胶品质的同时，有效控制其带来的氧化损伤？
抗氧化剂，作为食品加工中常用的外源添加剂，似乎提供了一个可能的解决方案。其中，天然提取的茶多酚(Tea Polyphenols, TP)和广泛使用的酚酯辛基没食子酸(Octyl Gallate, OG)均具有强自由基清除能力。而丁基羟基茴香醚(Butylated Hydroxyanisole, BHA)则是一种合成抗氧化剂，以其稳定性和抗菌效果著称。那么，这些抗氧化剂能否“驯服”CAP产生的氧化压力，变“破坏”为“建设”，从而协同提升鱿鱼鱼糜的凝胶质量呢？发表在《LWT - Food Science and Technology》上的这项研究，正是为了回答这一问题而展开。
为了探究CAP与抗氧化剂对鱿鱼鱼糜凝胶的协同效应，研究人员设计并实施了一系列实验。研究首先评估了CAP处理（在不同电压和时间下）对三种抗氧化剂（TP、BHA、OG）自身自由基清除能力的影响。接着，从市场获取的鱿鱼被制成鱼糜，并分成多个实验组：未处理对照组(CON)、单独添加抗氧化剂组（T, B, O）、单独CAP处理组、以及CAP与抗氧化剂联合处理组（TP-CAP, BHA-CAP, OG-CAP）。研究团队系统分析了处理对肌原纤维蛋白理化性质（如溶解度、表面疏水性、总巯基含量、Ca2+-ATPase活性）的影响，并制备了鱼糜凝胶，对其色泽、凝胶强度、持水性(Water-Holding Capacity, WHC)、化学作用力（离子键、氢键、疏水相互作用、二硫键）、流变学性质以及蛋白质二级结构进行了全面表征。关键技术方法包括：利用DPPH和ABTS法评估抗氧化活性；傅里叶变换红外光谱(Fourier-Transform Infrared, FTIR)分析抗氧化剂结构变化；采用溴酚蓝结合法测定蛋白质表面疏水性；使用质构分析仪测定凝胶破断力和变形度；通过化学试剂提取法量化维持凝胶的化学作用力；利用流变仪进行温度扫描获取储能模量(G′)和损耗因子(tan δ)；并借助拉曼光谱(Raman spectroscopy)分析凝胶中蛋白质的二级结构组成。
研究结果揭示了一系列有趣且重要的发现：
3.1. 抗氧化活性
CAP处理显著增强了抗氧化剂的自由基清除能力，特别是TP的ABTS●+清除率提升了38.63%，OG的DPPH●清除率提升了8.41%。FTIR分析表明，CAP处理导致抗氧化剂酚羟基的O-H伸缩振动峰发生红移，这意味着酚羟基的氢键作用力增强，氢原子更易被夺走，从而解释了其抗氧化活性提升的机理。
3.2. 蛋白质溶解度和表面疏水性分析
单独CAP处理使肌原纤维蛋白的溶解度和表面疏水性显著增加，表明CAP诱导的RONS使蛋白质部分展开，暴露出内部的疏水区域。单独添加TP或OG降低了蛋白质溶解度和疏水性，可能与多酚-蛋白质结合有关。而当CAP与TP或OG联用时，表面疏水性得到进一步调控，尤其是TP-CAP组疏水性最高，表明CAP激活了酚类物质，使其能引导蛋白质进行有序的展开和疏水基团暴露，而非无序聚集。
3.3. 总巯基含量和Ca2+-ATPase活性分析
单独CAP处理显著降低了总巯基含量和Ca2+-ATPase活性，证实其引起了蛋白质氧化，破坏了肌球蛋白头的功能结构。TP或OG与CAP联用则表现出显著的协同保护效应，能有效缓解氧化应激，保护肌球蛋白的功能完整性。相比之下，BHA无论单独使用还是与CAP联用，保护效果均较弱，可能与其脂溶性强、在水相鱼糜体系中分散性差有关。
3.4. 鱼糜凝胶物理特性分析
