川渝共建特色食品重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院鐘金鋒博士近期在食品領(lǐng)域國際知名期刊《Food Hydrocolloids》（IF=9.147）在線發(fā)表了題為“Physicochemical properties and formation mechanism of whey protein isolate-sodium alginate complexes: Experimental and computational study”的研究論文，2019級碩士生劉祥雨為第一作者，西南大學(xué)覃小麗副教授、華南理工大學(xué)王永華教授參與了本研究的部分工作。
乳清分離蛋白因其營養(yǎng)價值豐富、易于獲得、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)用于多種高蛋白質(zhì)飲料的開發(fā)。然而，無澀味的高蛋白質(zhì)飲料的pH一般控制在4.0–6.0左右，這與乳清蛋白分離物的等電點(diǎn)（pH 5.2）重疊。乳清蛋白在該pH范圍下易于出現(xiàn)聚集和沉淀現(xiàn)象，使得高蛋白飲料的發(fā)展受到了一定的限制。海藻酸鈉，一種天然的陰離子多糖，可與乳清分離蛋白形成可溶性復(fù)合物，增強(qiáng)體系中的靜電斥力和空間位阻，對減少乳清分離蛋白的聚集和沉淀、提高其溶解度和穩(wěn)定性，改善酸性蛋白飲料的品質(zhì)具有重要意義。然而，目前很難從微觀層面的實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果中獲取乳清分離蛋白和海藻酸鈉在不同pH值下相互作用機(jī)理。因此，從分子水平闡明乳清分離蛋白-多糖復(fù)合物的形成機(jī)理，對準(zhǔn)確調(diào)節(jié)乳清分離蛋白飲料的穩(wěn)定性具有重要意義。
在該研究中，以海藻酸鈉作為穩(wěn)定劑，研究在酸性條件下，海藻酸鈉抑制乳清分離蛋白絮凝的結(jié)合機(jī)制，進(jìn)而揭示乳清分離蛋白與多糖的相互作用機(jī)理。實(shí)驗(yàn)研究方面，首先通過粒徑、濁度測量和熒光顯微鏡證實(shí)了海藻酸鈉可抑制乳清分離蛋白在其等電點(diǎn)附近的凝聚（圖1A、圖1B和圖2）：當(dāng)pH為5.0（接近等電點(diǎn)）時， 海藻酸鈉的存在使復(fù)合物顆粒大小和濁度顯著降低（分別降低65%和68.5%）。隨后， 利用拉曼光譜確定了海藻酸鈉的存在使乳清分離蛋白二級結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（圖3A和圖3B）， pH為5.0時，其結(jié)構(gòu)更加緊密， α-螺旋含量增加7.53%。
最后，通過密度泛函、分子對接、分子動力學(xué)模擬的計算方法探討了不同pH值下乳清分離蛋白與海藻酸鈉在分子水平上的相互作用和形成機(jī)理。靜電勢分析結(jié)果顯示，海藻酸鈉的-COOH和-OH最有可能與蛋白質(zhì)相互作用。分子對接結(jié)果表明β-乳球蛋白的氨基酸殘基與海藻酸鈉的-COOH和-OH發(fā)生相互作用。分子動力學(xué)模擬分析表明，當(dāng)pH值為5.0時，復(fù)合物的結(jié)合能相對較低（-338.17 kJ/mol）， 靜電相互作用在β-乳球蛋白-海藻酸鈉復(fù)合物的形成中起主要作用（圖4A和圖4B）。上述結(jié)果表明海藻酸鈉提高了乳清分離蛋白在等電點(diǎn)附近的穩(wěn)定性，有助于開發(fā)物理穩(wěn)定性更好的蛋白質(zhì)產(chǎn)品，并在微觀水平上提供其他蛋白質(zhì)與多糖相互作用的信息。
原文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2022.107786
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