《食品科学》：西华大学谢伊莎博士等：超声协同热处理对菜籽蛋白结构及溶解性的影响

菜籽是我国主要油料作物之一，菜籽榨取后的残留产物（油菜籽饼/粕）含有35%～40%（

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）的蛋白质，主要由11S球蛋白和2S白蛋白组成。据报道，菜籽蛋白中必需氨基酸组成均衡，营养价值优于其他植物蛋白。对菜籽蛋白进行改性，可以拓展其在食品中的应用。 目前常用的 蛋白改性方法主要有酶法、化学和物理改性。其中， 热处理对蛋白改性程度有限，需与其他技术联合处理，以实现蛋白功能性质的提升。

超声波能产生空化作用和机械作用，可诱导亚基解离或聚集、破坏肽键及干扰天然蛋白质分子之间的非共价相互作用，促进蛋白质折叠和展开，引起蛋白分子结构改变。

西华大学食品与生物工程学院的赵康妤、杨萍、谢伊莎*等人拟通过促进热处理诱导的蛋白结构折叠和聚集提高蛋白溶解性。以菜籽蛋白为研究对象，通过超声协同热处理调控蛋白构象，利用圆二色光谱仪、荧光光谱仪、Zeta电位仪等表征菜籽蛋白功能性质及结构变化，探究协同处理实现菜籽蛋白溶解性提升的机制，以期为菜籽蛋白改性及相关产品研发提供理论参考。

1 超声协同热处理对菜籽蛋白溶解度和浊度的影响

溶解度是蛋白质变性和聚集的实际反映，其取决于蛋白质结构和蛋白质相互作用等因素 。由图1、2可知，H25样品瓶底部有明显的蛋白聚集体，且溶解度较低（8.6%）。随着加热温度从25 ℃升至90 ℃，菜籽蛋白溶解度呈现显著下降趋势，从8.6%降至5.6%（

P

＜0.05）。这与Liu Kunlun等 的研究结果相符，该研究发现谷蛋白的溶解度随温度的升高和加热时间的延长略有下降。协同超声处理后，样品瓶中蛋白溶液中的部分沉淀悬浮，25、60、90 ℃处理的菜籽蛋白溶解度均显著增加（

P

＜0.05）。其中，H25U600溶解度升至57.31%。相同温度下，随超声功率的增大，蛋白溶解度呈上升趋势。这可能是因为在超声处理过程中，空化效应产生的湍流和剪切等物理力破坏了蛋白质的空间结构，引起蛋白质之间的碰撞并减小了颗粒尺寸，从而增大了颗粒的比表面积，表面带电基团增多，分子间静电相互作用增强。由此可以推测，蛋白质与水之间的相互作用增强 ，增加了蛋白质分子与水分子间的水合作用，菜籽蛋白的溶解度增加 。Igartúa等 研究发现，超声和热处理后，蛋白质溶解度提高91.8%，形成比未处理的大米蛋白分离物更不致密和更分散的蛋白质聚集体。

在蛋白质聚集过程中，采用浊度表征蛋白质溶液中粒子的大小和数量，浊度越高说明蛋白质聚集程度越高 。由图3可知，未经超声处理条件下，随热处理温度的升高，菜籽蛋白浊度呈显著降低趋势（ P ＜0.05），由0.61（H25）变为0.12（H90）。这可能是由于热处理温度过高导致蛋白变性严重，分子聚集程度过大而无法稳定存在于溶液中，最终产生沉淀 。引入超声处理后，25、60、90 ℃处理的菜籽蛋白浊度均显著上升（ P ＜0.05）。其中，H25U200、H60U200、H90U200的浊度与相应未超声样品比分别提高86.04%、4.86 倍和7.76 倍。这可能是由于在超声波的高频振动及剪切力作用下，蛋白质分子发生部分解离、变形及聚集等现象，导致蛋白质聚集体形成，浊度增加 。超声功率增至400 W时，25 ℃和60 ℃处理的蛋白溶液浊度降低，高强度超声波能够通过空化效应破坏氢键和疏水相互作用，导致大的蛋白质聚集体破碎成小的蛋白质聚集体 ，这与蛋白溶解度增加的结果相一致。

