《Food Bioscience》：Synergistic effects of ultrasonic pre-treatment and
Lactiplantibacillus plantarum L6 on protein hydrolysis and flavor development in air-dried duck legs
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超声预处理结合乳酸菌发酵可协同促进鸭腿干制品中蛋白质降解，提升质地和风味。通过筛选产蛋白酶菌株L6并检测其酶活性，发现超声处理破坏肌肉结构，增强微生物渗透和酶分泌，加速蛋白水解生成游离氨基酸，进而促进26种挥发性风味化合物的形成，其中戊醛、己醛等贡献显著。
余亮|史子航|胡洋洋|孙阳阳|夏强|周长宇|潘道东
中国浙江省宁波市宁波大学食品科学与工程学院农产品安全国家重点实验室，315211
摘要
本研究探讨了超声波预处理和接种Lactiplantibacillus plantarum L6对风干鸭腿蛋白质降解和风味形成的影响。从自然发酵食品中分离并筛选出一种具有蛋白酶活性的菌株L6。超声波处理通过破坏肌纤维蛋白网络结构降低了肉制品的硬度，同时促进了菌株L6的渗透和生长，并增强了微生物蛋白酶的分泌。超声波激活了肉中的内源性蛋白酶，从而增强了蛋白酶与其底物之间的相互作用。内源性和微生物蛋白酶活性的提高加速了蛋白质水解，不仅降低了风干肉制品的硬度并改善了其质地，还增加了游离氨基酸的含量。游离氨基酸水平的升高进一步促进了风味化合物的形成，从而提升了整体感官品质。我们鉴定出26种挥发性风味化合物，并通过气味活性值（OAV）发现戊醛、己醛、1-己醇、庚醛、甲基己酸和壬醛是香气的主要贡献者。这些发现揭示了超声波和微生物发酵驱动蛋白质降解和风味发展的机制，为生产具有优异风味和质地的风干肉制品提供了科学依据。
引言
鸭肉制品含有较高的蛋白质含量和生物量值（BV），且含有适量的必需氨基酸，因此在人们的饮食中广泛使用（Lorenzo等人，2011年）。作为中国传统风干肉制品，风干鸭和风干鸭腿因其独特的风味而受到消费者的喜爱。传统上，风干鸭的生产依赖于自然环境条件下的自发发酵。然而，这一过程耗时较长，并且容易受到气候和环境微生物群落等外部因素的影响（Liu等人，2025年）。长时间的发酵最终会损害最终产品的质地、营养价值和感官特性。为了解决这些问题，采用选定的发酵剂进行控制发酵被提出作为一种有效策略，以加速发酵过程并提高发酵肉制品的质量和风味（Chen等人，2017年）。
微生物发酵是提高肉制品质量的有效方法，其中乳酸菌（LAB）常被用作发酵剂。微生物分泌的蛋白酶可以将蛋白质水解为小肽和游离氨基酸。肉中肌纤维蛋白的水解改善了肉制品的质地并增强了其嫩度。同时，产生的游离氨基酸作为风味物质和前体，在塑造整体风味方面起着关键作用（Wang等人，2022年）。Wang等人（2022年）发现添加蛋白酶可以促进蛋白质降解，从而改善风味。此外，在微生物发酵过程中，脂质水解会产生游离脂肪酸；其中的不饱和脂肪酸可以氧化形成低分子量芳香化合物（Xia等人，2023年）。然而，使用LAB在发酵肉制品中也存在一定的局限性。复杂的肉蛋白结构和紧密的质地可能会阻碍LAB的渗透和定植，从而降低发酵效率。此外，与LAB相关的较长发酵周期可能导致最终产品的生产效率下降。
