超声波调控豌豆蛋白纤维化：对聚集动力学、理化性质及结构形态的影响

本研究针对豌豆蛋白(PPI)纤维化过程中超声调控机制不明确的问题，通过不同功率密度(2.17-3.73 W/mL)超声波在纤维化初期(t0)、滞后期末(t0.1)和指数期末(t0.9)的干预，系统揭示了超声通过解聚蛋白聚集体、增加β-折叠(β-sheet)比例和表面疏水性加速纤维化的机制，为精准调控植物蛋白功能化提供了新策略。

　　

研究背景
在植物基食品蓬勃发展的今天，豌豆蛋白(Pisum Sativum L.)因其高营养和低致敏性成为明星原料。然而，天然豌豆蛋白的功能局限性促使科学家探索其纤维化(PPIF)改造——这种通过自组装形成富含β-折叠的纳米纤维过程，能显著提升蛋白的凝胶性、乳化性等功能。但传统热诱导纤维化耗时耗能，且难以精准控制纤维形态。超声波技术凭借其空化效应引发的瞬时高温高压，成为破解这一难题的潜在钥匙。

浙江大学团队在《Food Hydrocolloids》发表的研究，首次系统解析了超声波在不同纤维化阶段(t₀, t_0.1, t_0.9)对豌豆蛋白的调控规律。通过ThT荧光动力学分析、动态光散射(DLS)、圆二色谱(CD)和原子力显微镜(AFM)等技术，发现2.65-3.73 W/mL超声在t₀阶段通过解聚蛋白聚集体、增加β-折叠比例，将滞后期缩短50%；而在t_0.1阶段高功率(3.73 W/mL)超声可加速纤维延伸，t_0.9阶段低功率(2.17 W/mL)则促进次级成核。最终获得的纤维具有更短轮廓长度和更高柔韧性，为设计定制化植物蛋白材料提供了新思路。

关键技术
研究采用超声处理系统(20 kHz)结合功率密度梯度设计；通过ThT荧光实时监测纤维化动力学；利用SDS-PAGE分析分子量变化；采用DLS测定流体力学直径；CD光谱解析二级结构；AFM表征纤维形貌。

研究结果
1. ThT荧光与聚集动力学
超声在t₀阶段(≥2.65 W/mL)显著缩短滞后期，β-折叠含量提升30%；t_0.1阶段高功率(3.73 W/mL)使生长速率提高2倍，而t_0.9阶段低功率(2.17 W/mL)更有效。

2. 物化性质与结构
超声处理使PPI流体力学直径减小40-60%，表面疏水性增加3-5倍，游离-SH含量上升，证实蛋白解聚与结构展开。

3. 形态学特征
AFM显示超声组纤维长度(200-400 nm)较对照组(>1 μm)显著缩短，弯曲度增加50%，形成更柔性网络结构。

结论与意义
该研究阐明了超声功率密度与作用时序的协同效应：初期(t₀)通过机械剪切促进蛋白解聚，中期(t_0.1)提供纤维延伸模板，后期(t_0.9)通过次级成核调控终产物形态。这不仅为植物蛋白纤维化工艺优化提供了精确参数（能耗降低30%，时间缩短40%），其获得的短纤维在增稠剂、3D打印食品等领域展现出独特优势。Hao Wang等提出的"阶段特异性超声调控"策略，为功能性植物蛋白材料的理性设计开辟了新途径。