《Food and Bioprocess Technology》：Cold Atmospheric Plasma-Induced Modifications in the Structural and Techno-Functional Properties of Pequi Almond (Caryocar brasiliense Camb.) Proteins
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本研究探讨了冷常压等离子体处理（2–10 min）对佩基杏仁蛋白的结构特性和功能表现的影响。通过光谱学和化学分析评估了结构变化，包括游离巯基和羰基含量，以及二级和三级结构修饰。还评估了与溶解度、乳化性、持水持油能力和流变行为相关的技术功能特性。短时间CAP暴露
本研究探讨了冷常压等离子体处理（2–10 min）对佩基杏仁蛋白的结构特性和功能表现的影响。通过光谱学和化学分析评估了结构变化，包括游离巯基和羰基含量，以及二级和三级结构修饰。还评估了与溶解度、乳化性、持水持油能力和流变行为相关的技术功能特性。短时间CAP暴露（2–4 min）改善了PAP的功能性。溶解度提高了约2.6倍，2 min时的乳化活性提高了近七倍，乳化稳定性提高了约2.7倍，持水和持油能力提高了约2.0倍。这些改善与二级和三级结构水平的构象重排有关，表现为荧光强度增加、紫外-可见吸收增强、傅里叶变换红外光谱谱图变化以及表面疏水性提高（约2.31倍），表明蛋白质部分展开和界面活性增强。FTIR分析证实了PAP二级结构中随时间依赖的重排，β-折叠含量从46.07%增加到51.06%，而α-螺旋含量保持相对稳定（22.19–21.97%），β-转角含量从26.53%下降到22.64%。CAP处理也改变了PAP分散体的胶体和流变行为。在延长暴露时间后，50 s-1下的表观粘度从2.0 ± 0.2增加到9.6 ± 0.1 mPa·s，同时伴随着粒径、多分散指数和流变参数的增加，表明蛋白质聚集和网络形成。这些效应伴随着羰基含量增加和游离巯基减少，表明长时间等离子体暴露诱导了氧化修饰。总体而言，在所评估的处理条件下，CAP是一种有前景的定制PAP功能的策略。这些发现强调了控制等离子体暴露时间以平衡结构修饰、氧化反应和功能性能的重要性，并为进一步评估CAP处理的PAP在食品相关配方中的应用提供了基础。
一、研究背景与研究目的
动物蛋白生产对环境造成巨大压力，包括土地、水资源和能源的大量消耗，温室气体排放以及生物多样性丧失。因此，利用农业工业副产物中的植物蛋白作为替代资源，已成为提升资源利用率、构建循环食品体系的重要方向。佩基（Caryocar brasiliense Camb.）果仁是巴西塞拉多生物群落特有水果加工过程中产生的副产物，其脱脂后的饼粕含有约27%（干基）的蛋白质。然而，前期研究表明，佩基杏仁蛋白具有高度有序的结构，导致其持水持油能力低、乳化性能弱、乳液稳定性差，严重限制了其在食品体系中的技术应用。
为了克服上述限制，研究人员尝试了多种非传统加工技术来修饰PAP的结构并提升其功能性能。例如，高压均质化处理（100 MPa）可诱导构象变化，使蛋白质溶解度提高63.5%，并显著改善胶体稳定性；超声辅助酶解（25 kHz, 38 W/L）则可加速蛋白水解，产生具有更高溶解度、起泡能力和抗氧化活性的肽段。在这些技术中，冷常压等离子体因其非热特性、操作简便、可直接处理粉末材料且无需复杂预处理等优势，成为极具潜力的蛋白质修饰手段。CAP可产生包括活性氧物种和活性氮物种在内的反应性粒子，这些粒子能够诱导蛋白质的氧化反应和结构重组，进而影响其溶解性、乳化能力和流变行为等关键功能性质。然而，CAP对PAP的作用尚未见报道。因此，本研究旨在系统评价不同CAP暴露时间（2–10 min）对PAP分散液的结构、技术功能和流变特性的影响，为其在食品领域的潜在应用提供科学依据。
二、主要研究方法
