《Carbohydrate Polymers》：Tailoring the spatial conformation of soy protein isolate fibrils via non-covalent carboxymethyl cellulose complexation: From structural evolution to enhanced thermal stability
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•CMC通过非共价作用调控大豆蛋白原纤维的空间构象。•静电相互作用和氢键的协同作用驱动了SPF-CMC复合物的形成。•最佳比例为10:6时，通过电荷饱和形成致密的纤维网络。•最佳结构构型将热稳定性提升至162 °C。引言大豆分离蛋白（SPI）是应用最广泛的优质植物蛋白之一，富含酸
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CMC通过非共价作用调控大豆蛋白原纤维的空间构象。
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静电相互作用和氢键的协同作用驱动了SPF-CMC复合物的形成。
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最佳比例为10:6时，通过电荷饱和形成致密的纤维网络。
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最佳结构构型将热稳定性提升至162 °C。
引言
大豆分离蛋白（SPI）是应用最广泛的优质植物蛋白之一，富含酸性氨基酸，这促进了其在酸热条件下快速水解并随后自组装，使其具有很强的纤维化倾向（Xie等，2027）。在特定条件下——如高温长时间加热（Guo等，2026）、酸性pH（Wang等，2026）和低离子强度（Zhao, Hu等，2026）——SPI可以自组装成具有β-折叠结构的原纤维。与天然SPI相比，这些蛋白质纤维具有更高的长径比、更大的刚性和更高的表面电荷密度，因此表现出优异的粘度、乳化性能和表面活性（Jia等，2026）。此外，它们丰富的官能团有利于与其他生物分子的相互作用。然而，蛋白质纤维仍表现出一定的功能局限性：其加工稳定性差，易聚集和沉淀，乳化界面稳定性有限（Cao等，2026）。这些限制制约了它们在复杂食品体系中的直接应用。
为了解决上述问题，引入生物大分子修饰蛋白质纤维是一种有效策略。其中，多糖因其丰富的官能团、良好的生物相容性和可控的电荷特性而被广泛用于调控蛋白质纤维的结构和功能特性（Rostamabadi等，2026）。蛋白质纤维与多糖之间的复合凝聚主要由非共价相互作用驱动，如静电吸引、氢键和疏水相互作用（Guo等，2027）。不同多糖由于电荷密度、分子量和官能团的差异，与蛋白质纤维通过不同机制相互作用。例如，Song等（2025）证明岩藻多糖主要通过静电相互作用和氢键与β-乳球蛋白纤维形成复合物；这些相互作用协同维持纤维与多糖链之间的有序排列。类似地，Wang, Han等（2025）发现，在玉米醇溶蛋白纤维与阿拉伯胶复合过程中，随着玉米醇溶蛋白浓度的增加，蛋白质表面的疏水位点可以与多糖分子内的特定疏水结构域形成疏水相互作用，进一步增强复合物的致密性。此外，在由蛋白质纤维和多糖组成的复合体系中，混合比例的变化直接影响静电吸引与排斥的平衡、氢键网络的密度以及疏水相互作用的强度，从而决定体系的微观结构、流变行为和功能特性（Feng等，2024）。因此，选择合适的多糖对蛋白质纤维进行复合修饰，并系统研究混合比例如何调控非共价相互作用机制，具有至关重要的意义。
