近期，南京财经大学汤晓智教授、冯潇副教授在国际食品TOP期刊Food Hydrocolloids (Q1, IF=11.0)发表题目为“Bromelain hydrolysis and CaCl2 coordination promote the fibrillation of quinoa protein at pH 7”的研究性论文。

成果亮点：

1. 酶水解促进pH 7下纤维聚集体的形成。

2. 水解引起的蛋白间静电斥力的增强促进了纤维化。

3. CaCl₂促进热不可逆蛋白纤维的形成并且延长其长度。

4. 更长的纤维聚集体有助于提高藜麦蛋白的凝胶性。

研究背景：

近年来，随着人们健康饮食意识的提高及可持续发展的趋势，植物蛋白在食品中的应用越来越广泛。凝胶性是蛋白质重要的功能特性之一，但是大多数植物蛋白的凝胶性较弱，形成凝胶强度较低且持水力差，限制了藜麦蛋白在食品加工领域中的应用。蛋白的凝胶化通常是由蛋白质的展开和随后的聚集引起的，纤维聚集和颗粒聚集是两种主要的聚集方式。蛋白质的纤维聚集具有各向异性的线性结构，该结构为蛋白质相互交联提供了更多的区域，从而形成具有均匀孔隙分布的网络结构，并提高蛋白凝胶的凝胶强度。目前纤维聚集体的形成主要是在pH 2条件下，在中性条件下蛋白加热主要形成的是颗粒聚集体。然而，在强酸条件下形成的纤维聚集体的结构易受到pH变化的影响而不适用于食品体系中。目前，在中性条件下促进纤维化的报道有限。因此，本文通过菠萝蛋白酶水解及CaCl₂的配位作用，提高了藜麦分离蛋白（QPI）纤维化的能力，有效改善了藜麦蛋白的凝胶性，有助于扩大藜麦蛋白在食品产业中的应用。

主要内容：

藜麦蛋白具有较高的营养价值，含有所有必需氨基酸，但是较弱的凝胶性限制了其加工和应用。在pH 2条件下形成的植物蛋白的纤维聚集体可以改善凝胶性，但是蛋白纤维会随着pH的变化而分解。我们发现中性条件下蛋白酶水解藜麦分离蛋白可以代替酸水解、并在热诱导后形成纤维聚集体。当酶底比（E/S）增大到0.075%时，蛋白间静电斥力增加，但是疏水相互作用无显著性变化，这两种分子间驱动力的协同作用有利于纤维聚集体的形成。然而，E/S的持续增加导致纤维聚集体减少，这是因为静电斥力降低、疏水相互作用增加加快了聚集速率。当E/S为0.075%时，随着CaCl₂浓度从0增加到120 mmol/L，平行β-折叠含量增加，纤维聚集体长度从175 nm增加到327 nm。Ca²⁺与羧基之间为桥接配位模式。然而，当CaCl₂浓度增加到160和200 mmol/L时，由于静电屏蔽作用，纤维聚集体团聚并变短，导致凝胶性降低。我们提出了一种在中性条件下制备QPI纤维聚集体的创新方法，揭示限制性菠萝蛋白酶水解及适当浓度的CaCl₂配位可以通过调节蛋白纤维化程度而改善藜麦蛋白的凝胶性。

图文赏析：

Fig. 1. Graphical abstract.

Fig. 2. Effects of E/S on the physicochemical properties of QPI. (A) DH, (B) Particle size, (C) Zeta potential, (D) Surface hydrophobicity (H₀), (E) Protein composition.

*M indicates Marker. 1, 2, 3, 4, 5 indicate QPI hydrolyzed with various enzyme to substrate ratio of 0%, 0.055%, 0.075%, 0.095%, 0.115%, respectively, under non-reducing condition. 6, 7, 8, 9, 10 indicate QPI hydrolyzed with various enzyme to substrate ratio of 0%, 0.055%, 0.075%, 0.095%, 0.115%, respectively, under reducing condition.

DH indicates the degree of hydrolysis.

Fig. 3. Effects of CaCl₂ concentration on the zeta potential (A), surface hydrophobicity (B) and intrinsic fluorescence intensity (C) of QPI aggregates.

Fig. 4. Morphology of QPI aggregates with different CaCl₂ addition: A 0 mmol/L, B 40 mmol/L, C 80 mmol/L, D 120 mmol/L, E 160 mmol/L, F 200 mmol/L.

E/S indicates enzyme to substrate ratio.

Fig. 5. (A) Effects of CaCl₂ concentration on the parallel/anti-parallel β-sheet ratio of QPI aggregates. (B) The FTIR spectrum of QPI aggregates at different CaCl₂ concentrations. (C) Bridging coordination mode between carboxyl groups and Ca²⁺

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110659