连续纯化与超声改性功能化核桃蛋白：自组装结构及界面特性研究

为解决传统植物蛋白制备工艺繁琐、功能特性受限的问题，研究人员创新性地将碱提、膜纯化和超声改性三步工艺整合为连续一步法，成功制备出具有优异乳化性能的核桃蛋白(WP-U2)。该蛋白在10 W/mL超声处理30分钟后展现出最高表面疏水性(H0=36704)、最小粒径(205 nm)和最佳溶解度(58.7%)，其形成的界面膜储能模量达64 mN/m，乳化活性(EAI)和稳定性(ESI)显著提升。这项研究为高效制备功能性植物蛋白提供了新思路。

　　

核桃作为全球高产坚果作物，其榨油后的残渣含有约45%的优质蛋白，但当前主要用作饲料或肥料，造成资源浪费。传统碱性提取-酸沉淀(AE-AP)工艺存在明显缺陷：等电点沉淀导致蛋白粒径过大影响溶解性，且小分子物质如多酚会与蛋白共沉淀降低纯度。更棘手的是，现有工艺需要干燥和复溶等额外步骤，整个流程耗时费力。如何通过绿色高效的方法获得高纯度、高功能性的植物蛋白，成为食品科学领域亟待突破的难题。

针对这一挑战，武汉轻工大学食品科学与工程学院的研究人员创新性地将碱提、膜纯化和超声改性三步工艺整合为连续一步法，系统研究了核桃蛋白的结构演变与功能特性。相关成果发表在《Ultrasonics Sonochemistry》期刊。研究团队采用20 kHz探头式超声处理器，通过控制功率密度(10-30 W/mL)和时间(10-30分钟)制备不同改性样品，结合SDS-PAGE、圆二色谱(CD)、原子力显微镜(AFM)等技术表征结构变化，并采用Tracker界面张力仪和冷冻扫描电镜(Cryo-SEM)分析界面行为。

3.1 颜色与外观

与传统方法制备的WP-7相比，一步法所得WP-U系列样品白度显著提高(最高73.75)，粉末形态更细腻，表明膜分离能有效去除色素等杂质。

3.2 中性pH下的结构特性

非还原/还原SDS-PAGE显示所有样品均以53 kDa谷蛋白为主。CD分析发现超声处理使α-螺旋减少、β-折叠增加，WP-U2的β-折叠含量达33.43%。荧光光谱表明WP-U2最大发射波长红移，说明色氨酸残基暴露于极性环境。其游离巯基(-SH)含量达25.59 μg/mL，显著高于WP-7，证实超声可断裂二硫键(-S-S-)。

3.3 聚集行为

粒径分析显示WP-U2水合直径仅205 nm，远小于WP-7的479 nm。表面疏水性(H₀)测试表明WP-U2达36704，AFM图像显示其干燥后粒径仅56.3 nm，证实一步法能形成规整的小尺寸组装体。

3.4 功能特性

WP-U2溶解度达58.7%，较WP-7提升27.14%。乳化活性(EAI)和稳定性(ESI)分别达12 m²/g和>150分钟，这归因于其快速界面吸附能力——界面压力(π)在10800秒内升至19 mN/m，重排速率常数(K_r)达16.1×10^-4 s^-1，显著高于其他样品。

3.5 界面特性

振幅扫描显示WP-U2界面膜在5%形变时储能模量(E_d')达64.14 mN/m，远超大豆蛋白(约45 mN/m)。Lissajous曲线分析表明其界面膜具有应变硬化-软化转变特性，Cryo-SEM观察到致密光滑的界面结构，印证了优异的机械稳定性。

该研究开创性地将多步工艺整合为连续流程，使核桃蛋白从溶解态转变为有序组装体。特别值得注意的是，适度超声(10 W/mL, 30分钟)处理的WP-U2展现出独特的结构-功能特性：通过降低α-螺旋含量、增加游离-SH，形成柔性构象；小粒径(205 nm)和高H₀(36704)赋予其快速界面吸附能力；而强界面膜力学性能(64 mN/m)则确保了乳液长期稳定。这些发现不仅为植物蛋白高效制备提供了新范式，更揭示了超声调控蛋白自组装与界面行为的分子机制，对开发新型食品乳化剂具有重要指导意义。技术层面，膜分离与超声的协同应用可推广至其他植物蛋白改性，而WP-U2的卓越性能使其在替代合成乳化剂方面展现出巨大潜力。