探究羧甲基壳聚糖对猪肌原纤维蛋白凝胶性质、分子相互作用及消化特性的调控机制

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探究羧甲基壳聚糖对猪肌原纤维蛋白凝胶性质、分子相互作用及消化特性的调控机制

时间：2025年12月15日

来源：Food Chemistry

编辑推荐：

凝胶强度、持水能力及流变特性提升与蛋白结构改变机制及消化抑制研究，为低脂肉制品开发提供新策略。

曹宏伟|徐阳|董启山|李慧敏|李楚燕|曹金轩|孙阳颖|何军

宁波大学食品科学与工程学院，中国宁波315832

摘要

本研究探讨了不同浓度羧甲基壳聚糖（CMC）对猪肌原纤维蛋白（MP）凝胶的行为、结构和消化特性的影响。结果表明，添加1.5%（w/w）的CMC显著增强了凝胶强度（116.93 g）、持水能力（82.59%）和流变特性，同时降低了凝胶基质中水的流动性（固定水占比95.82%）。此外，CMC促进了MP二级结构从α-螺旋向β-折叠/β-转角的转变。同时，分子间相互作用得到加强，形成了更紧密、更具凝聚力的凝胶网络。通过增加体系粘度并与其形成复合物，CMC可能阻碍了酶的扩散并促进了聚集，从而降低了产品的消化率并增加了颗粒大小。分子对接分析显示，CMC通过氢键与肌球蛋白稳定结合（结合能：-7.7 kcal/mol）。这些发现为CMC在肉制品中的应用提供了宝贵的见解。

引言

肌肉来源的食品，如禽肉和畜肉，是人类重要的营养来源，它们提供的高质量蛋白质含有与人类营养需求密切匹配的氨基酸谱，并包含多种必需氨基酸（Lu等人，2024；Huang等人，2024；Yu等人，2023）。然而，过量摄入肉类中的脂质成分可能带来严重的健康风险。饱和脂肪和反式脂肪常被称为“健康危害”，会在体内迅速积累，导致肥胖并增加慢性疾病的风险（Fadillah等人，2024；Wu, Jin等人，2024）。尽管存在这些健康问题，但从食品中去除脂肪往往会导致口感干燥、硬度增加、风味减弱以及由于缺乏脂肪带来的润滑作用而使口感粗糙（Gao等人，2024），这些因素都给保持消费者接受度带来了挑战。这突显了在注重健康的同时保持理想感官特性的难度（Wang, Shang等人，2023）。脂肪替代品是一种旨在模仿部分或全部脂肪功能的成分，通过减轻过量摄入肉类脂质带来的健康风险来解决这一问题。这些替代品通常来源于碳水化合物、蛋白质或不可消化的脂质（Fadillah等人，2024；Wang, Shang等人，2023）。因此，开发有效的脂肪替代品对于在不损害感官吸引力的同时改善饮食健康具有重大潜力。

近年来，多糖被广泛用作肉制品中的脂肪替代品，有效降低了脂肪含量，同时保持了甚至提升了感官质量（Huang等人，2024；Wang等人，2024）。它们能够模拟脂肪的口感并改善质地，使其成为开发更健康且美味的肉替代品的关键成分（Gao等人，2024；Wang, Shang等人，2023）。研究表明，包括菊粉、κ-卡拉胶、魔芋葡甘露聚糖（Huang等人，2024）和淀粉（Gao等人，2024）在内的多糖可以同时降低脂肪含量，并为肉制品提供类似脂肪的质地。这种双重功能既解决了健康问题，又满足了消费者对风味和质地的期望（Wang, Shang等人，2023）。同样，在乳制品系统中，桃胶多糖（Song等人，2022）、银杏多糖（Lin等人，2022）和秋葵多糖（Wang等人，2024）也被用作脂肪替代品，以改善最终产品的物理化学、质地、流变、微观结构和感官特性。目前，虽然在对多糖作为脂肪替代品的研究方面取得了一些进展，但关于羧甲基壳聚糖（CMC）作为脂肪替代品的研究仍然有限，特别是在其与动物蛋白质（主要是肌原纤维蛋白MP）的相互作用机制方面。作为从天然壳聚糖衍生的功能性多糖，CMC在化学改性后表现出优异的生物相容性和降解性（Zhang等人，2023）。其安全性已获得FDA批准，并在食品和医药领域得到广泛应用（Cao & He，2025；Upadhyaya等人，2013）。作为壳聚糖的衍生物，CMC保留了壳聚糖的生物活性，同时克服了其较差的水溶性（Rani等人，2025）。通过羧甲基化引入的羧基和保留的氨基形成了双重功能协同作用，使CMC结合了阴离子多糖的增稠和成膜特性（Rani等人，2025；Shariatinia，2018）以及阳离子多糖的抗菌和螯合能力（Cao & He，2025；Qian等人，2023）。这种组合相比传统的多糖（如卡拉胶或淀粉）具有独特优势。

因此，本研究的目的是通过构建MP-CMC复合凝胶系统来探讨CMC添加对复合凝胶特性的影响。通过系统评估凝胶强度、流变特性和蛋白质结构特征等关键参数，为开发低脂肉制品提供了创新策略。

材料

猪肉里脊肉购自中国浙江的大迈吉超市。CMC（CAS：83512–85-0，分子量：240 kDa，脱乙酰化程度>90%，取代度：90%）由上海麦克林生化有限公司提供（中国上海）。所有化学品和试剂均为分析级。

MP的制备

MP的提取方法参考了Pereira等人（2024）的方法，并进行了少量修改。新鲜猪肉里脊肉切碎后，在冰上用4倍体积的缓冲液（10 mM EDTA，100 mM...

溶解度和浊度

溶解度和浊度是蛋白质特性的关键指标。如图1A所示，CMC含量从0%增加到2%时，蛋白质溶解度显著提高，从4.2%增加到22.3%，表明CMC有效促进了蛋白质的溶解。这种现象可能归因于CMC的亲水性，它为体系引入了额外的亲水基团。这些亲水基团增强了MP复合物的表面亲水性。

结论

结果表明，CMC的加入引起了MP的结构变化，显著增强了凝胶强度、持水能力（WHC）以及G'和G"值。同时，CMC加强了蛋白质分子间的相互作用，有助于形成更坚固、更稳定的凝胶网络。此外，CMC的添加增加了MP的粘度和颗粒大小，降低了消化酶对蛋白质水解位点的可及性，最终降低了MP的消化率。

作者贡献声明

曹宏伟：撰写——初稿，正式分析，数据管理。徐阳：可视化，研究。董启山：研究，数据管理。李慧敏：可视化，数据管理。李楚燕：资源获取，研究。曹金轩：撰写——审阅与编辑，方法学。孙阳颖：撰写——审阅与编辑，可视化。何军：撰写——审阅与编辑，方法学。