《Food Chemistry》：Colloidally stable rice protein-carboxymethyl cellulose complexes tailoring high-protein liquids
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•制备了蛋白质浓度高达 6.0 wt% 的稳定大米蛋白液体。•开发了一种使用阳离子交换树脂替代 HCl 的无盐策略。•在无 NaCl 环境中，RPs（大米蛋白）的聚集受到显著抑制。•通过 RPs 和 CMC 之间的相互作用，提高了 RCs（大米蛋白 - 羧甲基纤维素复合物）的
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制备了蛋白质浓度高达 6.0 wt% 的稳定大米蛋白液体。
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开发了一种使用阳离子交换树脂替代 HCl 的无盐策略。
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在无 NaCl 环境中，RPs（大米蛋白）的聚集受到显著抑制。
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通过 RPs 和 CMC 之间的相互作用，提高了 RCs（大米蛋白 - 羧甲基纤维素复合物）的热稳定性。
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通过调节 RPs/CMC 的质量比，调控了大米蛋白液体的稳定性和流变特性。
引言
到 2050 年，全球人口预计将达到 97 亿。这些人口变化预计将增加对食品的需求，特别是推动蛋白质供应量增加 30-50%（Dhiman 等，2023）。与动物蛋白相比，植物蛋白具有几项优势，包括更好的潜在健康益处和更低的环境影响（10% vs. 90%）（Calicioglu, Flammini, Bracco, Bellù, & Sims, 2019）。平均而言，植物蛋白产生的温室气体排放量仅为动物蛋白的 10%。与其他谷物蛋白和豆类蛋白相比，大米蛋白（RPs）作为高质量的植物蛋白脱颖而出。通常，RPs 具有均衡的氨基酸组成、高生物利用率（>95%），最重要的是具有低致敏性（Amagliani, O'Regan, Keny, & O'Mahony, 2017）。然而，RPs 主要由谷蛋白（80%）组成，其中约 40% 为疏水性氨基酸残基，这使得 RPs 耐水合。由于感官和结构特性差，这阻碍了 RPs 作为液体食品和质地化食品主要成分的应用（Li 等，2025；Zhao, Xiong, Chen, Zhu, & Wang, 2020）。
酶解是提高 RPs 溶解性的最有效方法之一（Xu 等，2016）。然而，分子量的降低基本上损害了蛋白质的完整性，导致营养和功能特性下降。我们开发了一种替代策略，利用 pH 偏移来增强 RP 溶解性。该方法涉及在碱性环境中展开 RPs 和另一种蛋白质来源，并通过中和使它们重新折叠（Wang, Xu, Chen, & Wang, 2018；Yang 等，2019）。该方法在形成复合亲水胶体的同时，保持了 RPs 的分子完整性，从而显著改善了其功能特性。然而，这些改性蛋白质在以大于 1.0 wt% 的浓度配制时容易聚集。1.0% 的低浓度（即 1:100 的固液比）严格限制了实际的食品设计，特别是对于高蛋白饮料和营养密集型食品。根据欧盟关于营养和健康声称的法规（EC No. 1924/2006），蛋白质含量≥6.0 g/100 mL（即 6.0 wt%）的液体制剂被认为是高蛋白食品。由于植物基食品的惊人发展，这些食品正引起广泛关注。目前，开发解决浓缩植物蛋白稳定性问题的新技术是一项主要任务。本研究的主要目标是开发一种新颖策略，通过克服 RPs 的聚集问题来制备稳定的高蛋白液体（6.0 wt%）。我们之前的研究表明，pH 循环可以通过表面补丁结合促进 RPs 和 CMC 组装成亲水复合物（Wan 等，2023）。然而，中和过程通常使用 HCl 来中和 NaOH。反应产物 NaCl 会导致蛋白质聚集成更大的颗粒，从而无法在高蛋白浓度下保持稳定的分散。我们假设使用阳离子交换树脂替代 HCl 可以在不产生 NaCl 的情况下驱动蛋白质 -CMC 相互作用，从而抑制蛋白质聚集，并制备具有高蛋白质含量和良好稳定性的蛋白质溶液，以供后续高蛋白食品开发。
