TGase催化鱼明胶糖基化：结构特性与功能性质的构效关系解析及其在功能性食品中的应用

本研究针对鱼明胶(FG)功能特性不足的问题，通过转谷氨酰胺酶(TGase)催化壳寡糖(COS)糖基化修饰，系统研究了FG结构特性与功能性质的构效关系。研究发现当FG:COS=2:1时糖基化程度最高，氢键和疏水相互作用主导了FG-COS复合物形成。糖基化使FG形成更致密均匀的微观结构，显著提升了表观粘度、乳化性、凝胶性和抗氧化活性，为开发功能性食品抗氧化乳化剂和凝胶增强剂提供了新思路。

　　

在食品工业中，明胶作为一种重要的蛋白质类食品胶体，因其优异的生物相容性和多功能性被广泛应用。然而，哺乳动物来源的明胶存在疾病传播风险和宗教饮食禁忌，而作为替代品的鱼明胶(FG)又因脯氨酸和羟脯氨酸含量较低，表现出较差的凝胶性、乳化性和流变特性。这些缺陷严重制约了FG在食品工业中的应用价值。传统的美拉德反应虽然能改善蛋白质性能，但会产生致癌副产物且需要高温条件。面对这些挑战，黑龙江省青年科技人才支持项目资助的研究团队创新性地采用转谷氨酰胺酶(TGase)催化壳寡糖(COS)与FG的糖基化反应，系统研究了该修饰对FG结构特性和功能性质的影响，相关成果发表在《Food Hydrocolloids》上。

研究人员通过优化反应条件，采用分子对接、扫描电镜、流变分析等技术手段，重点考察了糖基化修饰对FG结构特征和功能特性的影响。当FG与COS质量比为2:1时，糖基化程度达到峰值。二级和三级结构分析表明，FG与COS主要通过氢键和疏水相互作用结合。微观结构观察显示糖基化FG呈现更均匀致密的形貌，流变学测试证实糖基化显著提高了FG的表观粘度。通过三相接触角和界面张力评估发现，糖基化显著改善了FG在油水界面的吸附行为，这直接决定了其乳化能力的提升。

在结构表征方面，研究首先通过测定结合氨基葡萄糖含量确定了最佳反应条件。随着酶添加量增加，FG自交联程度和糖基化程度均提高，但过量酶促会导致FG分子过度自交联，反而降低糖基化效率。分子对接分析揭示了FG与COS的结合位点和相互作用方式。

物化性质研究显示，糖基化使FG的溶解度提高了15-20%，表面疏水性显著降低。微观结构观察证实糖基化FG形成了更均匀的三维网络结构。流变学特性测试表明，糖基化FG具有更高的储能模量(G')和损耗模量(G'')，表现出更显著的类固体行为。

功能特性评估方面最具突破性的发现是：糖基化使FG的乳化活性提高了35-40%，乳化稳定性提升约30%；凝胶强度增加25%以上；同时抗氧化能力显著增强，DPPH自由基清除率提升2-3倍。这些改进源于糖基化引起FG分子结构变化，包括表面电荷重组、疏水基团重排以及分子柔韧性改变。

该研究不仅深化了对COS与FG相互作用机制的理解，更重要的是为开发新型功能性食品配料提供了理论依据。糖基化FG兼具优异的乳化性、凝胶性和抗氧化活性，使其有望作为多功能添加剂应用于功能性食品体系。特别是作为抗氧化乳化剂使用时，既能稳定乳液体系又能防止油脂氧化，这种双重功能在健康食品开发中具有独特优势。研究采用的TGase催化糖基化工艺条件温和、无有害副产物，符合清洁标签食品发展趋势，为明胶改性提供了新的技术路径。未来研究可进一步探索糖基化FG在不同食品体系中的应用效果，以及其与其他食品成分的相互作用机制。