空化射流处理辅助大麻籽蛋白糖基化：结构调控与乳液稳定性

《Food Chemistry》：Cavitation jet treatment-assisted glycosylation of hemp seed protein: Structural regulation and emulsion stability

　　• 空化作用促进了蛋白质结构的展开，并增加了接枝位点。• 空化-糖基化协同作用实现了34.54%的接枝率。• 协同修饰改善了流变性能和乳液稳定性。**引言**大麻是一种经济价值显著的一年生草本植物，在中国东北地区广泛种植，主要用于纤维和油的提取，其主要副产品为大麻籽蛋白（HSP）。HSP是一种营养丰富的副产品（Shen等，2020），大麻籽通常含有20–30%的蛋白质（Wang & Xiong, 2019）。然而，在中性条件下，HSP的结构容易聚集，导致溶解度差，限制了其功能应用。蛋白质修饰是增强功能特性的关键策略。这些方法通常包括物理和化学方法。常见的物理修饰方法包括热处理、超声处理和水动力射流处理。作为传统技术，热处理具有操作简单和能量效率高等优势。Zhao等（2020）证明，将大米蛋白加热60分钟可以增加溶解度，使起泡能力翻倍，并提高泡沫稳定性。然而，加热过程会引起蛋白质变性，可能导致溶解度降低。此外，Zhang等（2025）采用超声法修饰HSP，显著提高了其溶解度，松弛了蛋白质结构，并增强了油-蛋白和水-蛋白之间的相互作用。然而，过量的超声处理会增加蛋白质粒径并损害功能特性。空化射流处理是一种安全高效的物理修饰手段。该技术通过喷嘴产生高速射流，诱导空化气泡的形成和溃灭，产生冲击波、微射流和强剪切力（Ohl等，2015）。这些气泡的溃灭可以破坏蛋白质分子之间的氢键和疏水相互作用，导致蛋白质结构展开（Hua等，2024）。此外，空化射流处理释放的能量可以显著加速反应过程（Chen等，2019）。蛋白质的化学修饰主要包括pH调节、脱酰胺和糖基化。de Oliveira等（2020）将pH调节应用于豌豆蛋白浓缩物，发现乳化性能显著改善，但对蛋白质结构的影响有限。关于脱酰胺，Meenmanee等（2022）发现该处理可能会提高椰子蛋白的一些功能特性，但以牺牲其他特性如乳液稳定性为代价，而且酶法成本高，非酶法条件苛刻，进一步限制了其应用。糖基化修饰可以增强构象柔性、两亲平衡和静电排斥，从而提高蛋白质的乳化活性和稳定性。糖基化中常用的糖包括灵芝多糖、木糖和壳聚糖（CS）（Li等，2016；Shi等，2024）。Cui等（2023）发现，用灵芝多糖对大豆分离蛋白进行糖基化修饰可以增加表面疏水性，提高复合物的溶解度、热稳定性和乳化性能，但反应活性相对较低。Karabulut等（2024）报道，用木糖对大麻蛋白进行糖基化修饰可以产生大麻蛋白-木糖复合物，与未修饰的蛋白相比，具有更优异的乳液稳定性、起泡能力和抗氧化活性，但反应进程难以控制。壳聚糖（CS）是唯一天然存在的阳离子多糖，已在食品加工领域得到广泛应用（Garcia-Fuentes & Alonso, 2012）。先前的研究已经证实，将CS或其衍生物与蛋白质（如β-乳球蛋白和乳铁蛋白）共价偶联可以诱导构象变化，显著增强其功能特性，特别是乳化能力和抗氧化活性（Mengíbar等，2017；Wang, Chen, & Fu, 2020）。共价连接的蛋白质-多糖复合物在增强乳液系统稳定性和功能性能方面显示出巨大潜力。例如，通过欧姆加热介导的美拉德反应制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复合物，溶解度显著增加，同时起泡性和界面性能得到改善（Wang等，2024）。同样，通过美拉德反应引起的大豆分离蛋白与黄原胶、大豆多糖或阿拉伯胶的共价结合可有效增强起泡性能（Zhang等，2024）。这种偶联可以降低表面张力并促进在气-水界面的快速吸附，因为美拉德反应修饰了蛋白质结构，增加了亲水性。通过糖基化获得的豆分离蛋白-桃胶复合物在结构和功能方面也有改善，特别是在溶解度和乳化方面（Hussain等，2024）。此外，蛋清蛋白和果胶的糖基化复合物已被证明可以产生具有更均匀液滴粒径分布、乳化剂分散增强和更优异的热稳定性和储存稳定性的水包油乳液（Hou等，2024）。本研究采用空化射流处理辅助糖基化法合成HSP糖基化复合物，利用空化射流处理作为预处理展开蛋白质结构并暴露额外的反应位点，以促进高效接枝。该修饰改变了HSP的二级结构，导致表面疏水性降低，相应的溶解度和乳化性能得到增强。所得修饰后的HSP随后应用于乳液制备，以改善乳液的流变性能和整体稳定性，为大麻籽加工副产品的高值化利用提供了一种有前景的策略。**材料与化学品**脱皮大麻籽购自野亨星大麻生物科技有限公司（中国黑龙江）；壳聚糖（≥98%）购自国药集团（中国上海）；一级葵花籽油购自九三粮油产业集团有限公司（中国黑龙江）。其他所有试剂均为分析纯。**HSP的制备**HSP按照Wang等（2021）所述方法制备，并进行了轻微修改。脱皮的大麻籽仁被研磨并……**空化射流处理对糖基化反应程度的影响**如图1A所示，空化射流处理显著提高了糖基化度（DG）。随着质量比（HSP:CS）从1:1变为1:2，DG增加，但继续添加CS后DG下降，因为所得的高粘度阻碍了蛋白质和CS之间的分子迁移和接触（Lavaei等，2022）。具体而言，未处理的HSP-CS在1:1质量比下的峰值DG为28.12%，而E-HSP-CS在1:2质量比下实现了34.54%的最大DG。这种增强……**结论**本研究证明，空化射流处理辅助糖基化法有效改善了HSP的结构和功能特性。空化射流处理破坏了HSP的内部作用力，包括分子间氢键，导致蛋白质展开并暴露出隐藏的疏水基团和氨基酸残基。这种结构修饰为后续的糖基化反应提供了充足的结合位点，进一步引起了……**CRediT作者贡献声明**郭瑞奇：写作—审阅与编辑，写作—原稿，验证，监督，软件。王旭：软件。邢凯文：软件。王卫宁：软件。王立奇：可视化。张娜：监督。王彤：监督。于殿宇：资源。**利益冲突声明**作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本论文中报告的工作。**致谢**本工作得到"十四五"国家重点研发计划项目资助：大宗油料作物蛋白柔性加工关键技术研发（编号：2021YFD2100401）。Guo, Ruichi|Wang, Xu|Xing, Kaiwen|Wang, Weining|Wang, Liqi|Zhang, Na|Wang, Tong|Yu, Dianyu