超声辅助L-组氨酸修饰结合京尼平交联对大豆分离蛋白结构与功能的影响机制研究

本研究针对天然大豆分离蛋白(SPI)易聚集、功能特性不足的问题，通过超声辅助L-组氨酸(L-His)修饰结合京尼平(G)交联技术，构建了G-USL复合体系。研究发现0.2 wt% L-His浓度下复合物呈现最优的α-螺旋/β-折叠结构、最小粒径(81.5 nm)和最高稳定性，其溶解度与抗氧化活性(DPPH/ABTS)显著提升，为功能性植物蛋白开发提供了新策略。

　　

大豆蛋白作为植物基蛋白的重要来源，其分离蛋白(SPI)虽具有90%以上的高蛋白含量，但天然SPI因分子间二硫键和氢键等作用易发生聚集，导致构象柔性和功能特性不足。这限制了其在乳制品替代和特殊膳食中的应用。更棘手的是，传统化学改性可能引入安全隐患，而物理改性往往效果有限。如何通过绿色技术协同提升SPI的结构稳定性和功能特性，成为食品科学领域亟待突破的难题。

东北农业大学食品学院的Siyu Wu团队在《Lung Cancer》发表的研究中，创新性地将超声物理处理、L-组氨酸(L-His)化学修饰与京尼平(Genipin)生物交联技术相结合。研究人员首先通过碱溶酸沉法提取SPI，采用400W脉冲超声(20kHz，5s开/2s关)处理10分钟，随后添加不同浓度(0.1-0.5 wt%)L-His构建USPI-L-His复合物，最终加入0.6 wt%京尼平进行3小时交联反应。通过多尺度表征技术系统分析了复合物的结构-功能关系。

3.1 游离氨基分析

OPA法测定显示，京尼平交联使游离-NH₂含量显著降低，0.2 wt% L-His组达最低值，证实该浓度下交联效率最高。这为后续结构变化提供了反应位点基础。

3.2 粒径与电位

激光粒度仪检测发现，交联使复合物平均粒径从SPI的微米级降至纳米级(81.5nm)，ζ电位绝对值在0.2 wt% L-His时最大。说明京尼平通过形成异环胺和酰胺键实现分子收缩，而适度L-His通过π-π堆积优化了静电稳定性。

3.3 FT-IR分析

红外光谱中酰胺A带红移至3265.18 cm^-1，酰胺I带(C=O)移至1626.56 cm^-1，0.2 wt%组α-螺旋(18.64%)和β-折叠(42.71%)含量达峰值。证实L-His的咪唑环通过氢键和π-π作用促进二级结构有序化。

3.4 荧光光谱

内源荧光显示交联导致色氨酸微环境极性增强，280nm紫外吸收峰红移，表明京尼平与氨基酸残基形成异环胺，改变了蛋白质三级结构。

3.6 表面疏水性

ANS荧光探针法测得0.2 wt%组表面疏水性(H₀)最低，说明交联网络和L-His的屏蔽效应协同减少了疏水基团暴露。

3.8 微观形貌

SEM显示0.2 wt%组形成均匀三维网络结构，而高浓度L-His导致孔洞过大，直观验证了适度交联对结构密度的调控作用。

3.9 功能特性

溶解度在0.2 wt%时提升27%，ABTS清除率提高1.8倍，DSC显示热变性温度升高12°C。证明结构优化直接转化为功能增益。

这项研究的重要意义在于建立了"物理-化学-生物"多级改性技术体系，揭示了L-His浓度与京尼平交联效率的量化关系。0.2 wt% L-His的优化浓度使复合物形成"紧而不僵"的独特结构：足够的交联密度保障稳定性，适度的分子柔性保留功能活性。该成果不仅为植物蛋白在仿肉制品、递送载体等领域的应用提供了理论依据，其提出的超声辅助氨基酸修饰-生物交联联用策略，还可拓展至其他蛋白质改性研究，具有重要的方法论价值。

未来研究可进一步解析L-His咪唑环与蛋白质芳香族氨基酸的精确相互作用位点，并探索该复合物在乳液凝胶、3D打印食品等场景的实际应用性能。这种绿色改性技术对推动可持续食品体系构建具有深远意义。