近期，南京財經大學湯曉智教授、馮瀟副教授在國際食品TOP期刊Food Hydrocolloids (Q1, IF=11.0)發(fā)表題目為“Bromelain hydrolysis and CaCl2 coordination promote the fibrillation of quinoa protein at pH 7”的研究性論文。

成果亮點：

1. 酶水解促進pH 7下纖維聚集體的形成。

2. 水解引起的蛋白間靜電斥力的增強促進了纖維化。

3. CaCl₂促進熱不可逆蛋白纖維的形成并且延長其長度。

4. 更長的纖維聚集體有助于提高藜麥蛋白的凝膠性。

研究背景：

近年來，隨著人們健康飲食意識的提高及可持續(xù)發(fā)展的趨勢，植物蛋白在食品中的應用越來越廣泛。凝膠性是蛋白質重要的功能特性之一，但是大多數植物蛋白的凝膠性較弱，形成凝膠強度較低且持水力差，限制了藜麥蛋白在食品加工領域中的應用。蛋白的凝膠化通常是由蛋白質的展開和隨后的聚集引起的，纖維聚集和顆粒聚集是兩種主要的聚集方式。蛋白質的纖維聚集具有各向異性的線性結構，該結構為蛋白質相互交聯(lián)提供了更多的區(qū)域，從而形成具有均勻孔隙分布的網絡結構，并提高蛋白凝膠的凝膠強度。目前纖維聚集體的形成主要是在pH 2條件下，在中性條件下蛋白加熱主要形成的是顆粒聚集體。然而，在強酸條件下形成的纖維聚集體的結構易受到pH變化的影響而不適用于食品體系中。目前，在中性條件下促進纖維化的報道有限。因此，本文通過菠蘿蛋白酶水解及CaCl₂的配位作用，提高了藜麥分離蛋白（QPI）纖維化的能力，有效改善了藜麥蛋白的凝膠性，有助于擴大藜麥蛋白在食品產業(yè)中的應用。

主要內容：

藜麥蛋白具有較高的營養(yǎng)價值，含有所有必需氨基酸，但是較弱的凝膠性限制了其加工和應用。在pH 2條件下形成的植物蛋白的纖維聚集體可以改善凝膠性，但是蛋白纖維會隨著pH的變化而分解。我們發(fā)現中性條件下蛋白酶水解藜麥分離蛋白可以代替酸水解、并在熱誘導后形成纖維聚集體。當酶底比（E/S）增大到0.075%時，蛋白間靜電斥力增加，但是疏水相互作用無顯著性變化，這兩種分子間驅動力的協(xié)同作用有利于纖維聚集體的形成。然而，E/S的持續(xù)增加導致纖維聚集體減少，這是因為靜電斥力降低、疏水相互作用增加加快了聚集速率。當E/S為0.075%時，隨著CaCl₂濃度從0增加到120 mmol/L，平行β-折疊含量增加，纖維聚集體長度從175 nm增加到327 nm。Ca²⁺與羧基之間為橋接配位模式。然而，當CaCl₂濃度增加到160和200 mmol/L時，由于靜電屏蔽作用，纖維聚集體團聚并變短，導致凝膠性降低。我們提出了一種在中性條件下制備QPI纖維聚集體的創(chuàng)新方法，揭示限制性菠蘿蛋白酶水解及適當濃度的CaCl₂配位可以通過調節(jié)蛋白纖維化程度而改善藜麥蛋白的凝膠性。

圖文賞析：

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⁺

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110659