《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Peptide nanoparticles formed by shear depolymerisation and recombination of insoluble soy aggregates: Structural characterisation and interfacial properties
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通过剪切处理将不溶大豆多肽聚集体（ISPA）分解为大豆肽纳米颗粒（SPNs），研究其表面性质、微观结构与界面行为的关系。结果表明剪切处理优化了SPNs的亲疏水性平衡和分子柔韧性，使其在油水界面快速扩散并形成稳定层状结构，显著降低界面张力（SPN-12000为85.80°），提升乳液稳定性。此方法为利用酶解副产物开发食品乳化剂提供了新途径。
张新宇|余鹏|谢玉琪|金晓宇|谢凤英
中国黑龙江省哈尔滨市东北农业大学食品科学学院，邮编150030
摘要
通过剪切处理将不溶性大豆肽聚集体（ISPA）解聚为大豆肽纳米颗粒（SPNs），并研究了两亲性、微观结构与界面行为之间的结构-活性关系。结果表明，剪切处理通过改变ISPA/SPNs的表面性质和结构，影响了其亲水/疏水倾向及界面吸附能力（界面扩散速率和重排速率分别增加了37.89%和25.61%），使它们能够在油水界面快速扩散和重排，最终形成稳定的构象并嵌入界面。粒径测量显示SPNs的粒径较小（318.75至595.30纳米），分布均匀（多分散指数约为0.50）。表面疏水性和傅里叶变换红外光谱分析表明，在一定的剪切速度范围内（10000–12,000转/分钟），SPNs的表面亲水基团和疏水基团趋于平衡，分子柔韧性得到增强。这些变化促进了它们在油水界面的渗透和重排，减弱了油滴的聚结，从而形成了相对稳定的乳液系统。值得注意的是，SPN-12000的三相接触角达到了85.80°，其在界面上吸附紧密，表现出最低的界面张力。当剪切速率超过这一阈值时，颗粒会发生重新聚集。空间位阻的增加和分子柔韧性的降低削弱了SPNs的界面性能。这些发现为ISPA的解聚与重构提供了新的方向，也为将酶水解副产物作为乳液和双凝胶食品中的油水界面稳定剂的应用提供了新的策略。
引言
大豆蛋白分离物（SPI）作为食品工业中常用且极其重要的蛋白质资源，其酶解产物已被广泛用于生产具有增强功能特性的生物活性肽（Ashaolu, 2020）。然而，这一过程通常伴随着不溶性大豆肽聚集体（ISPA）的生成（Fischer et al., 2002）。先前的研究表明，ISPA是由两亲性短肽和蛋白质分子组装而成的，其氨基酸组成较为合理，因此具有作为蛋白质补充剂的潜力（Artemova, Stein-Margolina, Bumagina, & Gurvits, 2011; Dong et al., 2021）。然而，ISPA的疏水聚集导致其溶解度低，加工和利用存在诸多困难。因此，ISPA常被用作动物饲料或被废弃，造成大量蛋白质资源的浪费。近年来，关于ISPA结构改性的研究陆续出现。Zhang等人（2018）对ISPA进行了超声处理，发现制备的乳液具有良好的储存稳定性和抗氧化稳定性。Dong等人（2021）以及Ma、Xu、Wang、Li和Ding（2025）分别用表没食子儿茶素-3-没食子酸酯和可溶性大豆多糖与ISPA复合，降低了ISPA的疏水性并增强了其乳化性能。Jing等人（2022）通过pH值调节方法制备了高度稳定的乳液凝胶，并将其应用于无蛋蛋黄酱的制备中。显然，当前的相关研究主要集中在探索和改善ISPA的功能特性上。然而，关于ISPA结构的方向性解聚与重构以及这些结构变化与界面行为之间关联机制的研究仍然较少。这种研究的缺乏使得难以从根本上揭示ISPA稳定液-液界面的原因，从而限制了其作为功能性食品材料的发展潜力。
两亲性肽因其多样的功能和高生物相容性而受到广泛关注。Bai等人（2014）通过两亲性肽的π-π堆叠和氢键自组装成功制备了长期稳定的乳液。Ai、Zhang、Fan、Cao和Jiang（2021）通过对蛋清蛋白进行热处理和超声处理获得了两亲性肽，发现它们具有较低的界面张力和接近中性的润湿性，由它们稳定的乳液表现出优异的分散性和脂质氧化稳定性。此外，两亲性结构单元因与水相和油相在界面上的不同相互作用力而被应用于相转化领域（Cui et al., 2024）。两亲性结构在稳定液-液界面方面起着积极作用，因此在乳液领域具有广泛的应用前景。值得注意的是，酶解产物中的两亲性短肽参与了ISPA的形成，使其具有自组装成两亲性结构单元的潜力。在剪切处理过程中，极高的线速度和高频机械效应引起的机械剪切迫使颗粒发生破碎和重排，从而实现其结构改性。Zou、Ngoc、Biers和Sun（2019）报道高速剪切处理能够更好地溶解SPI并诱导其球形构象的膨胀和变形。Zhao等人（2024）通过剪切处理有效提高了核桃粉蛋白的溶解度并增强了乳液稳定性。基于此，剪切处理有望成为解聚聚集体和改善其功能特性的有效方法。然而，剪切处理对ISPA结构和界面性能的影响尚不清楚。
本研究采用剪切处理对ISPA进行解聚，释放出两亲性短肽并诱导其自组装成SPNs。评估了不同剪切速率下SPNs的微观结构，探讨了表面润湿性、界面张力和界面吸附能力，并利用共聚焦显微镜观察了界面蛋白质的分布状态。最后进行了相关性分析，以揭示SPNs的微观结构、两亲性和界面行为之间的调控规律。所得结果为通过剪切处理构建的两亲性界面稳定剂在食品中的应用提供了理论基础。
材料
大豆蛋白分离物（SPI，蛋白质含量98%）购自山东宇旺生态食品工业有限公司（中国山东）。碱性蛋白酶（136 U/mg）由上海宇源生物科技有限公司（中国上海）提供。十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）和Tricine-SDS-PAGE凝胶制备试剂盒由北京索尔巴生物科技有限公司（中国北京）提供。8-氨基-1-萘磺酸（ANS）等试剂也由该公司提供。
粒径分析
粒径可以直接反映蛋白质的聚集或解聚程度（Wang et al., 2022）。如图1所示，SPNs的粒径显著减小（p < 0.05），表明剪切处理能有效克服颗粒粘附带来的阻力，实现聚体的解聚。粒径的减小意味着比表面积的增加，这可能促进它们之间的相互作用。
结论
本研究证实，在适当的剪切速率下，ISPA被解聚为更小的分子，SPNs的无序结构比例增加，界面润湿性趋于中性，形成了两亲性和柔性的结构。这使得SPNs能够在界面快速展开和重排，有效增加表面压力，并通过分子间作用在油滴周围形成紧密的界面层。
作者贡献声明
张新宇：撰写——原始草稿，数据整理。余鹏：撰写——审阅与编辑，资源提供。谢玉琪：数据分析。金晓宇：软件操作。谢凤英：项目监督，资金申请。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家“十四五”重点研发计划（2021YFD2100402）、黑龙江省自然科学基金（LH2022C044）以及高价值粮食精炼与加工工业技术研究院的资助。
