《Journal of Microbiological Methods》：Production of bio-functional meat protein hydrolysate from
Piaractus brachypomus using
Pediococcus pentosaceus fermentation: Optimization and characterization
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基于鲶鱼肉蛋白的乳酸菌发酵水解工艺优化及功能特性研究，采用响应面法确定最佳条件为2%蔗糖、30%肉浓度、48小时发酵，所得水解物具有高抗氧化活性（DPPH 24.78 μM TE/mg，ABTS 21.87 μM TE/mg）、铁还原抗氧化能力（16.88 μM TE/mg）和铁螯合能力（15.97 μM EDTA/mg），同时表现出优异的溶解性（94.3%）、发泡性（FE 200.57）和乳化性（EAI 17.60 m2/g）。该绿色工艺避免商业酶使用，显著提升抗氧化、抗菌及功能性特性，为功能性食品开发提供新资源。
尼卢·苏雷什·巴布（Neelu Suresh Babu）| 塔纳吉·G·库德雷（Tanaji G. Kudre）
印度迈索尔CSIR-中央食品技术研究所肉类与海洋科学系，邮编570020
摘要
随着对天然抗氧化剂和可持续蛋白质成分需求的增加，迫切需要成本效益高且无需使用酶的策略来充分利用鱼类资源。本研究旨在优化使用Pediococcus pentosaceus对Piaractus brachypomus进行发酵水解的条件，以生产具有生物功能的（抗氧化和抗菌）肉蛋白水解物（PBMPH），并评估其物理化学和功能特性。响应面法（Response Surface Methodology）研究表明，蔗糖浓度为2%、肉蛋白浓度为30%以及发酵时间为48小时时，可获得最佳结果：PBMPH的水解程度高达49.68%，DPPH自由基清除活性为24.78 μM TE/mg，ABTS自由基清除活性为21.87 μM TE/mg，铁还原抗氧化能力为16.88 μM TE/mg，以及铁螯合能力为15.97 μM EDTA/mg。PBMPH对主要的食源性病原体表现出抗菌活性。该水解物含有71.94%的蛋白质，必需氨基酸比例均衡（46.63 g/100 g蛋白质），尤其是赖氨酸（8.49 g/100 g蛋白质）和亮氨酸（7.79 g/100 g蛋白质）含量丰富，同时生物胺含量较低（<5 mg/100 g），表明其适合食用。SDS-PAGE分析显示蛋白质从高分子量转化为低分子量肽。FTIR光谱显示存在β-折叠结构。此外，PBMPH具有优异的功能特性，包括高溶解度（94.3%）、起泡性（FE 200.57%）、乳化能力（EAI 17.60 m2/g）以及在宽pH范围内的吸水/油能力（3.7 ml/g）。与以往的研究相比，本研究采用了一种环保的微生物发酵方法，避免了使用商业蛋白酶，同时提升了产品的抗氧化、功能性和抗菌性能。总体而言，这些发现凸显了PBMPH作为功能性食品和营养补充剂天然生物活性成分的巨大潜力。
引言
近几十年来，全球鱼类消费量和渔业规模显著增长，这得益于人们认识到鱼类是优质蛋白质、重要脂肪酸和必需微量营养素的丰富来源。根据联合国粮食及农业组织（FAO）2024年的数据，2024年全球渔业和水产养殖产量达到2.232亿吨，比2020年增长了4.4%，显示出该行业的快速增长和经济重要性。由于鱼类具有降低慢性疾病风险等健康优势，其消费量逐渐超过红肉（Baraiya等人，2024年；Jensen等人，2024年）。在发展中国家，收入增加、城市化以及饮食模式的变化进一步推动了人们对鱼类产品的需求。2023-2024年度，作为全球第二大鱼类生产国的印度贡献了1.7445亿吨的产量（FAO，2024年）。尽管如此，收获后的处理、冷链基础设施以及附加值方面的持续挑战仍严重影响了产品的稳定性、保质期和市场竞争力，导致近27%的全球鱼类产量在到达消费者手中之前就损失了（Getu等人，2015年；Türkten等人，2025年）。
鱼类及其制品极易变质，容易发生脂质和蛋白质氧化，从而影响营养价值、感官品质和消费者接受度（Ali等人，2019年）。脂质氧化会产生自由基和次级氧化产物，导致异味、毒性和保质期缩短；蛋白质氧化则会导致结构变化、聚集和功能丧失（Qi等人，2022年）。这些问题凸显了需要创新保鲜和增值策略来提升鱼类产品的质量和市场竞争力。因此，在鱼类制品中添加抗氧化剂是减少氧化损伤和改善稳定性的关键措施。目前广泛使用的合成抗氧化剂如丙基没食子酸酯（PG）、丁基羟基茴香醚（BHA）、丁基羟基甲苯（BHT）和叔丁基对苯二酚（TBHQ）虽有效，但对其潜在健康风险的担忧引发了人们对天然抗氧化剂的兴趣（Begum等人，2024年）。
