壳聚糖分子量调控乳清蛋白构象演化及其对Pickering乳液稳定性的影响机制研究

本研究针对蛋白质-多糖复合物在Pickering乳液中的构效关系不明问题，通过超声驱动构建不同分子量壳聚糖(CS)-乳清蛋白(WPI)自组装复合体，揭示CS分子量降低可诱导WPI构象解折叠，通过静电作用、氢键和疏水力增强相互作用，形成更致密复合物。该工作为精准调控蛋白基Pickering颗粒界面特性提供了新策略，发表于《Carbohydrate Polymers》。

　　

在食品科学与胶体化学领域，蛋白质-多糖复合物作为Pickering乳液稳定剂的应用潜力巨大，但如何通过分子设计精准调控其界面行为仍是挑战。现有研究表明，多糖分子特性显著影响复合物性能，但关于配体分子量如何通过诱导蛋白构象变化来调控Pickering颗粒功能的机制尚不明确。特别是壳聚糖(CS)这种阳离子多糖与乳清蛋白(WPI)的相互作用，虽已有研究关注其乳液性能，但对CS分子量差异导致的蛋白质侧链构象演化及其功能影响缺乏系统解析。

针对这一科学问题，浙江某高校研究团队在《Carbohydrate Polymers》发表论文，创新性地采用超声辅助法制备不同分子量CS-WPI复合物，通过多尺度表征技术揭示CS分子量减小会促进WPI从有序构象向无序态转变，暴露疏水基团和二硫键，从而显著提升Pickering乳液的乳化稳定性与发泡性能。该研究为基于配体分子量调控的蛋白质工程提供了理论依据。

研究采用紫外光谱(UV-Vis)、荧光光谱、圆二色谱(CD)、原子力显微镜(AFM)等技术表征复合物结构，结合粒径、zeta电位、表面疏水性等物化性质测定，并通过乳化活性指数(EAI)和泡沫稳定性评价功能特性。实验样本采用商业WPI(80%蛋白含量)和不同降解程度的CS(分子量≥150 kDa至24 kDa)。

材料与方法
通过粘度法测定不同降解程度CS的分子量分布，采用超声辅助pH调控法制备CS-WPI复合物。关键实验技术包括：傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析二级结构变化，圆二色谱(CD)定量α-螺旋/β-折叠含量，荧光光谱检测色氨酸微环境变化，表面疏水性指数(S₀
)测定，以及透射电镜(TEM)观察复合物形貌。

结果与讨论
CS分子量对WPI构象的影响
低分子量CS(24 kDa)诱导WPI最大程度解折叠，紫外光谱显示芳香族氨基酸包埋率降低21.4%，荧光光谱证实色氨酸暴露程度增加。CD分析表明α-螺旋含量从32.1%降至18.7%，转变为无规卷曲结构。

相互作用机制
FTIR证实CS的NH₃
⁺
与WPI的COO^-
形成静电复合物，氢键作用使酰胺I带红移7 cm^-1
。WPI-CS24复合物表面疏水性(S₀
)达865，较对照组提升2.3倍，证实疏水相互作用增强。

Pickering乳液性能
WPI-CS24复合物稳定的乳液粒径最小(18.7 μm)，贮藏14天后分层指数降低46%。CLSM图像显示其形成更均匀的界面膜，乳化活性指数(EAI)达78.4 m²
/g，较WPI单体提升195%。

结论与意义
该研究首次阐明CS分子量通过"诱导拟合"机制调控WPI构象演化的规律：低分子量CS(24 kDa)促使WPI从刚性结构转变为柔性构象，暴露的疏水基团和二硫键增强了界面吸附能力。这一发现突破了传统单纯依赖环境参数调控复合物性能的局限，建立了配体分子量-蛋白构象-界面性能的定量关系，为设计高性能Pickering乳化剂提供了新思路。技术层面，研究建立的超声辅助构象调控方法可扩展至其他蛋白-多糖体系，在功能性食品和药物递送系统开发中具有重要应用前景。