《Food Bioscience》：Citric Acid-Regulated Fibrillation Behavior and Shear-Recoverable Gelation Mechanism of Whey Protein Isolate
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•柠檬酸调控了乳清蛋白水解物（WPI）的纤维状组装。•纤维形成促进了动态凝胶网络的发展。•纤维状凝胶表现出改善的保水性和粘弹性。•WPI纤维凝胶在剪切破坏后表现出剪切恢复行为。引言乳清蛋白水解物（WPI）是一种通过集约化加工从乳清中提取的高价值原料（Chen等，2021）。与
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柠檬酸调控了乳清蛋白水解物（WPI）的纤维状组装。
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纤维形成促进了动态凝胶网络的发展。
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纤维状凝胶表现出改善的保水性和粘弹性。
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WPI纤维凝胶在剪切破坏后表现出剪切恢复行为。
引言
乳清蛋白水解物（WPI）是一种通过集约化加工从乳清中提取的高价值原料（Chen等，2021）。与其他乳蛋白相比，WPI具有高蛋白质含量、低杂质水平、优异的溶解性和明确的理化特性，支持其在功能性食品、乳制品体系和专业营养配方中的广泛使用（Pedersen等，2006）。WPI主要由β-乳球蛋白（β-Lg）和α-乳白蛋白（α-La）组成。β-Lg作为主要成分，含有大量疏水残基和游离巯基，使其在热或pH诱导条件下能够发生构象展开，随后通过疏水相互作用和二硫键交换进行聚集（Alting等，2003；Giefer等，2025）。这些转变奠定了其凝胶、乳化及起泡功能的基础（Hoppenreijs等，2023）。蛋白质功能与其分子结构和聚集行为密切相关；因此，控制蛋白质组装为定制WPI功能提供了一种有效策略（Jansens等，2019）。传统基于WPI的凝胶通常对网络动态和机械变形后的结构恢复控制有限，这限制了其在需要可调节质地和加工适应性的食品体系中的应用。WPI的纤维化修饰为构建具有增强结构功能的有序蛋白质网络提供了一种有前景的策略。
蛋白质纤维化是指蛋白质在特定环境条件下自组装成高度有序的类淀粉样纤维状结构的过程（Dobson，2003）。与天然WPI相比，纤维化可以改善热稳定性、耐酸性、凝胶能力、界面活性和封装递送潜力（Akkermans等，2008；Xu等，2016；Zhang等，2021）。纤维化修饰提供了一种改变蛋白质组装路径和网络组织的方法，使得形成具有可调结构性能的纤维基凝胶网络成为可能。近期研究表明，食品蛋白质的结构修饰可以有效调控蛋白质-蛋白质相互作用、二级结构重排和凝胶网络形成（Yu等，2024）。当受到剪切时，纤维状网络可能被破坏，并在剪切移除后恢复其类凝胶结构，这种行为被称为剪切可恢复凝胶化。这种特性与食品加工相关，因为它可以结合机械力下的加工性与加工后的结构恢复。除了结构和功能特性外，由于膳食蛋白质的多功能特性，蛋白质基功能性食品体系的发展日益受到关注。近期研究强调了探索功能性蛋白质来源并优化其在食品体系中应用的重要性（Tu等，2026；Abdel-Wahhab等，2026）。因此，理解食品蛋白质的结构-功能关系对于开发先进蛋白质基食品体系至关重要。
