《Food Hydrocolloids》：Integrated hierarchical assembly of egg white proteins into nanoparticle-nanofiber composites for improved interfacial behavior and foam stabilization
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摘要蛋清蛋白在充气食品中应用广泛，但由于加工过程中存在无序的热聚集现象以及界面膜强度不足的问题，其应用受到限制。本研究在近中性条件下，通过顺序琥珀酰化、温和的酶解处理以及短时间热诱导，开发出一种集成式分层组装策略，以促进纳米粒子-纳米纤维复合结构的形成。琥珀酰化处理为蛋白质的构象
摘要
蛋清蛋白在充气食品中应用广泛，但由于加工过程中存在无序的热聚集现象以及界面膜强度不足的问题，其应用受到限制。本研究在近中性条件下，通过顺序琥珀酰化、温和的酶解处理以及短时间热诱导，开发出一种集成式分层组装策略，以促进纳米粒子-纳米纤维复合结构的形成。琥珀酰化处理为蛋白质的构象重排提供了有利的静电基础，而酶解处理和热诱导则促使蛋白质向富含β折叠的结构演变。光谱学和显微镜分析表明，蛋白质从无序聚集状态转变为有序自组装状态，且纳米粒子和纳米纤维能够稳定共存。该组装体系表现出更强的界面吸附能力和界面弹性，同时泡沫生成能力与泡沫稳定性也有所提升，这在概念验证用的面包模型中表现为比容增大以及孔结构更加均匀。总体而言，本研究为在温和条件下调控蛋清蛋白的分层组装及其界面功能提供了一种有效策略，也为基于蛋白质的亲水胶体在充气食品中的应用中的界面结构设计及功能优化提供了新的思路。
引言
蛋清蛋白是一种营养丰富的食品蛋白，具有出色的起泡性能，被广泛用于烘焙及其他充气食品中（Ma, Liu等，2026）。然而，在加工过程中，热处理往往会导致蛋白质不可逆变性、无序聚集或凝结，从而降低其分散稳定性并影响起泡性能（Li等，2026；Hu, Pu等，2025）。这些问题表明，在加工过程中，蛋清蛋白的聚集行为与其界面组装并未得到有效协调。因此，如何开发出既能调控蛋白质组装路径，又能同时改善其整体分散性和界面性能的策略，仍是基于蛋白质的亲水胶体系统面临的重要挑战。
近年来，蛋白质自组装成纳米结构已成为调控蛋白质功能的一种有效方法（Monge-Morera等，2024）。由于蛋白质纳米纤维具有较高的长径比，能够形成缠结网络并增强界面膜，从而提高材料的抗变形性和抗渗流性（Alavi等，2020）。而蛋白质纳米粒子则具有快速扩散和高效界面积累的特性，有助于实现紧密的界面覆盖和分子堆积（Wu等，2023）。因此，纳米粒子-纳米纤维复合体系有望兼具快速的界面吸附能力和强大的结构支撑作用，进而优化泡沫的生成能力与稳定性之间的平衡（Murray & Ettelaie，2004；Yang等，2023）。
不过，目前的策略主要集中在调控单个结构单元或整合预先制备好的纳米结构上。例如，一些研究首先构建溶菌酶淀粉样纤维作为结构载体，再引入二氧化锰纳米组分，以此构建用于功能性水凝胶应用的二氧化锰-淀粉样纤维复合结构（Yang等，2025）。尽管这些策略拓展了蛋白质纳米结构的功能应用范围，但由于不同的结构单元通常是通过相对独立的组装途径形成的，这就限制了它们之间的内在耦合与协同组装效应。因此，开发出能够调控蛋白质构象演变，从而实现纳米粒子与纳米纤维的同步形成及稳定共存的策略，仍具有重要意义。
要实现这种集成式分层组装，就需要精确调控蛋白质的聚集路径。传统的蛋白质纳米纤维制备方法通常需要强酸性环境（pH≈2）以及长时间加热，这类方法不仅能耗高、耗时长，还容易导致蛋白质发生不可逆聚集（Dong等，2023）。同样，单步热处理或酶解处理虽然能在一定程度上改善蛋白质的分散性或结构灵活性，但通常不足以同时抑制无序聚集并形成稳定的纳米粒子-纳米纤维结构（Pi等，2023）。因此，开发出温和且可控的策略，在适合食品加工的条件下调控蛋白质聚集路径并促进分层结构形成，仍是重要的研究方向。