超声波作为一种非热处理技术，具有显著的机械效应和空化效应，这些效应是影响肉制品物理化学性质的主要机制。适当的超声波应用已被证明可以增强蛋白质水解并刺激内源性蛋白酶的活性，从而改善肉的质量和风味。例如，Zou等人（2018年）报告称，超声波组的肌纤维碎片指数（MFI）显著更高。超声波产生的强剪切力不仅促进了肌浆蛋白和肌纤维蛋白（MP）的快速切割和降解，还促进了内源性嫩化酶的释放，最终改善了肉的质地。在风干条件下，肉制品的水分含量急剧下降，导致硬度显著增加，这限制了微生物的渗透和繁殖，从而抑制了发酵过程（Hu等人，2023年）。超声波处理可以有效缓解这一限制：超声波产生的空化效应破坏了肌肉微结构，从而促进了微生物的渗透。此外，超声波处理提高了风干肉制品的持水能力（Pan等人，2024年），为微生物的生长和定植创造了更有利的环境。与直接产生风味增强代谢物的微生物发酵相比，超声波处理在风味形成中的作用较为间接。因此，假设超声波与LAB发酵结合可能是提高风干肉制品质量的有效策略。
本研究探讨了超声波处理和LAB接种对风干鸭腿蛋白质水解和风味形成的影响。提出了一种将物理场处理与微生物发酵相结合的新策略，以优化风干肉制品的质量。超声波处理破坏了肌纤维蛋白结构，创造了有利于酶促水解的空间环境。通过筛选能够分泌胞外蛋白酶的LAB菌株，并将其与超声波处理结合，进一步增强了蛋白质水解。通过测量蛋白质水解指数、酶活性、游离氨基酸组成以及挥发性风味化合物的动态变化，本研究旨在评估超声波处理和乳酸菌发酵的协同作用是否可以促进蛋白质水解，从而产生更多的游离氨基酸。这一过程为风味化合物的形成提供了前体物质，最终提升了风干鸭腿的风味和质量。
材料
培根和泡菜购自RT-Mart超市（中国宁波）。每个平均重量为250克的鸭腿购自河南华英食品旗舰店。De Man、Rogosa和Sharpe（MRS）培养基以及乳酸菌琼脂培养基购自青岛高科技工业园区Hope生物技术有限公司，而三氯乙酸（TCA）、磷酸盐缓冲盐水（PBS）溶液、碳酸钙（CaCO3）、碳酸钠（Na2CO3）等试剂也来自该公司
产蛋白酶菌株的筛选与鉴定
筛选后，共鉴定出15株能够在含有1%脱脂牛奶的MRS培养基上形成水解区的LAB菌株（见补充图S2）。如图1A所示，有4株菌株形成的水解区直径大于2厘米。随后使用Folin方法测量了这4株菌株的蛋白酶活性。如图1B所示，L6菌株表现出最高的蛋白酶活性，其活性值为30.45±0.41 U/mL，表明L6菌株具有较高的蛋白酶活性
结论
本研究从培根和泡菜中分离出了具有高蛋白酶产生能力和良好适应加工环境的L. plantarum L6，并将其应用于风干鸭腿。结果表明，L. plantarum L6的蛋白酶活性达到30.45±0.41 U/mL，而L6与超声波的结合改善了肉的硬度和保水性。这可能主要是因为超声波处理破坏了肌肉组织
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
CRediT作者贡献声明
潘道东：项目管理、资金获取、概念构思。周长宇：方法学、概念构思。夏强：验证、监督、软件、资源。孙阳阳：数据整理、调查、数据分析。胡洋洋：可视化、调查、数据分析。史子航：写作——审稿与编辑、方法学、数据分析、数据整理。余亮：写作——初稿撰写、方法学、数据分析、概念构思
未引用参考文献
Li等人，2024年；Ma等人，2022年；Shi等人，2024年；Wang等人，2022年；Wang等人，2022年；Zhou等人，2019年。伦理声明
感官评估实验并未强制参与者参与，参与者事先已被告知实验内容，并可随时退出研究。感官评估方案已获得宁波大学机构审查委员会（NU-IRB）的批准，并获得了所有参与者的知情同意。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了中国国家重点研发计划（2024YFD2100401）、浙江省“三农九方向”科技合作计划（2025SNJF086）、国家自然科学基金（U24A20465）以及中国农业研究系统（MOF和MARA，CARS-42-25）的支持。
