引言
植物蛋白因其丰富的营养成分、安全性及功能多样性而被视为一种可持续的生物相容性营养品递送系统（Wan, Guo, & Yang, 2015）。其中，棉籽蛋白（CPI）是一种尚未得到充分利用但具有巨大潜力的资源，因为它具有平衡的氨基酸组成，可用于增值加工（Cheng, He, Ford, Wyckoff, & Wu, 2020）。然而，由于棉籽蛋白在中性pH条件下极易聚集且溶解度极低，这严重限制了其实际应用（He et al., 2020）。
为了解决蛋白质的溶解性问题，人们已经研究了许多物理、化学和生物学方法（Akharume, Aluko, & Adedeji, 2021; Gao, Rao, & Chen, 2024; Grossmann & McClements, 2023）。物理方法包括高强度超声波处理（HIUS, Gao, Rao, & Chen, 2022; Hu et al., 2013）和高压均质化（HPH, Luo et al., 2022; Wang Y. et al., 2024），这些方法分别利用空化和剪切力破坏蛋白质聚集体并提高其表面亲水性。酶解（Vogelsang-O'Dwyer, Sahin, Arendt, & Zannini, 2022; Zhao, Liu, Zhao, Ren, & Yang, 2011），尤其是使用藻酸酶或胰蛋白酶，可以切断肽键从而暴露极性基团，从而提高蛋白质在广泛pH范围内的溶解度。但过度酶解可能会引入苦味或降低蛋白质的功能性（Liu et al., 2022）。化学修饰，如多糖糖基化，可以通过空间稳定性和电荷调节来提高溶解度。其中，改变pH值是一种简单且可扩展的技术。在这一过程中，蛋白质在极端碱性（pH 12）或酸性（pH 2）条件下发生结构 unfolding 和 refolding，然后通过加入碱性（或酸性）缓冲液进行中和，重新分配亲水和疏水残基（Jiang, Wang, & Xiong, 2018）。这种处理方式可以降低表面疏水性并增加净电荷，例如小麦面筋蛋白和苜蓿蛋白的溶解度提高了80%以上（Jiang H. et al., 2022; Nissen et al., 2021）。然而，pH值改变可能会导致部分不可逆的变性，在高蛋白浓度下效果不佳，因此需要结合其他方法使用。
近期研究倾向于结合多种方法来增强蛋白质的功能性，尤其是将pH值改变与多糖或树脂结合使用，以克服溶解度和稳定性问题。例如，通过添加纳米纤维素并用pH值改变处理大豆蛋白，其溶解度提高了40%（Zhu et al., 2025）。同样，pH值改变（pH 12）后进行微流化处理，可以使大米蛋白复合物的溶解度从1%提升至78.3%（Li Z. et al., 2025）。在乳清蛋白系统中使用pH值循环处理海藻酸盐，可以防止等电点时的沉淀，通过形成静电网络使溶解度提高约40%（Mazzocchi, Moller, Benucci, Esti, & Dalsgaard, 2025）。此外，用精氨酸处理小麦面筋后，由于疏水相互作用和二硫键的断裂，溶解度提高了16.2%至43.1%（Yang T. et al., 2025）。这些组合技术通常比单一方法更有效，显示出实用前景。基于此，天然树脂如虫胶具有明显的优势，因为它们具有pH响应性、生物相容性和两亲性，易于整合到基于蛋白质的系统中，有利于疏花青素的吸收（Tao Wang, Yang, Feng, Wang, & Chen, 2020）。此外，关于通过pH值驱动工艺制备的竹笋蛋白-虫胶复合物的研究表明，这类复合物具有更高的溶解度、热稳定性和功能性，证实了树脂-蛋白质组合方法的有效性（Cai, Chen, Liu, Qin, & Jia, 2025）。尽管取得了这些进展，但针对CPI的改进策略研究仍然有限，限制了其价值利用。
尽管取得了这些进展，但由于缺乏先进的表征技术，对作用机制的研究仍然受到限制。传统上，溶解度增强方法主要通过物理化学手段进行评估，如表面疏水性、Zeta电位和粒度分析（Wang T., et al., 2020）。虽然这些方法可以提供宏观理解，但无法解释分子层面的相互作用。蛋白质组学技术克服了这一局限。Pei通过比较蛋白质组学研究发现，pH值改变处理显著提高了小麦面筋-磷酸蛋白复合物中亲水亚基的表达水平，同时降低了疏水储存蛋白的表达水平（Pei et al., 2024）。通过基于亚基组成和翻译后修饰的分析方法，可以在分子结构层面获得蛋白质修饰的证据。分子动力学模拟也可以量化相互作用。尽管小麦面筋-精氨酸系统使用分子动力学模拟来研究残基间的相互作用，但其结果与宏观溶解度数据不符，揭示了单一方法的局限性。因此，结合传统表征方法、蛋白质组学和分子动力学可以提供更深入的机制洞察。
在本研究中，设计了一种基于pH值改变的棉籽蛋白-虫胶共溶性系统，以提高棉籽蛋白的溶解度。通过整合蛋白质组学、关键亚基鉴定和分子动力学模拟的方法发现，疏水域的屏蔽和排斥作用是主要的稳定机制。该系统能够成功包封姜黄素，提高其稳定性并增强生物活性，这一点通过体外细胞实验和体内生物利用度分析得到了验证。总之，这项工作为共组装过程提供了新的机制见解，并证明了CPS作为营养品载体的巨大潜力，为植物蛋白的高价值利用指明了方向。
