《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Surface grafting of xylooligosaccharide on egg white protein enhances emulsification via glycation-mediated structural modification
编辑推荐：
摘要蛋清蛋白（EWP）是一种极具前景的天然乳化剂，但其应用受到界面性能不足的限制。本研究通过受控的干热美拉德反应，将EWP与木聚糖低聚糖（XOS）进行糖基化修饰，以增强其结构和乳化特性。十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）和氨基酸分析表明，卵白蛋白和转铁蛋白
摘要
蛋清蛋白（EWP）是一种极具前景的天然乳化剂，但其应用受到界面性能不足的限制。本研究通过受控的干热美拉德反应，将EWP与木聚糖低聚糖（XOS）进行糖基化修饰，以增强其结构和乳化特性。十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）和氨基酸分析表明，卵白蛋白和转铁蛋白可能参与了XOS的共轭反应，而赖氨酸、精氨酸和组氨酸在糖基化过程中下降幅度更大，表明它们可能对反应做出了贡献。傅里叶变换红外光谱和荧光光谱进一步证明，糖基化改变了EWP的局部分子环境，但未显著破坏其二级结构。稳定的回转半径和各向异性表明蛋白质的整体结构框架基本保持完整。增大的流体力学半径和降低的Rg/Rh比值表明XOS链的边缘接枝，这扩大了表面水化层，同时保持了内部结构的完整性。接枝的XOS链增强了蛋白质的溶解度，并有助于改善乳化性能。因此，EWP-XOS共轭物形成的乳液具有更小的液滴尺寸、更窄的尺寸分布，以及在中性条件和酸性条件下的稳定性。本研究证明，受控的XOS糖基化是制备具有改善乳化性能的EWP基共轭物的有效策略，这些共轭物是食品乳液体系中有前景的天然稳定剂。
引言
EWP是蛋类中主要的蛋白质成分，主要由卵白蛋白组成，并含有少量的其他蛋白质，如转铁蛋白、卵黏蛋白和溶菌酶（Razi等，2023）。由于其优异的功能特性，包括起泡性、增稠性和凝胶性，以及完整的必需氨基酸谱所表征的高营养价值，EWP在食品工业中得到广泛应用（Yao等，2022）。尽管应用广泛，但将EWP用作乳化剂仍面临挑战。例如，由于分子结构和表面活性方面的差异，EWP的乳化能力通常低于乳清蛋白和大豆蛋白。EWP具有相对刚性的球状结构，由分子内二硫键稳定。这种刚性限制了其快速展开并吸附在油-水界面上的能力，而这是形成稳定乳液的关键步骤（Li等，2026）。相比之下，乳清蛋白（如β-乳球蛋白）和许多大豆蛋白具有更灵活的结构，更容易暴露疏水区域，从而促进更快的界面吸附和形成更强的界面膜。此外，EWP在典型食品pH条件下较低的界面疏水性和较高的净电荷会降低其降低界面张力的能力，这进一步削弱了其乳化性能，使其乳化性能不如乳清蛋白和大豆蛋白，从而限制了其作为有效乳化剂在食品配方中的应用（Wang等，2019）。
为克服上述局限，对EWP进行改性已成为迫切需求。在众多蛋白质改性策略中，糖基化是一种有效且相对安全的化学方法（Al-Hakkak & Al-Hakkak，2010）。糖基化主要涉及蛋白质ε-氨基与还原糖羰基之间的共价结合，从而形成具有改善乳化特性的蛋白质-多糖共轭物（Wang等，2023）。近年来，该改性策略作为增强蛋白质物理化学和功能特性的一种通用手段，受到了广泛关注。目前的研究主要集中在酶促和非酶促糖基化以及美拉德反应上，旨在改善溶解度、热稳定性、乳化活性和生物利用度。这被认为是扩展蛋白质在食品加工业中应用的有前景的策略（Hu等，2024）。