在天然抗氧化剂中，源自食品蛋白质的抗氧化肽因能够抑制脂质和蛋白质氧化并提供额外健康益处而受到关注。在这方面，鱼蛋白水解物（FPHs）因其高蛋白含量、优异的生物利用度和多种生物活性（包括抗氧化、降压、抗血栓、抗菌和抗肥胖作用）以及良好的技术功能特性而成为有前景的成分（Yathisha等人，2022年；Nemati等人，2024年）。水解过程中肌肉蛋白质的结构变化会显著影响其功能特性，从而影响整体产品质量（Zhang等人，2023年）。蛋白水解物具有重要的功能特性，如溶解度、乳化能力、起泡性和吸水/油能力，这些对于提升食品系统的功能表现和营养吸收至关重要（Hall等人，2018年；Kudre等人，2018年）。生物活性肽通常由2-30个氨基酸残基组成，在原始蛋白质中处于非活性状态，水解后释放出来，其生物活性受氨基酸组成、序列和水解程度的控制（Sripokar等人，2016年）。可控的蛋白质水解被认为是提高FPHs功能质量并保持其营养价值的有效方法。综上所述，FPHs成为功能性食品和营养补充剂中具有广泛应用前景的天然成分，有助于缓解氧化应激相关疾病（Wang等人，2021年）。
蛋白水解物可通过多种方法制备，包括化学方法、酶法、微生物发酵和新型技术。其中，酶介导的水解和微生物发酵因其优于化学方法的特异性和安全性而被广泛采用（Cruz-Casas等人，2021年）。然而，酶法水解常受商业酶成本高昂、对pH和温度敏感以及水解速率难以控制（可能导致肽过度分解和产生苦味）的限制，需要额外的处理步骤。最近，利用乳酸菌（LAB）对肉蛋白进行发酵水解的方法因成本低廉、环保且能提升水解物的消化性、安全性和功能性而受到关注（Nasri等人，2022年）。LAB发酵还能带来益生菌的好处，进一步增强水解物的健康促进作用（Singh，2025年）。目前，关于使用不同LAB菌株生产肉蛋白水解物的研究较少（Babu等人，2025年；Jemil等人，2014年；Rashid等人，2022年）。然而，尚未有关于使用Pediococcus pentosaceus发酵生产Piaractus brachypomus肉蛋白水解物的报道。P. pentosaceus是一种革兰氏阳性、不动的专性发酵乳酸菌，其独特的酶系统（包括蛋白酶和肽酶）能够将蛋白质转化为生物活性肽（Jiang等人，2021年），因此优化水解条件对于生产具有理想功能和抗氧化特性的水解物至关重要。水解条件、酶类型和底物特性等因素会影响水解物的物理化学和生物功能特性（Wang等人，2018年）。传统的优化方法耗时较长，且往往效果不佳。响应面法（RSM）是一种统计工具，可通过减少试验次数和识别变量相互作用来有效优化实验参数（Kumari和Gupta，2019年）。RSM已应用于多种来源的水解物生产优化，但在发酵水解中的应用仍需进一步探索。本研究旨在利用P. pentosaceus探索生产抗氧化性Piaractus brachypomus肉蛋白水解物（PBMPH）的最佳发酵条件，并对其物理化学和功能特性进行表征。
化学试剂
l-丝氨酸、十水合硼酸钠、Trolox（±）-6-羟基-2,5,7,8-四甲基chromane-2-羧酸、ABTS（2,2′-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid）二铵盐、DPPH（2,2-diphenyl?1-picrylhydrazyl）和乙腈购自Sigma-Aldrich（美国）。O-邻苯二甲醛（OPA）、DL-二硫苏糖醇（DTT）和铁氰化钠购自印度孟买的Sisco Research Laboratories Pvt. Ltd.（SRL）。MRS琼脂和肉汤以及营养琼脂和肉汤也用于实验。
使用响应面法优化PBM水解物的制备过程
响应面法（RSM）为所有选定的响应参数建立了可靠且统计上显著的模型。实验设计矩阵及观察到的响应值见表1。方差分析（ANOVA）用于确定模型的统计显著性，结果总结在表2中。较高的F值和较低的p值（p < 0.05）表明模型的稳健性，证实了其预测响应变量的能力。回归分析识别出显著的线性关系...
结论
本研究结果表明，使用30%的
Piaractus brachypomus肉通过P. pentosaceus发酵可以高效生产PBMPH。PBMPH表现出显著的抗氧化活性，具有强大的自由基清除能力以及显著的铁还原和金属螯合能力。此外，PBMPH对主要的革兰氏阳性和阴性病原菌也表现出抑制作用，证实了其生物活性潜力。
作者贡献
所有作者对本文的全部内容负责并同意提交。尼卢·苏雷什·巴布（Neelu Suresh Babu）：研究、方法设计、数据分析、验证、初稿撰写、数据管理。塔纳吉·G·库德雷（Tanaji G. Kudre）：监督、概念构思、数据分析、软件应用、审稿和编辑、资金获取、资源协调、项目管理。
CRediT作者贡献声明
尼卢·苏雷什·巴布（Neelu Suresh Babu）：初稿撰写、方法设计、数据分析、数据管理。
资助
本研究得到了印度迈索尔CSIR-中央食品技术研究所（CSIR-Central Food Technological Research Institute, Mysuru, India）的财政支持（项目编号：MLP0314）。
未引用参考文献
Abd Rashid等人，2022年
Auwal等人，2017年
Mah等人，2019年
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的研究结果。
致谢
作者衷心感谢迈索尔CSIR-中央食品技术研究所的主任提供的财政支持（项目编号：MLP0314）、宝贵的鼓励以及发表研究的许可。同时，我们也感谢印度新德里的大学拨款委员会（University Grants Commission, UGC）授予的奖学金。
