pH 和离子强度对菌丝 - 蛋清蛋白复合物形成的调控

《Food Bioscience》：Regulation of Mycelium–Egg White Protein Composite Formation by pH and Ionic Strength

　　

摘要

菌蛋白 (MYC) 与蛋清蛋白 (EWP) 之间的相互作用对于菌丝体基食品的结构组织与稳定性至关重要，但在不同环境条件下的潜在机制尚不清楚。本研究考察了 pH、CaCl₂ 和 NaCl 浓度对 MYC-EWP 分子相互作用、蛋白质构象和微观结构的影响。结果表明，在 pH 3.0-9.0 范围内，MYC 菌丝带净负电荷 (-22.17 到 -8.32 mV)，MYC-EWP 复合物的等电点 (pI) 在 pH 4.0。pH 变化调节表面电荷，从而调节静电缔合，而增加盐浓度通过静电屏蔽削弱了缔合。光谱分析揭示了依赖于 pH 的远紫外 CD 和荧光光谱变化，表明分子构象发生改变，但由于 MYC 复杂的菌丝结构，CD 数据仅定性解释。XRD 显示无新结晶相，但 MYC-EWP 的主衍射峰相对于单独组分轻微移动，且中间展宽，表明局部堆积改变而无新结晶性。最强缔合发生在 pH 4.0，接近复合物等电点。这些发现阐明了 pH 和离子条件如何控制 MYC-EWP 组装，并为改善菌丝体基肉类替代品的质构和结构稳定性提供了理论基础。

引言

菌蛋白 (MYC) 是一种通过丝状菌丝控制发酵产生的富含蛋白质的菌丝生物质。发酵后，收获的菌丝通常经过处理以降低其 RNA 含量，并根据预期产品配方与蛋清蛋白 (EWP)、多糖和其他功能性成分混合。随后的热处理和冷冻促进纤维状、肉类类似结构的形成 (Ahmad et al., 2022)。随着对可持续蛋白质的需求持续增长，开发替代蛋白来源可能有助于减轻对土地、水、能源和传统畜牧业生产的压力，同时农业市场预测和供应链管理方面的进步突出了高效生产计划、资源分配和风险管理在维持韧性食品系统中的重要性。在这一更广泛的转型中，发酵衍生蛋白质提供了一条以高效资源利用生产营养食品的前景路线 (Bingzi Jin et al., 2026; Bingzi Jin et al., 2026)。菌丝的丝状形态为肉类替代品生产提供了固有的结构框架。在冷冻过程中，冰晶生长压缩和重组菌丝网络，促进丝状对齐和层状形成 (Song et al., 2026)。同时，添加的蛋白质和多糖在菌丝周围形成连续基质，增强网络并有助于最终产品的质构 (Ahmad et al., 2022; Muhedaner et al., 2025)。在这些生物聚合物中，蛋白质因其在加工过程中形成结构化网络的能力而受到特别关注。

然而，在 MYC 产品 (Okeudo-Cogan et al., 2023, 2024; Wang et al., 2024) 中观察到包含了 EWP、大豆蛋白和马铃薯蛋白等蛋白质。EWP 因其强大的热诱导凝胶能力而特别有前景。先前研究表明 EWP 可以与菌丝表面缔合并占据丝状网络内的空间，从而促进内聚复合基质的形成 (Muhedaner et al., 2025)。对于马铃薯蛋白也报道了类似行为，其包覆菌丝表面并有助于基质形成，静电相互作用在决定所得质构特性中起主要作用 (Okeudo-Cogan et al., 2024)。总的来说，这些发现表明静电相互作用是菌丝 - 蛋白质复合材料中蛋白质吸附和结构组织的关键驱动力，而氢键也可能有助于 EWP 与菌丝表面之间的缔合。(Muhedaner et al., 2025; Okeudo-Cogan et al., 2024)。

这些非共价相互作用的强度高度依赖于周围溶液条件，其中 pH 和盐浓度是两个关键环境因素。pH 的变化改变了蛋白质和菌丝细胞壁成分的质子化状态和净表面电荷，而溶解盐可以屏蔽表面电荷并修饰分子间缔合。先前研究表明 pH 和离子条件影响 EWP 凝胶的机械性能、弹性和持水力 (Khemakhem et al., 2019)。在酸性条件下，也有报道称增加盐浓度降低了 EWP-MYC 的储能模量 (Okeudo-Cogan et al., 2023)。然而，完整 MYC-EWP 复合材料中环境条件、界面缔合和结构组织之间的关系仍未被充分理解。