目前，大多数研究采用结构简单的还原糖进行蛋白质糖基化，这些糖在营养和功能特性方面有限，如葡萄糖、糊精（Ai等，2021）、果胶（Li等，2022；Yu等，2022）和阿拉伯胶（Zha等，2019；Zhao等，2021）。然而，碳水化合物修饰的结构后果在很大程度上取决于碳水化合物的特性和反应条件。例如，Yao等（2022）报道，与天然EWP相比，EWP-糊精共轭物在中性条件下表现出更好的物理稳定性，这归因于糊精接枝引起的结构修饰。然而，糊精相对较大的分子尺寸和复杂的结构可能导致不均匀的修饰和增加的空间位阻效应，使得难以精确调控碳水化合物掺入量与蛋白质胶体行为之间的关系。此外，除多糖外，卵白蛋白和EWP与还原糖或低聚糖的糖基化也已进行了探索。这些研究表明，碳水化合物接枝可以通过增加亲水性和改变分子间相互作用来改善蛋白质功能。然而，反应活性过强的小分子糖可能引发过度的美拉德反应，导致蛋白质结构重排或聚集（Ma等，2023；Wang等，2019）。因此，在控制碳水化合物修饰程度的同时保持原始蛋白质框架完整仍然是重要的挑战。
XOS在解决上述问题方面具有独特优势。凭借其适中的分子量，它既不会像单糖那样反应过度，也不会像大分子多糖那样产生显著的空间位阻，同时其还原性末端可以参与美拉德反应，但反应速率适中，不会显著破坏蛋白质结构，从而减少沉淀、凝胶化和褐变的发生（Jiang等，2025）。XOS具有高度的亲水性，可以均匀包覆蛋白质表面，从而改善蛋白质的溶解度、乳化性能和泡沫稳定性（Abdo等，2021）。在温和条件下经XOS糖基化的蛋白质不仅保留了其生物活性，还增强了其功能性，使其在食品和生物材料领域的应用更具优势（Su等，2023）。然而，关于EWP与XOS糖基化的研究仍十分匮乏，现有研究缺乏对糖基化后物质结构变化的表征。因此，对糖基化修饰过程中可能发生的结构改变、功能转变及稳定性等方面的理解仍然有限，需要进一步深入探究。
因此，本研究旨在阐明受控XOS糖基化如何调控EWP的结构和功能特性。与以往主要关注乳化性能改善的研究不同，本工作将分子表征、胶体分析和乳液评价相结合，建立XOS诱导的结构演化与功能行为之间的关系。研究结果对于通过受控调控蛋白质水合、胶体特性和界面性能来设计低聚糖改性蛋白质乳化剂提供了新的见解。
章节摘要
材料
蛋清蛋白粉（蛋白质含量：≥78%，w/w）购自浙江艾格生物技术有限公司（中国浙江）。XOS（聚合度≤7，纯度≥95%，平均分子量为152.15 g/mol）购自上海源叶生物科技有限公司（中国上海）。β-巯基乙醇购自Sigma Chemical Company（美国密苏里州圣路易斯）。3597 A预制蛋白标志物购自Takara Bio Inc.（日本东京）。考马斯亮蓝R-250
蛋白-多糖比例依赖性的美拉德反应进程
美拉德反应可分为初级、中级和最终三个阶段（de Oliveira等，2016）。蛋白质糖基化主要发生在美拉德反应的初级阶段，而蛋白质-多糖共轭物是该反应的主要产物（Zhang等，2019）。糖基化的程度以接枝度来量化，该指标基于OPA法测定蛋白质中游离氨基的消耗情况。正如
结论
本研究表明，XOS用量和糖基化时间显著影响EWP与XOS之间的美拉德反应，如接枝度、吸光度和颜色参数的变化所示。SDS-PAGE和氨基酸组成分析证实了XOS与EWP之间的共价结合，提示卵白蛋白和转铁蛋白为可能参与的蛋白质组分，而赖氨酸、精氨酸和组氨酸表现出更大的下降幅度。FT-IR和荧光分析揭示了
CRediT作者贡献声明
牛福歌：撰写—审阅与编辑，监督，方法论，概念构思。张扬：撰写—初稿，调查研究。王春晓：调查研究。冯志娟：软件，数据管理。赵梦迪：撰写—初稿，调查研究，数据管理。潘伟春：监督，软件，方法论，概念构思。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所报告工作的结果。
致谢
我们感谢浙江省自然科学基金（LMS26C200007，LY22C200009）、国家自然科学基金（31701650，31171713）、国家重点研发计划（2018YFD0400303）的资助。
牛福歌 | 张扬 | 王春晓 | 冯志娟 | 赵梦迪 | 潘伟春
浙江省食品安全重点实验室，浙江工商大学食品科学与生物工程学院，浙江杭州 310018
