莲子醇溶蛋白在不同NaCl浓度下的聚集行为、界面性质及盐迁移行为机制

《Food Hydrocolloids》：The mechanisms of lotus seed prolamin aggregation behavior, interfacial properties, and salt migration behavior under different NaCl concentrations

　　•50 mM盐通过α-螺旋向β-折叠转变驱动淀粉样纤维形成。
•LSP-NaCl体系在人工唾液中表现出更高的Na+释放速率，且50 mM盐促进Na+释放。
•低盐促进LSP表现出更高的表观黏度和界面稳定性。
•200 mM盐有利于二硫键交联的蛋白质聚集。
•高盐促进LSP与舌黏蛋白之间形成更致密、水合度更低的吸附聚集界面层。

引言

氯化钠，通常被称为盐，是食品工业和日常生活中不可或缺的组分。盐不仅作为食品调味剂和必需营养素来源，还有助于调节水分含量、维持产品质地和形状以及延长保质期（J. L. H. C. Busch, Yong, & Goh, 2012; S. Cevik, D. Top, & G. Ozkan, 2025）。然而，许多国家的日均盐摄入量已远超世界卫生组织建议的每日5克限量（Organization, 2012），过量钠摄入对人体健康构成严重威胁。目前降低盐含量的方法主要包括使用钠盐替代品和风味增强剂（X. Wang, N. Ullah, et al., 2021）、调控盐的物理形态、掺混亲水胶体以改善基质质地（X. Wang, Feng, & Xia, 2021），以及利用非均匀盐分布增强咸味对比度（Y. Xiong, Deng, Warner, & Fang, 2020）。同时，创新加工技术可以加速钠离子迁移，从而通过调控蛋白质网络的微观结构及其持水能力来增强咸味感知（X. Guo, Xu, et al., 2024）。此外，各种蛋白质水解物中含有特征性的咸味和咸味增强肽，可进一步增强咸味感知（X. Chen, et al., 2024; ?. K?l?n?, & B. K?l?n?, 2024）。因此，“低钠、全风味”技术已成为食品科学界和工业界的重要研究领域，旨在减少膳食钠摄入的同时保持食品原有的风味和感官品质。氯化钠在食品中的主要功能是通过钠离子与食品基质的相互作用来调控质地和风味。食品基质与含钠聚合物的结合方式直接影响钠离子负载量。离子强度的增加已被证明可诱导蛋白质颗粒聚集（T.-H. Li, et al., 2024），该过程由蛋白质的内在特性和外部环境条件共同调控。蛋白质聚集是一个胶体成核和生长的过程；一旦聚集体的积累超过溶解度极限，就会发生沉淀或凝胶化。蛋白质凝胶化通常经历三个阶段（Alam, Siddiqi, Chturvedi, & Khan, 2017; Nicoud, Owczarz, Arosio, & Morbidelli, 2015）。首先，天然蛋白质在加热时发生变性和解折叠，暴露内部的疏水基团和活性位点。其次，通过疏水相互作用和氢键等分子间作用力，蛋白质聚集体形成并构建初级网络。最后，聚集体进一步交联和堆叠，构建出连续、致密的三维多孔网络结构（Ferry, 1948）。蛋白质网络的结构密度与其结合钠离子的能力直接相关，从而影响离子释放速率。相比之下，密度较低、孔隙率较高的微观结构有利于钠离子的扩散和释放，从而在咀嚼过程中产生更明显的咸味感知（X. Wang, N. Ullah, et al., 2021）。

莲子蛋白是一种具有优良生物活性的可持续植物蛋白，在食品工业应用中具有广阔潜力（César, et al., 2023; H. Chen, Lu, Lang, Zheng, & Zeng, 2024; Dai, et al., 2023; Ling, Zhang, Li, & Wang, 2016; Moon, Ahn, Oh, & Je, 2019; Yu, et al., 2021; Ma, et al., 2026）。作为符合当前对畜牧业伦理关切和清洁标签食品趋势的原料来源，它具有生产成本低、健康益处高和环境可持续等优势。因此，市场对这类可持续植物蛋白的需求持续增长（Anyiam, et al., 2025; Tachie, Nwachukwu, & Aryee, 2023）。前期研究表明，莲子蛋白在增强咸味感知方面优于某些具有优异黏膜黏附特性的动物蛋白，表明其在食品减盐领域具有广阔的应用前景（Zuo, Lu, Luo, & Hebishy, 2025）。将莲子蛋白与大豆蛋白和小麦蛋白等常见植物蛋白进行比较，发现莲子蛋白含有更高比例的疏水性氨基酸，且带正电荷残基含量与大豆蛋白相近（Zeng, Cai, Cai, Wang, & Li, 2012）。这增强了其与口腔黏蛋白结合的能力，延长了其在口腔中的停留时间，从而有效放大咸味感知。现有研究已证实，在香肠等肉制品中添加大豆分离蛋白和可得然胶可促进钠离子释放并增强咸味感知，从而在食品减盐中发挥积极作用（S. Yang, et al., 2026）。然而，目前关于莲子蛋白在食品减盐中的应用研究仍相当缺乏。醇溶蛋白是一类存在于某些植物种子中的贮藏蛋白。具有疏水性和自组装等独特生化特性，可通过物理或化学方法进行修饰以增强其功能性和实用价值，实现胃肠稳定性和靶向释放等特性（X. Sha, et al., 2024）。植物醇溶蛋白包括玉米醇溶蛋白、麦醇溶蛋白和燕麦醇溶蛋白等，由于其天然的疏水性和潜在的健康功能，近年来引起了广泛的研究关注。在面粉基产品中，醇溶蛋白可均匀分布在蛋白质基质中作为填充剂，同时与麦谷蛋白协同作用形成面筋网络。这些组分是决定面团黏弹性和延展性的关键因素（Belton, 1999; B. Zhao, et al., 2020）。同时，醇溶蛋白独特的序列构型使其在胃肠消化过程中具有较高的结构稳定性（Biesiekierski, 2017），适合广泛的功能性应用。

