亚麻籽胶与乳蛋白静电复合凝聚机制研究：多尺度结构调控及功能特性优化

针对乳蛋白在酸性或高盐条件下易聚集失稳的难题，河北农业大学研究人员系统探究了亚麻籽胶(FG)与乳蛋白(CAS/WP)的静电复合凝聚机制，揭示了pH、质量比和离子强度对多尺度结构形成的调控规律，为开发高稳定性清洁标签乳制品提供了理论依据。研究发现4:1蛋白-FG质量比下形成最强相互作用，CAS因胶束结构在高盐条件下仍保持相分离特性。

　　

在追求清洁标签食品的今天，如何让乳制品既保持天然成分又具备理想质构，成为食品科学家面临的重大挑战。乳蛋白（如酪蛋白CAS和乳清蛋白WP）虽然营养丰富，但在酸性环境或高盐条件下容易"罢工"——发生不可逆聚集，导致产品分层、质地粗糙。与此同时，来自亚麻籽的天然多糖亚麻籽胶(FG)因其出色的持水性和增稠能力备受关注，但单独使用时超过0.5%浓度就会引发相分离。这两类生物大分子能否"强强联合"？它们的相互作用背后隐藏着怎样的分子密码？

河北农业大学食品科技学院的研究团队在《LWT》发表的研究给出了答案。研究人员通过多尺度表征技术，解码了FG与四种蛋白质（亚麻籽蛋白FPI、CAS、WP及其混合物C-W）的静电复合凝聚机制。他们发现当pH低于蛋白质等电点、质量比为4:1时，能形成最稳定的复合物；虽然盐离子会通过静电屏蔽削弱FG-蛋白结合，但CAS凭借独特的胶束结构在高盐条件下仍能保持相分离。这项研究为开发新一代稳定型酸性乳饮料提供了精准配方策略。

研究团队运用了浊度分析、荧光光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和分子对接等关键技术。通过调控pH(7-1)、质量比(16:1-1:1)和NaCl浓度(0-200 mM)等变量，系统分析了复合体系的相行为、结构变化和功能特性。

复合凝聚相行为分析显示：

• pH效应：在pH_φ1至pH_max区间（约pH 3-5）出现显著相分离，FG因硫酸基团pKa低，在强酸下仍保持负电性，使复合物难以完全解离。

• 质量比优化：4:1比例时浊度和粒径达到峰值，此时FG结合位点被蛋白完全占据，形成宏观相分离。

• 盐浓度影响：NaCl≥100 mM时WP/FG体系相分离消失，而CAS/FG因胶束结构保持稳定性。

颗粒特性与结构演变揭示：

• 粒径与ζ电位：在pH_max附近（净电荷接近零时）出现最大粒径，CAS系统ζ电位变化幅度最小，印证其结构稳定性。

• 二级结构转变：pH5时α-螺旋和β-折叠增加，形成有序结构；pH3时β-转角主导，转为无序聚集态。

• 三级结构变化：pH3下荧光强度骤降且λ_max蓝移，表明色氨酸残基转入疏水环境。

结合特性与功能验证：

• 热力学分析：FPI/FG以疏水作用为主（ΔH>0），而乳蛋白系统以静电作用主导（ΔH<0），所有系统ΔG<0证实结合自发进行。

• 流变特性：4:1比例下G'达峰值，CAS系统在200 mM NaCl时G'仅降低15%，显著优于WP系统（下降70%）。

• 乳化性能：酸性条件(pH3)下复合物乳化活性(E)提升2-3倍，CAS因胶束结构保持最佳乳化稳定性(ES)。

分子对接可视化：

FG主要结合在蛋白质的疏水口袋中，与FPI的Leu103、CAS的Arg246、WP的Lys50等残基形成氢键和疏水作用。其中FG与纤维连接蛋白（fibronectin）的相互作用最强，涉及6个氢键和7个疏水接触。

这项研究不仅阐明了FG-蛋白相互作用的动态构象转变规律（从有序到无序状态），更通过多尺度结构-功能关联分析，为乳制品创新提供了三大启示：一是4:1的蛋白-FG配比可最大限度发挥协同效应；二是CAS的胶束结构赋予体系优异的盐耐受性；三是酸性条件下疏水作用的增强能显著提升乳化性能。这些发现为开发无需合成添加剂的高品质乳制品奠定了理论基础，特别是为酸性乳饮料的质构调控提供了精准的分子设计策略。