重组β-酪蛋白的精准发酵制备及其在食品体系中的功能特性研究

为解决传统乳制品生产的环境可持续性问题，研究人员通过精准发酵技术制备重组β-酪蛋白（β-casein），系统比较其与天然β-酪蛋白在zeta电位、钙敏感性、凝胶特性等方面的功能差异。研究发现重组β-酪蛋白具有更高的等电点（pI 5.5）和更强的酸诱导凝胶能力（G'达9.26 Pa），为替代乳制品开发提供了新思路。

　　

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。作为牛奶中含量最丰富的蛋白质，β-酪蛋白（β-casein）占乳蛋白总量的35%，其独特的双亲性和胶束形成能力对奶酪、酸奶等乳制品的质构和功能至关重要。然而，传统生产方式面临的环境压力促使科学家寻找替代方案，精准发酵（precision fermentation）技术因其可持续性和可控性成为研究热点。

维也纳Fermify GmbH的研究团队在《Food Hydrocolloids》发表的研究中，首次对微生物表达的重组β-酪蛋白（A2基因型）进行了系统功能表征。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，对比了重组与天然β-casein在50 mM磷酸钠缓冲体系中的性质差异。

在技术方法上，研究通过动态光散射（DLS）测定粒径分布，RP-HPLC分析溶解度，流变仪监测酸诱导凝胶过程（0.8% GDL酸化），并结合ICP-OES检测钙敏感性。所有实验均在25-45°C范围内进行，蛋白浓度控制在0.1-3.17% (w/w)。

研究结果揭示：

1. Zeta电位与溶解度：重组β-casein的等电点（pI）偏移至5.5（天然型为4.5），在pH 5.5时溶解度显著降低（33.02% vs 78.45%），这与磷酸化缺失导致的电荷变化相关。
2. 二级结构：CD显示两者α-螺旋含量相近（15-19%），但重组型在50 mM缓冲液中"其他结构"占比更低（42.6% vs 46.8%），表明离子强度影响构象有序性。
3. 钙敏感性：重组β-casein在30 mM CaCl₂中保持67%溶解度（天然型53%），SAXS证实其半径（R_g 8.4 nm）与天然型（8.3 nm）相当，但钙介导的聚集倾向更低。
4. 凝胶特性：重组β-casein凝胶形成更快（30分钟vs 60分钟），且储能模量G'高出3倍，其应变硬化现象（35%增幅）显著弱于天然型（159%），显示更均匀的网络结构。

这项研究首次阐明磷酸化缺失对β-casein功能的影响机制：虽然重组蛋白保持了基本结构特征，但电荷分布改变导致钙结合能力下降和凝胶pH阈值升高。这些发现为定制化乳蛋白配料开发提供了理论依据——例如高钙饮料中，重组β-casein的稳定性可能更具优势；而在酸奶生产中，其快速凝胶特性可优化工艺流程。研究同时指出，未来需进一步探索重组蛋白的乳化、起泡等界面性质，以及与其他乳蛋白组分的协同效应。

该成果标志着可持续乳蛋白开发的重要进展，通过精准调控翻译后修饰（如磷酸化），有望实现"设计型"乳蛋白的定向功能优化，为替代乳制品创新提供新的技术路径。