莲子醇溶蛋白（LSP）是莲子蛋白中主要的醇溶性组分（X. Jia, et al., 2019）。迄今为止，很少有系统研究专门关注LSP的结构和功能。尽管总莲子蛋白表现出良好的增咸潜力，但它是异质蛋白组分的混合物。为消除其他共存莲子蛋白组分的混杂干扰，揭示LSP的固有结构-功能关系，本研究选择纯化的LSP作为研究对象。LSP继承了醇溶蛋白超家族的典型结构特征，其特征为富含脯氨酸（疏水性环状残基）和谷氨酰胺（极性含酰胺残基）的重复短肽基序（Shewry & Halford, 2002）。脯氨酸形成疏水结构域，而谷氨酰胺提供丰富的氢键位点。脯氨酸形成的疏水结构域驱动LSP的自组装（Hayakawa, Ito, Wakamatsu, Nishimura, & Hattori, 2010），并调控蛋白质聚集网络的孔结构，从而影响钠离子的扩散和释放。谷氨酰胺残基提供丰富的氢键位点，参与蛋白质-水和蛋白质-黏蛋白相互作用。目前，尚无研究系统阐明NaCl介导的LSP结构转变、Na+的吸附释放机制及其与口腔黏蛋白的相互作用。假设如果能证明LSP能有效提高咸味增加速率，则LSP-NaCl复合体系可能成为食品中在保持咸味的同时减少钠的潜在策略。阐明NaCl诱导下LSP的构象转变模式、聚集行为及界面功能特性的变化，对于靶向调控蛋白质自组装行为和优化低盐食品的风味感知具有重要理论价值。因此，本研究旨在采用多维表征方法，系统分析NaCl影响LSP结构、聚集行为、Na+结合与释放特性及咸味感知的调控机制。表征范围将从微观构象、介观聚集到宏观功能层面。本研究结果将为开发基于植物蛋白的低盐食品配料及其工业应用技术提供基础和数据的支持。

材料与方法

材料

速冻新鲜莲子购自绿天食品有限公司（中国福建）。巯基检测试剂盒购自南京建成生物工程研究所。溴酚蓝和R250-考马斯亮蓝购自索莱宝科技有限公司（中国北京）。α-淀粉酶（猪胰腺）和人工唾液（R27906，根据制造商说明，人工唾液含KCl、NaCl、KSCN、NaH2PO4、尿素、Na2SO4等，并含有...）

粒径和ζ-电位分析

溶液中颗粒尺寸可指示LSP-NaCl体系中蛋白质分子的聚集和解聚行为。ζ-电位用于表示颗粒表面电荷的性质和大小，以及分子间的静电相互作用。ζ-电位绝对值越高，表明颗粒间的静电斥力越强，体系分散稳定性越高（Y. Jia, et al., 2022; B. Zhang, Luo, &...）

机理分析

综上所述，上述结果表明LSP在不同NaCl浓度下表现出不同的聚集行为。与无盐蛋白质体系相比，盐的存在诱导电荷屏蔽，改变了蛋白质-蛋白质相互作用（Dombrowski, et al., 2018）。这种效应源于盐诱导的德拜屏蔽长度缩短（Grossmann, et al., 2023），导致蛋白质聚集和沉淀，从而降低体系的稳定性。

结论

本工作揭示了NaCl如何调控莲子醇溶蛋白（LSP）的理化和界面行为，并表征了LSP-NaCl体系在不同模拟介质中的体外钠释放和仪器味觉响应。离子强度通过电荷屏蔽和霍夫迈斯特效应调控LSP的分子间相互作用，从而决定体系的胶体稳定性。低盐和高盐环境中蛋白质组装状态的差异决定了钠的结合...

CRediT作者贡献声明

Xu Lu：监督、经费获取。Essam Hebishy：监督、经费获取。Song Miao：监督。Guodong Huang：形式分析。Lianxiu Li：形式分析。Shuang Ma：可视化、数据管理。Jiaxin Zuo：方法学、概念化。Shudan Luo：初稿撰写、方法学、调查、数据管理。Xiantong Wu：审阅与编辑、初稿撰写、调查、数据管理。

未引用文献

Busch et al., 2009; Cao et al., 2024; Cao et al., 2017; Cevik et al., 2025; Chen et al., 2024; Guo et al., 2024; Li et al., 2024; Li et al., 2024; Loveday et al., 2017; Souza and Magalh?es, 2010; Wang et al., 2021; Wang et al., 2021; Wang et al., 2025; Zhang et al., 2022.

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢英国皇家化学学会通过2022年国际交流成本分摊（国家自然科学基金委）项目（批准号：IEC\NSFC\223188）和国家自然科学基金（No. 32172151）对本研究的资助。

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