通过调控冷等离子体处理参数（激发频率、电压和时间）定制乳清分离蛋白功能特性

本文系统研究了冷等离子体（CP）处理参数（激发频率、电压和时间）对乳清分离蛋白（WPI）结构和功能特性的调控作用。研究发现CP处理可诱导蛋白质二级结构重组（增加α-螺旋和β-折叠），增强表面疏水性，降低溶解度和与姜黄素的结合能力（Ka和n）。该技术为精准调控蛋白质功能特性提供了新策略，在食品工业中具有广阔应用前景。

　　

引言背景

功能性食品蛋白的需求近年来急剧增长，乳清分离蛋白（WPI）因其界面特性在食品乳化、泡沫形成和凝胶化方面表现突出。然而其天然界面特性在某些食品体系中存在局限，因此需要通过改性技术增强功能。冷等离子体（CP）作为一种新兴的非热加工技术，能够通过产生电离态物质（包括电子、离子、自由基等活性物种）诱导蛋白质结构修饰，在不影响其功能完整性或营养价值的前提下改变界面特性。

实验设计

研究采用三因素三水平实验设计，考察激发频率（50、500和950 Hz）、电压（10、15和20 kV）和处理时间（5、10和15分钟）对WPI特性的影响。样品通过介质阻挡放电系统在大气条件下处理，后续分析包括二级结构（傅里叶变换红外光谱）、zeta电位、表面疏水性、羰基和游离巯基含量、溶解度以及姜黄素-蛋白质荧光结合参数。

二级结构变化

CP处理显著改变了WPI的二级结构。在500和950 Hz频率下，蛋白质的α-螺旋和β-折叠含量增加，同时无规卷曲结构减少。这种结构重组表明CP暴露导致蛋白质展开并引发聚集。电压处理对β-结构影响更为显著，较高电压（20 kV）使β-折叠含量增加而β-转角减少，表明高电压条件可能促进蛋白质-蛋白质相互作用和聚集。

表面电荷特性

zeta电位分析显示，所有CP处理样品的绝对值均高于对照组（-23.33 mV）。950 Hz处理表现出最高的绝对值，表明高激发频率有助于形成新的羧基和羰基，增加表面电荷。相反，较高电压（20 kV）降低了zeta电位绝对值，这可能与蛋白质变性程度有关。处理时间对表面电荷影响不显著。

表面疏水性变化

CP处理 consistently 增加了蛋白质表面疏水性。较高电压和较长处理时间导致更显著的疏水性增加，这归因于高能粒子轰击使分子结构展开，内部疏水基团（如色氨酸和脯氨酸）暴露。这种结构变化使蛋白质发生解聚和伸展，增强了表面疏水特性。

巯基与羰基变化

游离巯基含量呈现复杂变化规律：频率增加导致巯基减少，而电压和时间增加则使其升高。这种差异可能与不同参数下活性氧物种的产生机制有关。羰基含量在所有强化处理条件下均增加，表明CP处理引发了蛋白质氧化修饰，特别是含有NH或NH₂侧链的氨基酸易被氧化转变为羰基。

溶解度特性

所有CP处理均降低了WPI的溶解度，500 Hz频率处理影响最为显著。溶解度下降与蛋白质聚集现象直接相关，二级结构重组和表面特性改变共同导致了溶解性能的恶化。

蛋白质-配体相互作用

WPI与姜黄素的相互作用研究表明，CP处理降低了结合常数（K_a）和结合位点数（n）。更具组织的二级结构可能减少了与姜黄素结合的可用化学基团，同时疏水性增加导致的蛋白质聚集进一步减少了活性位点的可及性。荧光强度变化显示特定处理条件（50和500 Hz）使荧光基团更暴露，而高频率（950 Hz）处理则降低荧光强度。

技术应用前景

CP技术为乳品工业创新提供了新途径。与传统热处理方法（如巴氏杀菌和UHT）相比，CP可避免热敏性成分的破坏，同时诱导蛋白质功能特性的定向改良。虽然CP处理降低了溶解性，但促进了蛋白质聚集和凝胶形成，这扩展了其在奶酪生产等领域的应用潜力。通过CP反应器实现巴氏杀菌和灭菌的统一处理流程，展现了该技术在食品加工中的广阔应用前景。

结论展望

本研究证实CP处理参数可显著调控WPI的结构和功能特性。通过精确控制激发频率、电压和处理时间，能够实现蛋白质二级结构重组、表面特性改性和功能性能的定向调控。这些发现为CP技术作为蛋白质功能化改造的有效工具提供了坚实证据，为开发创新功能性食品配料和增强蛋白质基产品性能奠定了理论基础。未来研究应聚焦于不同蛋白质源的CP处理优化，探索CP与其他新兴技术的协同效应，并评估CP处理蛋白质在复杂食品基质中的长期稳定性和性能表现。