在电荷扰动作用下卵白蛋白和溶菌酶的共凝聚机制及其对大蒜精油挥发性成分的抑制作用

《Food Research International》：Coacervation mechanism of ovalbumin and lysozyme under charge perturbation and its inhibitory effect on volatile components of garlic essential oil

　　卵清蛋白-溶菌酶共沉淀物通过调节pH（6.0-8.0）和离子强度（20-60 mmol/L NaCl）形成机制及封装大蒜精油挥发性成分研究。中性pH 7.0下形成低表面电荷（<3 mV）纳米颗粒，电场诱导蛋白质构象转变（β-转角/无规则卷曲），红外光谱显示低频振动增强，核磁共振证实水分松弛时间随pH升高。共沉淀物保留10种关键挥发性成分，显著抑制硫化合物（1-丙硫醇）挥发，验证了动态界面可调性对分子封装的调控作用。

　　这项研究围绕蛋白质基共聚体的形成机制及其在食品工业中的应用潜力展开，重点探讨了卵白蛋白与溶菌酶复合物在不同电荷环境下的液-液相分离（LLPS）行为。卵白蛋白（pI≈4.7）和溶菌酶（pI≈11.0）作为两种具有不同等电点的蛋白质，其相互作用受溶液pH值和离子强度的显著影响。通过调节这些参数，研究者能够控制蛋白质的构象变化、电荷分布以及共聚体的形成过程，从而优化其作为载体的功能性。

研究中，实验设计覆盖了三个不同的离子强度（20、40、60 mmol/L NaCl）和三个pH值（6.0、7.0、8.0）条件，旨在系统评估这些环境因素对共聚体形成及其性能的影响。实验结果表明，中性pH（7.0）是最有利于共聚体形成的条件，此时形成的共聚体表面电荷较低（<3 mV），且颗粒尺寸在2000–3000 nm之间。这说明在中性pH条件下，蛋白质之间的静电相互作用达到了一个相对平衡的状态，从而促进了共聚体的稳定形成。相比之下，在pH 6.0和离子强度40 mmol/L的条件下，蛋白质发生了最大程度的变性，其构象从α-螺旋/β-折叠转变为β-转角/无规卷曲。这种变性现象可能与静电场对蛋白质结构的扰动有关，表明在较低pH值下，蛋白质之间的静电排斥作用增强，导致结构稳定性下降。

在共聚体的形成过程中，研究者采用了多种先进的分析技术，包括激发-发射矩阵光谱（EEM）、低场核磁共振（LF-NMR）、太赫兹光谱以及共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）。这些技术从不同维度揭示了共聚体的结构演变及其与挥发性成分的相互作用。例如，太赫兹光谱结果显示，在高pH条件下，共聚体内部的低频分子振动增强，这可能反映了蛋白质分子之间更强的相互作用或更紧密的网络结构。而LF-NMR则表明，随着pH值的升高，系统中不可移动水的弛豫时间增加，这可能意味着共聚体的结构更加紧密，从而降低了水分子的流动性，有助于稳定挥发性成分。

CLSM实验进一步验证了中性pH条件下蛋白质之间的疏水作用和氢键驱动的异源蛋白融合现象。这一发现为理解共聚体的微观结构提供了直接证据，表明在特定的电荷环境中，蛋白质分子能够通过非共价相互作用形成稳定的聚集体。这种结构的动态可调性是共聚体作为食品载体的重要优势，因为它允许在不同条件下调整其物理和化学特性，以适应多种功能需求。

在实际应用中，研究者将共聚体用于封装大蒜精油中的挥发性成分，特别是硫化物类物质。实验结果显示，共聚体能够有效保留10种关键的挥发性成分，显著降低硫化合物的挥发性，尤其是1-丙硫醇。这表明，通过调控电荷环境，共聚体可以形成一种半渗透性的屏障，有效限制分子的扩散和逸出，从而提高对敏感成分的保护能力。这种封装技术不仅能够延长挥发性成分的保质期，还能在一定程度上改善其感官特性，使其更适用于功能性食品的开发。

