脲酶抑制剂NBPT与乳清分离蛋白的相互作用机制及其对乳品功能特性的影响研究

本研究针对温室气体减排技术中广泛使用的脲酶抑制剂N-(正丁基)硫代磷酰三胺(NBPT)可能对乳品供应链的潜在影响，系统探究了NBPT与乳清分离蛋白(WPI)的相互作用机制。通过差示扫描量热法、流变学分析和傅里叶变换红外光谱等技术，发现NBPT通过非共价相互作用改变WPI的二级结构，促进β-折叠形成并增强凝胶强度，同时证实NBPT作为表面活性剂在气-水界面具有竞争优势。该研究为评估NBPT在乳制品中的安全性提供了重要理论依据。

　　

随着全球乳制品需求增长，氮肥使用导致的温室气体排放问题日益严峻。脲酶抑制剂N-(正丁基)硫代磷酰三胺(NBPT)作为尿素肥料添加剂，可减少52%-78.5%的NH₃排放，但其潜在通过牧草进入乳制品供应链的风险尚未明确。虽然前期研究证实NBPT不会通过放牧牛群转移至牛奶，但实验室模拟显示NBPT主要分布于乳清相，可能影响占牛乳蛋白20%的乳清蛋白功能特性。

爱尔兰农业与食品发展部(Teagasc)与都柏林大学的研究团队在《Food Chemistry: X》发表研究，首次系统评估NBPT对乳清分离蛋白(WPI)结构和功能的影响。通过差示扫描量热法(DSC)分析热变性行为，流变学测定凝胶特性，傅里叶变换红外光谱(FTIR)解析二级结构变化，结合SDS-PAGE电泳、表面张力测定和共聚焦显微镜等技术，揭示NBPT与WPI的相互作用机制。

热力学特性分析显示，NBPT浓度依赖性地提高WPI的峰值变性温度(T_peak)0.28-0.79°C，焓变值(ΔH)增加136%-236%，表明其通过增强氢键稳定蛋白质结构。流变学研究发现，NBPT使WPI凝胶时间缩短3分钟，最终储能模量(G')提升4-6倍，形成更刚性但脆性的凝胶网络。FTIR光谱证实NBPT促使α-螺旋向β-折叠转化，其中α-螺旋/无规卷曲区域波数降低9.6 cm^-1，平行β-折叠降低3.7 cm^-1，表明蛋白质聚集程度增加。

表面活性研究表明，NBPT作为分子量小的非离子表面活性剂(表面张力49.4 mN/m)，在气-水界面与WPI竞争吸附，使1% WPI溶液表面张力降低7.1-11.1 mN/m。共聚焦显微镜图像显示，NBPT导致WPI凝胶出现相分离区域，形成异质性微观结构。值得注意的是，SDS-PAGE分析未发现NBPT与WPI发生二硫键交换反应，证实其主要通过氢键等非共价作用影响蛋白质性质。

该研究首次阐明NBPT通过改变WPI二级结构和界面行为影响乳品功能特性，为评估其在乳制品中的安全性提供科学依据。研究结果支持NBPT作为温室气体减排技术的可持续应用，同时强调需建立完善的监测体系防止食品链污染。未来研究可进一步探索NBPT与乳蛋白的分子对接机制，及其在复杂食品体系中的相互作用规律。