超声处理调控燕麦-乳清双蛋白凝胶构效关系及形成机制研究

《Ultrasonics Sonochemistry》：Mechanism of ultrasonic treatment affecting the conformation and properties of oat-whey dual-protein gel

本研究针对植物蛋白与动物蛋白互补不足的问题，以燕麦蛋白（OP）和乳清蛋白（WP）为研究对象，通过不同超声功率（0–600?W）处理双蛋白凝胶系统，系统分析了蛋白聚集状态、构象及功能性质的变化。结果表明，适量WP添加（OP:WP=3:7）结合400?W超声处理可显著降低粒径、促进β-折叠形成、增强疏水相互作用与二硫键，使凝胶获得最优质地特性（凝胶强度147.96?gf，持水性50.96?%）。该研究为双蛋白凝胶食品的开发提供了新思路和技术支撑。

　　

随着健康饮食理念的普及，植物蛋白和动物蛋白的互补利用成为食品科学领域的热点。植物蛋白虽然来源广泛、环境友好，但其氨基酸组成往往不完整，难以满足人体营养需求；而动物蛋白虽然营养丰富，但生产过程中面临资源紧张和环境压力。燕麦蛋白（OP）作为一种优质植物蛋白，具有低过敏性、高可持续性等优点，但赖氨酸含量较低；乳清蛋白（WP）作为乳制品副产品，富含赖氨酸但成本较高。将两者结合制备双蛋白凝胶，可实现营养互补，但OP的低溶解度可能影响其与WP的相互作用，进而影响凝胶性能。为此，研究人员探索通过超声这一绿色非热物理加工技术，改善双蛋白凝胶的结构与功能。

本研究发表在《Ultrasonics Sonochemistry》上，系统探讨了不同OP-WP配比（OP、7:3、5:5、3:7、WP）及超声功率（0、200、400、600?W）对双蛋白凝胶构象和性质的影响，并揭示了其形成机制。研究发现，适量WP的加入和适度超声处理能显著优化凝胶性能，而过度超声则会导致结构破坏。

为开展研究，作者采用超声细胞破碎仪对OP-WP混合溶液进行不同功率处理，通过粒径分析、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、荧光光谱、游离巯基含量测定、分子间作用力分析、凝胶强度与持水性测定、低场核磁共振（LF-NMR）、流变学测试及扫描电子显微镜（SEM）等技术，全面表征了凝胶的物理化学性质。

研究结果如下：

3.1. 粒径及粒径分布测定

超声处理显著降低了蛋白聚集体粒径，400?W时OP:WP=3:7的凝胶粒径最小（154?nm），但600?W时因过度聚集导致粒径回升。粒径分布由宽变窄，表明超声提高了体系的均匀性和稳定性。

3.2. 二级结构测定

FTIR结果显示，适度超声（400?W）促进α-螺旋向β-折叠转化，OP:WP=3:7时β-折叠含量达45.51%，β-转角增至32.03%，蛋白结构由无序向有序转变。600?W超声则导致随机卷曲增加，结构稳定性下降。

3.3. 三级结构测定

荧光光谱表明，400?W超声使凝胶荧光强度增强，λ_max红移，提示疏水氨基酸暴露、蛋白结构展开。过高功率（600?W）导致荧光猝灭，蛋白结构受损。

3.4. 游离巯基含量与分子间作用力测定

WP的加入和超声处理促进游离巯基向二硫键转化。疏水相互作用和二硫键是凝胶形成的主要作用力，400?W超声下两者均增强，有助于形成致密网络。

3.5. 凝胶强度与持水性测定

OP:WP=3:7、400?W超声处理的凝胶强度最高（147.96?gf），持水性达50.96%。过量超声（600?W）导致凝胶强度下降，但持水性在WP占比高时仍保持较好。

3.6. 水分分布测定

LF-NMR显示，400?W超声使固定水（PT₂₂）含量增加，自由水（PT₂₃）减少，表明凝胶网络更紧密，水分迁移受限。

3.7. 流变学性质测定

频率扫描和温度扫描均表明，400?W超声处理的凝胶储能模量（G′）最高，弹性特性最佳。冷却阶段G′急剧上升，提示氢键和离子键增强网络稳定性。

3.8. 微观结构测定

SEM显示，WP占比高时凝胶结构更均匀致密；超声处理使表面更光滑，孔隙减小。过量超声则导致结构松散、孔洞增大。

研究结论表明，WP的加入和适度超声处理（400?W）能协同优化OP-WP双蛋白凝胶的构象和功能性质，其中疏水相互作用和二硫键是形成稳定凝胶网络的关键。该研究为双蛋白凝胶食品的绿色加工提供了理论依据和技术参考，对开发高蛋白、低环境负荷的新型食品具有重要意义。未来可进一步探索OP-WP凝胶的消化特性及在不同pH、离子强度下的表现。