蛋白质纤维化通常在特定环境条件下诱导产生，其中加热条件下的酸水解（即低pH、升高温度和延长处理时间）是最广泛应用的纤维制备方法。以往研究通常使用强无机酸，如盐酸，作为酸化剂以快速降低体系pH并促进纤维化。然而，尽管盐酸在诱导纤维化方面效果显著，且在使用高纯度蛋白质时通常安全顾虑有限，但在大规模工艺中将其应用于低纯度蛋白质底物可能引入潜在安全风险。在此类体系中，残余脂质可能在长时间加热条件下与盐酸反应，导致氯丙醇及其衍生物的形成（Collier等，1991；Mou等，2023）。这些化合物被广泛认为是有毒物质，据报道具有肾毒性和生殖毒性效应（Fattore等，2023；Mossoba等，2020）。柠檬酸酸化相对于盐酸酸化可能具有潜在的安全优势，因为不引入氯离子作为氯丙醇生成的前体。
尽管柠檬酸是一种广泛使用的食品级酸度调节剂，但柠檬酸处理及其伴随的pH变化对WPI纤维化、凝胶化和剪切恢复行为的影响仍知之甚少。特别是，柠檬酸体系中的pH如何调控纤维组装、网络架构和分子间相互作用尚未得到系统阐明。以往研究主要关注纤维形成，而对宏观凝胶特性和触变恢复机制关注有限。通过精确调控分子结构来开发功能性食品配料 recently 日益受到关注，突出了阐明食品蛋白质体系中结构-功能关系的重要性。WPI的pI约为5.0，β-乳球蛋白的pI约为5.2（Kharlamova等，2016）。在pI以下，蛋白质带净正电荷，有利于展开和纤维化。在pH 2.0–3.0条件下，WPI纤维保持明确的有序结构，而在pH 4.0–6.0条件下，由于静电排斥力降低，聚集作用占主导（Cheng等，2026）。据此，选择pH 2.5和3.0以研究其在柠檬酸体系中对WPI纤维组装和凝胶化的影响。
蛋白质浓度对纤维化路径和所得凝胶网络架构至关重要。以往研究表明，剪切流仅在WPI浓度高于3 wt%时对纤维生长产生明显影响（Akkermans等，2008）。在总蛋白质浓度高于6 wt%时可形成透明纤维状凝胶（Bolder等，2006）。在本研究中，选择4 wt%浓度进行纤维形成，以确保高效纤维化同时尽量减少透射电子显微镜（TEM）观察时的纤维重叠；选择6 wt%浓度进行后续凝胶化研究，以获得自支撑纤维网络适合宏观表征。
本研究考察了WPI在柠檬酸处理及热条件下的纤维化行为，重点关注pH、纤维状组装、分子间相互作用、凝胶结构和流变行为之间的关系，特别强调剪切可恢复凝胶化。研究结果提供了在柠檬酸处理条件下WPI纤维化的见解及其开发剪切响应性功能性食品体系的潜力。
分节摘要
材料与主要实验仪器设备
从希尔马奶酪公司（美国）采购含89%蛋白质（食品级）的WPI 9410。柠檬酸（食品级）和三（羟基甲基）氨基甲烷（Tris，分析纯99.9%）购自阿拉丁生物化学科技有限公司（中国）。氢氧化钠（分析纯）购自天津化学试剂厂（中国）。乙二胺四乙酸二钠二水合物（EDTA-Na2·2H2O，分析纯）购自天津欧米凯化学试剂有限公司（中国）。
剪切与恢复过程中凝胶的视觉变化
为研究制备pH对WF凝胶网络强度和触变行为的影响，将pH 2.5和pH 3.0下不同加热时间制备的样品进行剪切-恢复测试。记录凝胶的宏观外观以评估剪切过程中及后续恢复的结构变化。对所有样品在初始状态、剪切后立即以及恢复1天和2天后的凝胶视觉外观进行了比较（图1）。
该
结论
本研究证明，WPI在柠檬酸体系中的纤维化和凝胶化行为受pH强烈调控，导致不同的结构组装路径和凝胶特性。在pH 2.5时，柠檬酸处理促进了有序WPI纳米纤维和互连凝胶网络的形成，从而提高了凝胶强度、持水能力和剪切恢复行为。相比之下，pH 3.0体系表现出有限的纤维形成和较弱的结构
CRediT作者贡献声明
温欣：调查研究。曹永强：调查研究。于保安：调查研究。李科：调查研究。李红娟：监督、项目管理、资金获取。于京华：监督。李红波：撰写——审阅与编辑。尤慧鑫：撰写——原稿撰写、方法论、概念化
未引用参考文献
Nicolai和Durand，2013；Ouyang等，2023；蛋白质折叠与错误折叠，。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本论文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
作者衷心感谢甘肃省科技计划-甘肃省重大科技项目（25ZDNA010）和山东省博士后创新项目（SDCX-ZG-202400132）的支持。
尤慧鑫|于保安|李科|温欣|曹永强|李红波|李红娟|于京华