在凝胶品质方面，单独CAP处理提高了鱼糜凝胶的白度和凝胶强度（破断力和变形度）。然而，抗氧化剂（尤其是TP）的添加会因其自身颜色而降低凝胶白度。在凝胶强度上，CAP与抗氧化剂联用产生了最佳效果，例如OG-CAP组的破断力比对照组提高了60.4%。在持水性(WHC)上，CAP处理显著提升了WHC，但BHA和BHA-CAP组的WHC却显著低于其他组，再次印证了BHA在含水体系中的局限性。
3.5. 化学相互作用分析
对维持凝胶网络化学作用力的分析发现，CAP处理显著增加了疏水相互作用和二硫键的含量。引人注目的是，CAP与抗氧化剂（特别是TP和OG）联用后，二硫键含量达到了最高水平。这颠覆了“抗氧化剂抑制氧化故应减少二硫键形成”的常规认知。研究指出，多酚类抗氧化剂的作用并非简单抑制氧化，而是调节氧化进程：它们清除过量的自由基，将CAP造成的剧烈、无序氧化环境转化为可控、温和的氧化环境，使得蛋白质分子能够有序展开、对齐，从而在后续热诱导凝胶化过程中更高效地形成结构稳定的二硫键。
3.6. 流变学特性分析
流变学温度扫描显示，所有处理组的储能模量(G′)在凝胶化阶段（60-90°C）的增幅均高于对照组，表明处理和抗氧化剂均有助于形成更高质量的凝胶网络。CAP处理组在整个加热过程中表现出更高的G′值和更低的损耗因子(tan δ)，说明其能更有效地抑制内源酶活，促进形成弹性更强、更稳固的凝胶网络。
3.7. 蛋白质二级结构分析
拉曼光谱分析表明，CAP处理促使蛋白质二级结构发生转变：α-螺旋含量减少，β-折叠含量显著增加。这种从有序螺旋向折叠结构的转变，有利于分子间氢键和疏水相互作用的形成，从而构建更致密的交联网络。TP-CAP和OG-CAP处理在促进β-折叠形成的同时，保持了相对较高的α-螺旋含量，说明这两种抗氧化剂调节了蛋白质构象变化，避免了因过度氧化导致的蛋白质无序聚集，有利于形成更均匀、稳定的凝胶网络。
3.8. 相关性分析
最终的皮尔逊相关性分析为上述机理提供了统计学支撑：凝胶破断力与疏水相互作用、二硫键含量呈极强的正相关，与β-折叠含量也显著正相关。而总巯基含量则与β-折叠含量、破断距离呈强负相关，说明在鱼糜体系中，过高的巯基含量可能意味着蛋白质交联不足或已被蛋白酶降解，对应的是脆弱的凝胶结构。
结论与讨论
本研究得出结论，冷大气等离子体处理是一把“双刃剑”：它能通过钝化内源性蛋白酶和诱导蛋白质适度展开来改善鱿鱼鱼糜的凝胶强度和白度，但也会不可避免地引发蛋白质氧化损伤。然而，这种氧化并非全然有害，关键在于如何“调控”而非“消除”。天然多酚类抗氧化剂，尤其是茶多酚和辛基没食子酸，在其中扮演了“调控者”和“协同者”的关键角色。它们通过与CAP的协同作用，将剧烈的、破坏性的氧化过程转变为温和的、建设性的修饰过程。这种协同作用体现在：1) CAP激活了抗氧化剂自身的酚羟基，提升了其自由基清除能力；2) 被激活的抗氧化剂有效清除了过量的自由基，保护了肌球蛋白的功能结构；3) 在可控的氧化环境下，蛋白质得以有序展开，暴露出反应位点，促进了疏水相互作用和特别是二硫键这种强共价键的有序形成，最终构建出更致密、更坚固、持水性更强的三维凝胶网络。
该研究的重要意义在于，它超越了简单地应用新技术或添加剂以对抗食品加工中的负面问题（如酶活和氧化），而是提出了一种“利用-调控”协同的新策略。通过将非热加工技术（CAP）与天然活性成分（多酚）有机结合，实现了对蛋白质凝胶化过程的精准调控，从而同步提升产品的质地、功能和潜在营养价值。这为水产加工，尤其是针对凝胶特性提升困难的鱿鱼等物种，提供了创新性的理论依据和实践方案，同时也为CAP技术在食品蛋白质改性领域的更广泛应用开辟了新的前景。研究还明确指出了抗氧化剂在实际体系中的效力与其理化性质（如水溶性、分散性）密切相关，这对未来开发高效食品添加剂具有重要指导价值。
