揭示面团混合过程中蛋清蛋白与小麦面筋的结合机制

为解决传统乳制品生产的环境可持续性问题，研究人员通过精密发酵技术制备重组牛β-酪蛋白（recombinant β-casein），系统比较其与天然β-酪蛋白在溶解度、zeta电位、钙敏感性及酸诱导凝胶行为等功能特性的差异。研究发现重组β-酪蛋白具有更高的等电点（pI 5.5）和更强的凝胶强度（9.26 Pa），为替代乳制品开发提供了关键理论依据。

　　

随着全球乳制品需求持续增长，传统畜牧业带来的资源消耗和温室气体排放问题日益严峻。据预测，到2030年奶酪消费量将在非传统消费区域显著上升，但这一趋势与可持续发展目标形成矛盾。更棘手的是，作为乳制品核心成分的β-酪蛋白占牛乳蛋白质总量的35%，其特有的两亲性结构（含75%疏水性氨基酸）使其成为食品配方的关键功能组分。然而，当前关于重组β-酪蛋白（通过微生物表达系统生产）在食品相关功能特性方面的研究几乎空白，这严重制约了替代乳制品的开发进程。

来自Fermify GmbH（奥地利维也纳）的研究团队在《Food Hydrocolloids》发表的重要研究，首次系统表征了重组β-酪蛋白A2变体（proline₆₇替代histidine）的功能特性。研究采用zeta电位分析、圆二色谱（CD）、小角X射线散射（SAXS）等技术，对比分析了重组与天然β-酪蛋白在50 mM磷酸钠缓冲液中的理化性质差异。通过酸诱导凝胶实验（添加0.8%葡萄糖酸-δ-内酯GDL）和钙敏感性测试（0-30 mM CaCl₂），揭示了磷酸化修饰缺失对蛋白质功能的关键影响。

3.1 Zeta电位
重组β-酪蛋白在pH 7时zeta电位为-12.94 mV，显著低于天然型的-23.55 mV。等电点测定显示，重组蛋白pI偏移至5.5（天然型为4.5），这与去磷酸化β-酪蛋白在硼酸盐缓冲液（BBS）中的行为一致，证实磷酸基团缺失会升高pI。

3.2 二级结构
CD光谱分析表明，两种蛋白在10 mM和50 mM缓冲液中α-螺旋含量相近（15.2%-19.4%），但高离子强度使"其他结构"比例从51.9%降至42.6%，说明盐浓度能稳定有序结构。

3.3 SAXS分析
散射曲线显示两者均形成球形颗粒，回转半径（R_g）分别为8.4 nm（重组）和8.3 nm（天然），但重组蛋白在小角区呈现更陡峭的幂律衰减（-3.31 vs -3.18），表明其结构更紧密。

3.4 pH依赖性溶解度
在pH 5.5时，重组蛋白溶解度（33.02%）仅为天然型（78.45%）的42%，但在pH 3时反而高出11%。这种反常现象可能与去磷酸化导致的电荷分布改变有关。

3.5 钙敏感性
pH调整条件下，重组蛋白在30 mM CaCl₂中保持67%溶解度，显著高于天然型（53%）。动态光散射显示钙离子使重组蛋白形成更大聚集体（>1000 nm），这与磷酸基团缺失导致的钙结合位点减少直接相关。

3.7 凝胶行为
最引人注目的发现是重组β-酪蛋白的酸诱导凝胶特性：其凝胶形成时间比天然型缩短57%（30分钟 vs 70分钟），凝胶强度提升200%（9.26 Pa vs 2.92 Pa）。振幅扫描实验进一步揭示，重组凝胶在0.1%应变下的储能模量（G'）增幅仅35%，远低于天然型的159%，表明其网络结构具有独特的应力响应机制。

这项研究首次阐明重组β-酪蛋白在食品相关条件下的功能特性差异，其更高的凝胶pH阈值（pH 5.5）和更强的机械强度，为开发温和酸度的植物基酸奶提供了新思路。值得注意的是，磷酸化修饰的缺失虽然降低了钙敏感性，却意外增强了凝胶性能，这种"功能置换"效应为精准设计替代乳制品配料开辟了新途径。未来研究需进一步探索重组蛋白在乳化、起泡等领域的应用潜力，并评估不同纯度样品的功能稳定性。该成果不仅推动了可持续食品开发，也为蛋白质翻译后修饰与功能构效关系研究提供了重要案例。