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东北农业大学姜瞻梅教授:探索植物化学皂苷在防止 α-乳白蛋白热聚集中的作用:多维光谱分析

2026-10-21 23:43:38

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东北农业大学姜瞻梅教授：探索植物化学皂苷在防止 α-乳白蛋白热聚集中的作用：多维光谱分析

乳品科学教育部重点实验室：乳功能成分与营养团队

期刊名称：Food Hydrocolloids

中科院分区：中科院一区

影响因子:13.3

研究背景

乳清蛋白约占牛乳总蛋白含量的20%，主要由β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、牛血清白蛋白及免疫球蛋白组成，凭借极高的营养价值在食品领域应用广泛，但该蛋白易发生热变性，给乳制品加工带来显著难题，原料乳热处理过程中产生的乳清蛋白聚集体会沉积在换热器表面造成设备结垢，不仅降低生产运行效率，还会弱化设备传热性能，为此科研人员始终在探索可有效抑制乳清蛋白热处理变性与聚集的技术方法；在各类乳清蛋白中，球状的α-乳白蛋白易在食品加工中受热形成聚集体，这类聚集体具备优良的发泡、乳化、凝胶等功能特性，拥有极高的食品应用价值，因此探明蛋白质热聚集的分子机制，对研发具备特定功能的新型蛋白聚集体至关重要，热处理会使蛋白质分子结构解折叠、暴露游离巯基，再通过氧化反应形成分子间或分子内二硫键，最终生成蛋白聚集体。为有效调控蛋白聚集行为，学界将研究重点聚焦于皂苷这类天然表面活性剂，皂苷由疏水性苷元与亲水性糖基组成，独特的两亲性结构使其可与蛋白质发生相互作用，进而改变蛋白质的空间结构与功能特性，目前已有大量研究证实皂苷具备调控蛋白功能特性的潜力，且热处理能够显著强化皂苷与蛋白质的相互作用，例如75℃高温可促进皂树皂苷与牛血清白蛋白形成复合物并提升凝胶强度，罗汉果皂苷与分离乳清蛋白的复合体系经热处理后凝胶性能优于单一蛋白，可用于改善低脂酸奶的质构与微观结构，同时热处理还能提升大豆分离蛋白纳米颗粒-茶皂苷复合体系的乳化性能，也会通过解折叠蛋白质结构加剧皂树皂苷-蛋白混合体系的不相溶性。此外，热处理不仅能改变皂苷-蛋白复合体系的功能特性，还会影响其理化性质，前期研究已证实茶皂苷可抑制α-乳白蛋白的热聚集行为，但目前学界尚未阐明不同结构皂苷对α-乳白蛋白热聚集的具体作用机制。

研究内容

本研究利用蛋白质组学技术，从分子层面解析五种不同结构皂苷与α-乳白蛋白热聚集过程中的二硫键交联位点，并通过检测蛋白构象变化、粒径分布、巯基含量、表面疏水性及ζ电位等指标，探究五种皂苷调控α-乳白蛋白热聚集的内在机理，以期为皂苷作为高效改性剂抑制α-乳白蛋白热聚集提供充足的数据支撑，为食品蛋白在食品工业中的创新应用开辟全新方向。

关键结论

本研究采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术，探究了五种结构不同的皂苷对热处理诱导的α-乳白蛋白分子间、分子内及环状二硫键交联的抑制机制。研究结果表明，热处理会促进α-乳白蛋白二硫键的重排，其中Ala（6）、Ala（91）、Ala（111）和Ala（120）为活性最高的交联位点。皂苷处理可有效抑制热处理过程中α-乳白蛋白的二硫键生成，五种皂苷的抑制效果由强至弱依次为绞股蓝皂苷、甘草酸、茶皂苷、斯特林皂苷、罗汉果皂苷。此外，相较于其他α-乳白蛋白-皂苷复合物，热处理形成的α-乳白蛋白-绞股蓝皂苷复合物粒径最小、表面疏水性最低、ζ电位绝对值最高，这可能是其具备最优聚集抑制效果的核心原因。

图1. 热诱导α-乳白蛋白及其二硫键交联肽段的表征。（A）总离子流色谱图；（B）基峰色谱图；（C）二硫键交联肽段LDQWLCEKL(6)-ALCSEK(3) 匹配 b 离子与 y 离子的二级质谱图；（D）热诱导α-乳白蛋白及α-乳白蛋白-皂苷复合物中分子间二硫键交联肽段；（E）分子内二硫键交联肽段；（F）环状二硫键交联肽段的结构示意图。

图2. 热诱导 α- 乳白蛋白及其皂苷复合物的非还原型(A)与还原型(B)十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析。

注：绞股蓝皂苷、甘草酸、茶皂素、甜菊糖苷、罗汉果甜苷V分别与α-乳白蛋白经热处理后的混合样品，依次记为α-乳白蛋白-绞股蓝皂苷、α-乳白蛋白-甘草酸、α-乳白蛋白-茶皂素、α-乳白蛋白-甜菊糖苷、α-乳白蛋白-罗汉果甜苷 V；经热处理与未热处理的α-乳白蛋白分别记作热改性α-乳白蛋白与天然α-乳白蛋白。

图3. 热处理α-乳白蛋白及其皂苷复合物的表征。（A）尺寸排阻色谱图谱；（B）α-乳白蛋白单体与大分子聚集体相对含量；（C）游离巯基含量

图4. 热诱导α-乳白蛋白及其皂苷复合物的二级结构分析。（A）傅里叶变换红外光谱图；（B）二级结构组成

图5. 热诱导α-乳白蛋白及其皂苷复合物的理化性质。（A）ζ- 电位；（B）粒径；（C）表面疏水性

创新点/应用前景：

本研究为皂苷-蛋白复合物预处理应用于热加工工艺的工业化落地提供了理论支撑，后续将进一步探究热处理型α-乳白蛋白-皂苷复合物的功能特性与生物活性。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2025.112029

姜瞻梅，教授，博士生导师，黑龙江省新世纪人才；全球前2%顶尖科学家；现任国民营养健康专家委员会委员，中国农业机械学会农副产品分会理事，《乳品科学与技术》、Food Science of Animal Products编委；主要研究方向为乳品科学、乳品加工与蛋白质功能调控、功能食品。主持国家自然科学基金、黑龙江省自然科学基金等15项。获黑龙江省科学技术奖一等奖1 项、中国发明协会一等奖1 项、黑龙江省科学技术奖二等奖1 项、黑龙江省高校科学技术奖一等奖1 项。以第一作者或通信作者，在中科院SCI的1区TOP期刊发表学术论文60余篇，封面论文8篇。主编出版《乳品高新技术》和《乳品添加剂》专著，获得授权发明专利15项，实用新型5项。