羧甲基纤维素（CMC）是一种广泛使用的阴离子水溶性多糖衍生物。其分子链中含有大量羧甲基（-CH?COO?）基团，赋予其优异的亲水性和反应活性。作为天然纤维素的衍生物，CMC具有可再生性、可生物降解性、生物相容性和良好的成膜性等优点。由于其分子结构中同时存在亲水的-CH?COO?基团和疏水的纤维素骨架，CMC表现出亲水和疏水双重性质，是一种典型的两亲性聚合物（Ferreira Chaves等，2026）。这些-CH?COO?基团可以与蛋白质的质子化氨基（-NH?+）或-COOH基团形成静电相互作用和氢键，有效抑制蛋白质聚集并改善体系的分散性。同时，CMC的疏水段可以与蛋白质的非极性区域形成疏水相互作用，在复合体系中产生协同效应。Mo等（2026）揭示CMC可以通过静电相互作用、氢键和疏水相互作用的组合来修饰玉米醇溶蛋白，从而在提高蛋白质的溶解度、乳化性和加工稳定性方面发挥关键作用。此外，Zhao, Huang等（2026）证明，当SPI与CMC以不同比例复合时，随着蛋白质浓度的升高，蛋白质与CMC分子之间的疏水相互作用增强，显著改善了SPI的表面活性和功能稳定性。因此，CMC可以通过非共价力的协同调控有效改善各种蛋白质的功能特性，而混合比例是决定复合物形成和结构稳定性的关键因素（Razzak等，2026）。然而，目前关于CMC对大豆分离蛋白纤维（SPF）复合改性的研究仍然非常有限，CMC添加比例对纤维结构和非共价相互作用的影响机制需要更深入的研究。
在本研究中，采用CMC作为功能改性剂来调控SPF的非共价复合形成。假设CMC分子链上丰富的-CH?COO?基团和两亲性可与SPF表面的-NH?+基团发生静电相互作用，同时通过羟基（-OH）形成氢键；这些相互作用协同介导SPF与CMC之间的非共价复合过程。SPF/CMC质量比的变化将系统地改变非共价相互作用之间的协同与竞争，从而调控SPF的聚集结构并赋予体系优异的热稳定性。为验证这一假设，本研究系统考察了CMC介导的SPF分子相互作用、流变行为、界面特性和环境稳定性的调控机制。本研究为构建功能性植物蛋白纤维-多糖复合体系提供了理论基础，并为拓展SPF在食品和软材料中的功能应用提供了新策略。
章节片段
材料
大豆分离蛋白（SPI，货号9010-10-0）购自上海源叶生物科技有限公司（中国上海）。羧甲基纤维素（CMC，重均摩尔质量：～700 kDa，Proquímios：批号15/047；CMC取代度=81%；1%粘度，25 °C，3447 cps；纯度99.7%）。8-苯胺基-1-萘磺酸（ANS）购自默克公司（德国达姆施塔特）。硫磺素T（ThT）购自北京索莱宝科技有限公司。所用其他化学试剂均为分析纯。
粒径和Zeta电位
如图2A所示，SPF的粒径为232.00 nm。当SPF与CMC的质量比为10:3时，SPF-CMC复合物的粒径显著增大至390.40 nm。这种增大主要归因于SPF与CMC之间的静电吸引，诱导电荷中和，促进分子间聚集并导致粒径增大（Sun, Cheng等，2024）。当质量比在10:4至10:6范围内时，SPF-CMC的增加
结论
综上所述，本研究通过CMC与SPF的非共价复合调控了SPF的结构和功能。结果表明，静电相互作用和氢键有助于SPF-CMC网络的形成和稳定。复合物的结构特性对SPF:CMC质量比呈非单调依赖关系：相对较低的CMC比例产生疏松的纤维网络，而过量的CMC则削弱了有序
CRediT作者贡献声明
谭翔云：写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿，方法学，调查，概念化。 刘春杰：写作 – 原稿，方法学。 杨文浩：写作 – 审阅与编辑，正式分析。 焦培鑫：写作 – 审阅与编辑，资源，概念化。 滕飞：写作 – 审阅与编辑，资源，经费获取，概念化。
未引用参考文献
Li等，2026
Zhao等，2026
利益冲突声明
作者声明，对本工作无任何利益冲突。我们声明，在提交的工作中没有任何商业或关联利益构成利益冲突。
致谢
作者衷心感谢黑龙江省优秀青年科学基金（YQ2024C024）的资助。
谭翔云|刘春杰|杨文浩|焦培鑫|滕飞