一种有前景的策略可能是将化学修饰与酶法调控相结合使用（Xiong等，2026）。先前的研究表明，琥珀酰化处理可以在蛋白质上引入额外的羧基，增加表面的负电荷密度和静电排斥力，从而提高蛋白质的分散稳定性并调控其聚集行为（Hu, Yao等，2025）。基于这一效应，温和的酶解处理可以进一步解除局部结构约束，同时避免蛋白质过度降解，从而产生具备组装能力的结构片段（Zhang, Zhang等，2025）。随后，短时间热诱导不仅可以使酶失活，还能促进蛋白质的有序重排和结构稳定化，为纳米粒子-纳米纤维结构的形成提供基础。与强酸纤维化工艺或单步修饰策略相比，这种依次进行琥珀酰化、酶解处理和热诱导的调控流程，为在温和条件下引导蛋白质组装提供了可能。不过，对于复杂的蛋清蛋白体系而言，如何通过受控的聚集路径推动分层纳米粒子-纳米纤维结构的形成，以及这些结构演变又如何进一步影响界面功能，目前仍缺乏足够的研究了解。
基于以上考虑，本研究提出了一种集成式分层组装策略，即通过顺序琥珀酰化、温和酶解处理以及短时间热诱导，在近中性条件下构建蛋清蛋白纳米粒子-纳米纤维复合体系。与依赖独立调控的结构单元或预先整合的纳米结构的策略不同，该策略旨在在同一反应体系中实现纳米粒子与纳米纤维的同步生成及其内在耦合。随后，研究人员对所获得的组装体在分散行为、构象重排以及纳米尺度形态等方面进行了系统分析，并进一步阐明了它们与界面吸附动力学及黏弹性特性之间的关系。此外，还通过面包模型体系评估了该组装体系的构效关系。本研究为调控蛋清蛋白的分层组装提供了一种可控的策略，同时也揭示了多尺度结构演变如何影响基于蛋白质的亲水胶体的界面功能。
章节节选
材料
新鲜鸡蛋购自中国武汉的嘉泰蛋业湖北有限公司。琥珀酸酐来自中国上海的麦克林生化科技有限公司。木瓜蛋白酶由上海源恩生物科技有限公司提供。包括盐酸和氢氧化钠在内的常规化学试剂则购自中国上海的中药集团化学试剂有限公司。面包粉、食用盐、安琪酵母以及其他烘焙原料也均从相应供应商处购买
琥珀酰化-酶解-热诱导样品的构建与结构验证
天然蛋清蛋白在热处理和充气过程中往往存在易起泡但泡沫稳定性差的矛盾，这是因为其在加工过程中容易发生无序聚集，不利于稳定界面膜的形成（Ali等，2025）。因此，本研究采用了一种分步调控策略，即通过琥珀酰化、温和酶解处理以及短时间热诱导，引导蛋清蛋白从无序聚集状态向有序组装状态转变，从而在温和条件下实现其功能优化
结论
本研究建立了一种集成策略，通过顺序琥珀酰化、温和酶解处理以及短时间热诱导，实现了在近中性条件下对蛋清蛋白分层组装的调控。与那些会导致无序热聚集的策略不同，该策略促进了稳定纳米粒子-纳米纤维复合结构的形成，使得该复合体系具有更高的界面弹性、更好的泡沫稳定性，因此在充气食品中的应用前景十分广阔。更为重要的是，这一
CRediT作者贡献说明
刘晓丽：软件应用。姚璇：写作——审稿与编辑，写作——初稿撰写，数据整理。马佳轩：软件应用。单雨萌：软件应用。孙毅：软件应用。金浩波：软件应用，数据整理。Talha Riaz：软件应用。张媛媛：软件应用。金永国：验证，监督，资金获取，概念构思。胡刚：写作——审稿与编辑，写作——初稿撰写，资金获取
未引用参考文献
Hu等，2025；Hu等，2025；Ma等，2026；Sun等，2026；Zhang等，2026；Zhang等，2025；Zhang等，2026；Zhang等，2026；Zhang等，2025；Zhang等，2026；Zhang等，2026。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了专项资助，该资助用于支持现代农业产业技术体系的相关研究（项目编号：CARS-40-K24），同时还获得了中国国家关键研发计划的资助（项目编号：2024YFF1106202）、成都市科技计划的资助（项目编号：2024-YF05-01096-SN）以及四川省科技计划的资助（项目编号：2026NSFSC1028）。我们还要特别感谢华中农业大学电子显微镜平台的技术员何丽敏，在研究过程中给予我们的帮助与支持
Xuan Yao|Xiaoli Liu|Yumeng Shan|Jiaxuan Ma|Haobo Jin|Yi Sun|Yuanyuan Zhang|Talha Riaz|Gan Hu|Yongguo Jin
中国湖北省武汉市华中农业大学食品科学技术学院鸡蛋加工国家研发中心，邮编：430070
