超声联合pH位移辅助糖基化改性提升罗氏沼虾副产物蛋白结构与功能特性及表没食子儿茶素没食子酸酯负载能力的研究

本研究针对罗氏沼虾副产物蛋白(MHPs)溶解性差的问题，创新性地采用超声联合pH位移辅助糖基化改性技术，显著提升了MHPs的糖基化程度(48.3%)，改善了其乳化性、溶解性和界面吸附性能，并成功构建了具有优异抗氧化性和生物利用度的MHPs-EGCG复合物，为水产副产物高值化利用提供了新策略。

　　

在浩瀚的海洋生物资源中，虾类作为重要的经济水产品，每年为人类提供大量优质动物蛋白。然而，在虾类加工过程中，约占整体重量30%-40%的虾头通常被作为副产物丢弃，这不仅造成资源浪费，更带来了环境压力。令人惋惜的是，这些被废弃的虾头其实蕴含着丰富的营养宝藏——虾头蛋白(MHPs)含有全部人体必需氨基酸，其必需氨基酸含量高达41.09%，甚至优于许多常见的植物蛋白。然而，这些优质蛋白却因溶解性差而难以在食品工业中得到广泛应用，这成为制约虾类副产物高值化利用的技术瓶颈。

传统的湿热糖基化技术虽然能够改善蛋白质功能特性，但存在反应周期长、接枝效率低等固有局限性。与此同时，多酚类活性物质如茶叶中的主要活性成分表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)虽然具有出色的抗氧化、抗炎和潜在抗癌特性，却极易在加工和储存过程中降解，其生物利用度也受到限制。如何通过技术创新同时解决蛋白质功能特性提升和活性物质稳定递送两大难题，成为食品科学领域的研究热点。

近期发表在《Food Chemistry: X》上的一项研究为解决这一难题提供了创新性方案。安徽工程大学生物与食品工程学院的研究团队开发了超声联合pH位移辅助糖基化改性技术，成功提升了罗氏沼虾副产物蛋白的结构与功能特性，并显著增强了其对EGCG的负载能力和保护作用。

研究人员采用了几项关键技术方法：通过pH位移处理（碱性pH11条件下展开蛋白结构，随后回调至中性pH）结合超声波处理（20kHz，300W，70%振幅）促进蛋白-乳糖糖基化反应；使用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和荧光光谱分析蛋白二级和三级结构变化；采用石英晶体微天平(QCM-D)和界面张力仪研究蛋白在油水界面的吸附行为；通过体外模拟胃肠道消化模型评估EGCG的生物利用度；并利用人肝癌细胞(HepG-2)模型考察复合物的抗氧化保护效应。

研究结果方面，糖基化程度分析显示，超声联合pH位移辅助糖基化有效将MHPs的糖基化程度提高至48.3%，显著高于单独超声处理组。

结构表征结果表明：FT-IR光谱显示酰胺I带发生红移，表明糖基化反应导致蛋白结构变化；二级结构分析发现α-螺旋和β-折叠含量减少，β-转角和无规卷曲增加，表明蛋白结构变得更加松散灵活；荧光光谱显示最大发射波长发生红移，表明三级结构发生改变；表面疏水性(H₀)显著降低，表明更多亲水基团暴露；差示扫描量热法(DSC)显示热变性温度提高至98.5°C，表明热稳定性增强；扫描电镜(SEM)观察显示改性后的蛋白呈现更加松散无序的结构。

蛋白功能分析表明：溶解度从17.6%提高至82.3%；起泡性(FC)和泡沫稳定性(FS)显著改善；吸水性(WAC)和吸油性(OAC)分别从3g/g和4g/g提高至4g/g和6g/g。

界面行为和乳化性能研究显示：界面张力从12.3mN/m降低至8.4mN/m；QCM-D分析表明改性蛋白在油水界面形成更致密的吸附层；乳化活性指数(EAI)和乳化稳定性指数(ESI)分别从15m²/g和25min提高至45m²/g和55min。

EGCG负载能力分析显示：在EGCG浓度为0.5mmol/L时达到最大负载量；糖基化MHPs-EGCG复合物的平均粒径增长速率低于天然MHPs-EGCG复合物；体外生物利用度研究表明，复合物中EGCG的保留率(48.9%)显著高于游离EGCG(21.0%)。

抗氧化活性和储存稳定性研究表明：7天储存后，糖基化MHPs-EGCG复合物中EGCG保留率达68.6%，远高于游离EGCG(44.5%)；DPPH自由基清除能力和铁离子还原能力(FRAP)测定表明复合物具有优异的抗氧化性能；细胞实验显示，糖基化MHPs-EGCG复合物能显著提高氧化损伤细胞中过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性，有效保护HepG-2细胞免受H₂O₂诱导的氧化损伤。

研究结论与讨论部分指出，超声联合pH位移辅助糖基化改性技术通过协同效应显著改善了MHPs的结构和功能特性。pH位移处理促使蛋白分子展开，暴露内部包埋的功能基团；超声波处理则通过空化效应促进蛋白与糖分子的碰撞与结合。这两种技术的联合使用产生了"1+1>2"的效果，不仅提高了糖基化效率，还改善了蛋白的功能特性。更重要的是，改性后的MHPs能够更有效地负载和保护EGCG，提高其稳定性和生物利用度，这为开发功能性食品和保健品提供了新思路。

该研究的创新之处在于将物理改性(超声)、化学改性(pH位移)和生物改性(糖基化)有机结合，形成了一种高效、环保的蛋白质改性策略。这不仅为虾类加工副产物的高值化利用提供了技术支撑，也为蛋白质-多酚复合物的设计与构建提供了新方法，对促进水产品加工行业的可持续发展和功能性食品的开发具有重要意义。未来研究可进一步探索这种改性蛋白在其他活性物质递送系统中的应用，以及其在真实食品体系中的功能表现，推动实验室成果向产业化应用转化。