蛋白质 - 多糖复合物代表了蛋白质颗粒空间排列的独特范式。CMC 是食品工业中常用的阴离子多糖。其分子链含有大量的羧甲基官能团（-CH?COO?）。这赋予 CMC 密集的负电荷，使其适合构建稳定的蛋白质 - 多糖复合物。蛋白质颗粒在多糖骨架上的定位被认为是特异性的，这是由于静电吸引，即多糖交点的密集负电荷位点特异性地吸引蛋白质的正电荷补丁并绑定在一起。尽管蛋白质和多糖具有相似的净负电荷，但它们仍可通过表面补丁结合（SPB）机制进行复合物化（Boubeta, Soler-Illia, & Tagliazucchi, 2018）。该机制克服了蛋白质的熵驱动聚集，并导致了多种应用的新颖微观结构设计，如营养稳定化、流变调控和生物活性递送（Teimouri, Kasapis, & Dokouhaki, 2022）。另一个遗留的问题是，当应用于疏水性蛋白质时，SPB 在中和前的碱性溶液中启动，这促进了蛋白质和多糖之间的静电吸引。该过程会产生大量的 NaCl。NaCl 通过减少静电排斥力和增加蛋白质分子之间的疏水相互作用来削弱蛋白质的胶体稳定性。在这种情况下，聚集的 RPs 和 CMC 之间的静电吸引受到了 RP-CMC 碰撞不足的挑战。因此，有必要在进行 SPB 诱导的蛋白质 - 多糖复合物化时减少 NaCl 的产生。
在我们的初步研究中，我们使用离子交换树脂从碱性溶液中获得无盐 RP 纳米颗粒，该树脂释放 H+ 并从碱性溶液中吸收 Na+，从而在没有生成 NaCl 的情况下中和 OH?。在本研究中，我们通过在 pH 12.0 下溶解 RPs 和羧甲基纤维素（CMC），然后使用阳离子交换树脂（CERs）将 pH 调回中性，成功制备了蛋白质浓度为 6.0 wt% 的可溶性大米蛋白 - 羧甲基纤维素复合物（RCs）。该方法有效地消除了复合物形成过程中 NaCl 的干扰，从而产生了稳定的高蛋白（6.0 wt%）RCs。此外，RCs 保持了长达 14 天的储存稳定性，并表现出典型的流体状特性，如动态光散射和流变分析所示。本研究为设计具有高蛋白质含量的疏水性植物蛋白基流体提供了一种可行的策略，并为将 RPs 应用于高蛋白饮料和营养强化食品提供了可靠的方法。
部分片段
材料
粳米购自当地供应商（COFCO，中国北京）。不同取代度（DS）和相同分子量（Mw）的 CMC 购自阿拉丁化学有限公司：DS = 0.7, 0.9, 和 1.2；Mw = 250 kDa。（中国上海）。H 型 CERs（产品代码：546976-工作 pH 4.0–14.0，粒径 0.3–1.2 mm）、1-氨基萘 -8-磺酸盐（ANS）和罗丹明 B 购自 Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。所有其他化学品均为
RPs 的水分散性
研究了 HRPs 和 CRPs 的水分散性，如图 1a 所示。有趣的是发现 CRPs 的水分散性是 HRPs 的 7 倍（89.2% vs. 8.7%）。因此，HRPs 表现出明显的沉淀，而 CRPs 表现出相当稳定的分散性（图 1b）。为了揭示这些巨大差异背后的机制，我们通过 TEM 研究了 RPs 的微观结构。图 1c 显示 HRPs 发生了聚集，没有明显的离散
结论
在本研究中，我们使用 SPB 策略组装了胶体稳定的蛋白质 - 多糖复合物。与现有文献相比，我们的研究实现了疏水性植物蛋白的稳定化，这是当前植物基食品行业面临的一个基本挑战，以配制蛋白质含量高达 6.0 wt% 的高蛋白分散体。我们策略的主要进展是使用 CERs 中和碱性 RP 溶液来制备 RPs，其中 Na+ 被
CRediT 作者贡献声明
任王: 写作 – 审阅与编辑，可视化，资金获取，形式分析。 黄小雨: 写作 – 初稿，可视化，调查，形式分析。 何健: 验证，数据管理。 冯威: 验证，数据管理。 李亚男: 验证，数据管理。 王涛: 写作 – 审阅与编辑，监督，方法论，概念化。
竞争利益声明
作者声明以下财务利益/个人关系，可能被视为潜在竞争利益：何健报告称获得了国家自然科学基金的资金支持。何健报告称获得了国家重点研发计划的资金支持。何健报告称获得了江苏省杰出青年科学基金的资金支持。何健报告称获得了资金支持
任王 | 黄小雨 | 何健 | 冯威 | 李亚男 | 王涛