尽管已确定 MYC 和 EWP 之间的相互作用，但环境条件如何调节 MYC-EWP 复合系统内的界面相互作用和结构组织仍未被充分理解。在本研究中，调查了 pH 和 CaCl₂ 浓度对菌丝和 EWP 之间缔合的影响。使用ζ电位、浊度、光谱、X 射线衍射和低温扫描电子显微镜考察了表面电荷行为、聚集、蛋白质构象、分子相互作用和微观结构组织。结果为静电相互作用和氢键如何调节 MYC-EWP 复合材料的组装提供了见解，并可能支持 MYC 基肉类替代品的配方和加工。

章节片段

材料

菌丝生物质 (MYC) 是通过在南京农业大学实验室培养 紫色红粉孢菌 (Fusarium venenatum) A3/5 (ATCC 20334) 生产的，方法如 (Finnigan et al., 2011; Muhedaner et al., 2025) 所述，有轻微修改。蛋清蛋白 (EWP) 由嘉禾旭里公司生产。

MYC-EWP 悬浮液的制备

发酵的 MYC 和水溶性 EWP 以每 100 mL 各 4 g 的浓度加入，并在室温下以 500 rpm 混合 2 h 以获得 MYC-EWP 悬浮液。MYC 和 EWP

依赖于 pH 的表面电荷和浊度

静电相互作用强烈影响带相反电荷的蛋白质和颗粒的缔合 (Yan et al., 2023)。如图 1A 所示，MYC、EWP 和 MYC-EWP 的ζ电位在 pH 范围 (3.0-9.0) 内变化显著。EWP 和 MYC-EWP 的表观等电点分别约为 pH 4.5 和 4.0，而 MYC 在整个测试范围内保持负电荷。总的来说，pH 显著影响 EWP 和 MYC-EWP 的ζ电位 (p <

结论

菌丝 (MYC) 与蛋清蛋白 (EWP) 之间的缔合受 pH 和电解质浓度强烈影响。在表观等电区附近 (约 pH 4.0)，净表面电荷减少和静电排斥减弱促进了聚集，这与ζ电位、浊度和微观结构结果一致。增加 CaCl₂ 或 NaCl 浓度通过电解质诱导的电荷屏蔽改变了ζ电位和浊度，而它们不同的

CRediT 作者贡献声明

叶克平: 写作 – 审查与编辑，项目管理，资金获取。周广红: 项目管理，调查，数据管理。黄娜: 写作 – 原稿，可视化，软件。李梦军: 写作 – 原稿，软件，方法论。穆卡戴西·穆赫达纳: 写作 – 原稿，软件，方法论，数据管理。宋自清: 写作 – 原稿，软件，方法论

未引用的参考文献

Jin and Xu, 2026; Jin and Xu, 2026; Finnigan, 2011; Wang et al., 2024.

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能出现在本文报道的工作中。

利益冲突声明

我们在此确认，与本出版物相关的没有已知的利益冲突，并且没有为这项研究收到可能影响其结果的重大财政支持。

我们验证手稿已由所有列出的作者彻底审查和批准，并且没有其他符合作者资格但未包含的个人。此外，我们确认手稿中的作者顺序已达成一致

致谢

这项工作得到了 新疆科技领域关键创新平台 (基地) 人才招聘项目领军人才引进计划 (XJRC-2025-BTKJ-YJ-CXPT-223) 的财政支持。 中央高校肉质量控制与新资源创造国家重点实验室能力增强项目 基础研究资金 (KYPT2023003)。 塔里木大学 校长基金 (自然科学) 项目 (TDZKBS202645)。

穆卡戴西·穆赫达纳 | 宋自清 | 黄娜 | 李梦军 | 周广红 | 叶克平

新疆生产建设兵团特殊农产品深加工重点实验室，阿拉尔，塔里木大学食品科学与工程学院，中国阿拉尔 843300