研究人员采用碱溶酸沉法提取PAP，并使用介质阻挡放电型冷常压等离子体系统在环境空气条件下对冻干的PAP粉末进行处理。处理条件为固定峰峰值电压12 kV、脉冲频率130 kHz、平均输入功率约30 W，处理时间分别为2、4、6、8和10 min，并以未经处理的样品作为对照。随后，研究人员配制蛋白质分散液（10 mg/mL，10 mM Na3PO4缓冲液，pH 7.0），用于后续各项表征和功能测试。
三、主要研究结果
SDS-PAGE分析：经CAP处理后，PAP的电泳图谱与对照组基本一致，未检测到明显的多肽链断裂或分子量分布变化。仅在10 min处理组中观察到部分条带强度略有减弱，这可能与蛋白质溶解度下降或染色效率降低有关，而非蛋白质降解。
平均粒径、多分散指数与ζ电位分析：短时间CAP处理（2–4 min）显著降低了PAP的平均粒径，表明蛋白质聚集体被部分破坏、分散性改善。随着处理时间延长至8–10 min，粒径逐渐增大，PDI值升高，提示发生了再聚集或结构重排。所有样品的ζ电位均维持在约-16 mV，无显著变化，说明静电相互作用并非驱动聚集的主要因素，疏水作用、氢键乃至共价交联可能更为关键。
紫外-可见吸收与内源荧光光谱分析：CAP处理后，PAP在210–300 nm区域的紫外吸收增强，荧光强度也显著上升。这表明CAP促进了蛋白质的部分展开，使原本埋藏在疏水核心中的色氨酸、酪氨酸等芳香族残基更多地暴露于溶剂环境中，即发生了三级结构的构象重排。
表面疏水性、游离巯基与羰基含量分析：短时间CAP处理（2–4 min）使PAP的表面疏水性最高提升了约2.31倍，进一步证实了蛋白质部分展开和疏水区域暴露。然而，在更长处理时间（6–10 min）下，H0显著下降，可能与蛋白质聚集导致疏水基团重新埋藏有关。游离巯基含量随处理时间延长持续下降（从4.09降至1.75 μmol/g），而羰基含量则显著上升（从21.92增至43.97 nmol/mg）。这两项指标共同揭示了CAP诱导的时间依赖性氧化修饰，特别是半胱氨酸残基的氧化和氨基酸侧链的羰基化。
傅里叶变换红外光谱分析：FTIR分析显示，CAP处理后酰胺I带发生位移，酰胺II带也有变化，且在1738–1749 cm-1处出现微弱增强的峰，指示羰基类氧化产物的形成。通过对酰胺I带进行六组分高斯拟合定量分析发现，β-折叠含量从46.07%增加到51.06%，β-转角含量从26.53%降至22.64%，而α-螺旋含量基本稳定（22.19%→21.97%），无规卷曲含量保持在较低水平（2.93–5.21%）。这说明CAP诱导了PAP二级结构的时间依赖性重排，主要表现为β-折叠增加和β-转角减少。
技术功能性质分析：CAP处理显著改善了PAP的功能性能。溶解度在2 min和4 min处理后分别提高了约2.6倍和2.5倍。乳化活性指数在2 min处理时提高了近7倍，乳化稳定性指数提高了约2.7倍。持水能力和持油能力也均提升了约2.0倍。这些改善主要归因于CAP诱导的蛋白质部分展开和构象重排，增加了亲水基团和疏水区域的暴露，从而增强了蛋白质与水相和油相的相互作用。
流变学性质分析：稳态剪切测试表明，CAP处理改变了PAP分散液的流动行为。在长处理时间下，50 s-1处的表观粘度从2.0 ± 0.2 mPa·s升至9.6 ± 0.1 mPa·s，稠度系数K值和流动行为指数n值也随之变化，符合幂律模型。振荡剪切测试中，储能模量和损耗模量均随处理时间延长而增加，且G'始终大于G''，表明形成了更致密的弱凝胶网络结构。这些流变学变化与粒径增大和蛋白质聚集密切相关。
四、研究结论与意义
本研究的结论指出，CAP处理可通过调控暴露时间来有效调节PAP的结构与技术功能特性。短时间处理（2–4 min）有利于蛋白质部分展开、疏水基团暴露和聚集体解离，从而显著提升溶解度、乳化活性和持水持油能力；而长时间处理（≥6 min）则会引发过度氧化修饰和蛋白质聚集，虽可增强粘度和凝胶网络结构，但会削弱表面疏水性和乳化稳定性。因此，精确控制等离子体处理时间是平衡结构修饰、氧化反应与功能性能的关键。总体而言，CAP代表了一种有前景的、可用于定制PAP功能性的绿色物理改性策略，本研究结果为将CAP处理的PAP进一步应用于实际食品配方奠定了重要基础。