与以往仅关注宏观相行为或简单乳化效应的研究相比，本研究提供了多维度的证据，揭示了电荷调控在共聚体形成过程中的关键作用。通过深入分析蛋白质结构的变化及其与环境参数之间的关系，研究者建立了电荷环境、蛋白质结构演变和封装性能之间的关联。这一发现不仅有助于理解共聚体的形成机制，还为设计具有氧化稳定性和界面稳定性的蛋白质载体提供了理论基础。

此外，本研究还强调了异源蛋白共聚体在食品封装中的独特优势。与传统的单组分蛋白质或多糖壁材相比，卵白蛋白-溶菌酶共聚体系统在生物相容性、响应性和物理稳定性方面表现出更优异的性能。它不需要化学交联剂即可形成稳定的结构，这在食品工业中尤为重要，因为化学交联剂可能会对食品成分产生不利影响，甚至影响其营养价值和安全性。因此，这种基于LLPS的封装系统具有更高的应用潜力，特别是在需要保护挥发性活性成分的食品体系中。

从更广泛的角度来看，本研究的成果不仅适用于大蒜精油的封装，还为其他挥发性营养成分（如精油、不饱和脂肪酸等）的封装和递送提供了参考。在功能性食品开发中，这些成分往往具有较高的生物活性，但同时也容易受到环境因素的影响而降解或挥发。通过优化共聚体的形成条件，可以实现对这些成分的高效封装和可控释放，从而提升其在食品中的稳定性和功效。

为了进一步验证共聚体的封装效果，研究者还进行了浊度、Zeta电位和粒径分布的分析。这些参数不仅能够反映共聚体的形成状态，还能提供关于其表面电荷和聚集程度的信息。实验结果表明，当电荷环境被调节到合适水平时，共聚体能够形成更稳定的结构，从而有效包裹挥发性成分。这种动态可调的界面结构使得共聚体能够根据不同的应用需求进行适应性调整，例如在不同pH或离子强度的食品体系中保持其功能稳定性。

研究的最终目标是通过揭示电荷环境对共聚体形成和封装性能的影响机制，为开发高效的蛋白质基封装系统提供理论支持和实验依据。这不仅有助于解决食品工业中常见的挥发性成分稳定性问题，还能推动功能性食品的创新，提高其营养价值和感官品质。随着消费者对健康食品需求的增加，这种基于天然蛋白质的封装技术有望在未来食品科学和工业中发挥重要作用。

在实际应用中，共聚体的封装性能可能受到多种因素的影响，包括蛋白质的浓度、温度、搅拌速度以及与其他成分的相互作用等。因此，未来的研究可以进一步探讨这些变量对共聚体形成和性能的具体影响，以实现更精确的控制。同时，研究者还可以尝试将共聚体与其他功能性成分结合，例如抗氧化剂或酶类，以增强其在食品体系中的多重功能。

本研究的成果也为食品加工技术的改进提供了新的思路。传统的食品封装方法往往依赖于化学添加剂或复杂的加工流程，而基于LLPS的蛋白质共聚体技术则提供了一种更环保、更高效的替代方案。这种技术不仅减少了对化学交联剂的依赖，还能在一定程度上降低加工成本，提高产品的市场竞争力。此外，由于共聚体的形成过程相对简单，且能够在常温下进行，因此其适用于大规模生产和多种食品基质的封装。

在理论层面，本研究为蛋白质结构与功能之间的关系提供了新的视角。通过分析不同电荷环境下蛋白质的构象变化，研究者揭示了静电相互作用在调控蛋白质行为中的关键作用。这种理解有助于开发新型蛋白质材料，用于食品、医药和其他生物技术领域。例如，在药物输送系统中，类似的电荷调控机制可以用于控制药物的释放速率和稳定性，从而提高治疗效果。

总体而言，这项研究通过系统分析卵白蛋白与溶菌酶在不同电荷环境下的行为，揭示了其共聚体形成和封装性能的内在机制。这些发现不仅深化了对蛋白质相分离行为的理解，还为功能性食品的开发提供了新的技术手段。随着对蛋白质材料研究的不断深入，未来的食品工业可能会更多地依赖于这种基于天然成分的封装技术，以满足消费者对健康、安全和可持续性的需求。