核黄素/UV光交联诱导大豆蛋白纳米纤维水凝胶的机制研究及其功能强化

本研究针对植物蛋白功能特性不足的瓶颈问题，通过酸热诱导将大豆分离蛋白(SPI)转化为纳米纤维(SPF)，系统探究了核黄素(RF)/UV光交联构建SPF水凝胶的机制。发现纤维化修饰使SPI与RF结合模式从吸热转为放热，驱动力由疏水作用转变为氢键，在0.5 mM RF浓度下SPF/RF体系的储能模量较SPI/RF提升74倍。通过ITC、圆二色谱等技术证实RF作为光催化剂促进三维网络形成，为光响应型植物蛋白材料的开发提供理论支撑。

　　

在食品工业和生物医学领域，蛋白质水凝胶因其优异的生物相容性和可调控性备受关注。然而，与动物蛋白相比，植物蛋白如大豆分离蛋白(SPI)存在凝胶性能差、功能单一等缺陷。虽然通过加热、pH调节等方法可改善其性能，但传统改性手段往往难以兼顾安全性与高效性。更棘手的是，植物蛋白材料普遍存在透光性差、光催化剂选择受限等问题，制约了光响应型材料的发展。面对这些挑战，来自东北农业大学的研究团队创新性地将SPI转化为大豆蛋白纳米纤维(SPF)，并利用食品级光催化剂核黄素(RF)构建UV光交联水凝胶，相关成果发表在《Food Hydrocolloids》。

研究采用酸热诱导法制备SPF，结合等温滴定量热法(ITC)、流变学测试、圆二色谱(CD)和拉曼光谱等技术，系统表征了材料的结构与性能。通过分析大豆品种"东升1号"制备的SPI与SPF样本，揭示了纤维化修饰对蛋白-RF相互作用及凝胶性能的影响机制。

UV吸收光谱
UV-Vis分析显示RF在267/373/445 nm处特征峰与SPF混合后发生红移，表明RF通过苯环与SPF的芳香族氨基酸发生π-π堆积。纤维化修饰使SPF/RF复合物在280 nm处吸光度显著增强，证实更多色氨酸残基暴露。

相互作用分析
ITC测定发现SPI/RF结合为吸热反应(ΔH=5.47 kcal/mol)，而SPF/RF转为放热反应(ΔH=-2.31 kcal/mol)，结合常数提升3.6倍。热力学参数变化表明纤维化使结合驱动力从疏水作用转变为氢键主导。

流变学特性
在0.5 mM RF浓度下，SPF/RF体系经UV辐照后储能模量(G')达74 kPa，较SPI/RF体系提高74倍。频率扫描显示SPF/RF凝胶具有典型弹性固体特征，触变恢复率高达95%，表明形成稳定的三维网络。

结构表征
CD谱证实光交联未显著改变蛋白二级结构，α-螺旋含量维持在21%-23%。拉曼光谱显示交联后苯丙氨酸(970-1055 cm^-1)和色氨酸(756 cm^-1)特征峰减弱，提示酪氨酸协同参与交联网络构建。

结论与意义
该研究阐明了RF在SPF光交联中的双重角色：既作为反应物参与交联，又作为光催化剂促进网络形成。纤维化修饰通过暴露更多活性位点，使SPF与RF的结合能力提升3.6倍，最终构建的凝胶机械强度显著优于传统SPI材料。这一发现不仅为设计光响应型植物蛋白材料提供了新思路，其采用的食品级光催化剂策略更为生物医学和食品包装领域的安全材料开发开辟了途径。特别值得注意的是，研究揭示了纤维化修饰诱导的蛋白质结合模式转变机制，即从疏水作用到氢键主导的转变，这一发现对理解蛋白质相互作用的调控规律具有普遍指导价值。