2 超声协同热处理对菜籽蛋白粒径分布和Zeta电位的影响

由图4、5可知，未经超声处理条件下，随加热温度的升高，蛋白粒径由1 188.18 nm（H25）增大到5 630.00 nm（H90），PDI由0.27（H25）增大到0.99（H90）。这可能是由于加热导致大量蛋白分子聚集形成大的蛋白聚集体，无法均匀分布于体系中而产生沉淀，从而使蛋白质粒径增大。引入超声处理后，与H25相比，H25U600的粒径降至1 155.27 nm。对比H60（粒径为3 925.20 nm，PDI为0.44），H60U400和H60U600的粒径分别降至2 215.50 nm和2 403.83 nm，PDI分别降至0.26和0.28。这可能是超声波的空化效应产生的强剪切力导致大的蛋白质聚集体破裂，粒径减小，同时抑制蛋白质聚集。Gamlath等研究发现，超声处理后大多数乳清蛋白颗粒被分解成粒径0.01～2 μm之间的较小颗粒，说明超声具有分解蛋白聚集体的能力。当热处理温度提升至90 ℃时，即使协同超声处理，菜籽蛋白的粒径仍显著高于相同超声功率下25 ℃处理组的样品（

P

＜0.05）。这可能是因为高温促使蛋白聚集，降低了超声波的有效性 。

Zeta电位与悬浮颗粒的表面电荷有关，其绝对值大小可以直接反映悬浮颗粒在体系中的分散性和聚集性 。Zeta电位绝对值越高，溶液体系越均匀、稳定；Zeta绝对值越低则表明悬浮颗粒易于凝结或絮凝 。由图6可知，未经超声处理条件下，相比于H25，H60和H90的Zeta电位绝对值显著减小（

P

＜0.05）。这可能是因为热处理使蛋白质结构发生折叠，原本暴露在表面的带电氨基酸随蛋白质结构的改变而发生内折，表面静电荷密度减小 。引入超声处理后，随超声功率的增加，25 ℃和90 ℃条件下的菜籽蛋白Zeta电位绝对值均在400 W超声处理条件下达到最大值（11.95、5.25 mV）。这可能是超声处理破坏了蛋白质结构，暴露出更多极性基团，增加了蛋白质表面的带电残基 。

3 超声协同热处理菜籽蛋白SDS-PAGE分析

在电泳过程中，由于分子质量不同，蛋白亚基在电泳图谱上分布在不同的位置。菜籽蛋白主要包含11S球蛋白（44.3～66.4 kDa）和2S白蛋白（约为14 kDa），球蛋白由α-多肽链（30.0～40.0 kDa）和β-多肽链（20.0 kDa）组成。由图7可知，所有样品均呈现出3 条明显条带，分子质量分别为42～66、25～35、15～25 kDa。与仅热处理的H25、H60、H90样品相比，超声协同热处理后的菜籽蛋白样品的主要条带没有发生明显变化，这可能是因为超声处理对蛋白质分子质量的影响较微弱，不会引起蛋白质共价键的断裂或形成。这与绿豆蛋白的热超声诱导修饰结果一致。

4 超声协同热处理对菜籽蛋白表面疏水性的影响

蛋白质的表面疏水性可以表征蛋白质三级结构的变化程度，反映蛋白质分子聚集和折叠的差异 。如图8所示，相比于H25样品，60 ℃和90 ℃热处理样品（H60、H90）表面疏水性显著降低（

P

＜0.05），且两者之间的表面疏水性并无显著差异。这可能与热处理诱导的疏水基团暴露减少有关，加热诱导蛋白质分子发生一定程度聚集，部分疏水性基团被包埋在分子内部，从而导致疏水性降低 。对不同热处理后的菜籽蛋白进行超声处理，均能够导致菜籽蛋白的表面疏水性显著增加（

P

＜0.05）。这说明超声处理能够加快蛋白结构展开，暴露出更多的疏水基团，促进表面疏水性增加 。这些发现与蛋白质溶解度结果一致。

5 超声协同热处理对菜籽蛋白三级结构的影响

内源性荧光对色氨酸残基环境及蛋白三级结构变化有很强的敏感性，内源荧光光谱可以表征蛋白质分子空间结构的变化。如图9所示，未经超声处理条件下，随着热处理温度的增加，菜籽蛋白的最大吸收波长均发生不同程度的红移。说明热处理使蛋白发生变性，以酪氨酸、色氨酸为代表的疏水性氨基酸残基暴露，致使最大发射波长发生红移，热稳定性降低。引入超声处理后，菜籽蛋白的荧光强度整体增加。这可能由于超声处理能够诱导蛋白分子结构展开，导致隐藏在蛋白内部的疏水氨基酸残基展开，蛋白的荧光强度增加。这一结果与超声处理引起豌豆蛋白内源荧光强度增强的结果一致。值得注意的是，随着超声功率的增加，荧光强度呈下降趋势，这一现象被称作荧光猝灭。分析其原因，可能是因为较高功率的超声处理会使蛋白质分子发生交联、聚集，已经暴露的色氨酸基团重新包埋于蛋白质内部，引起蛋白质空间位阻增加，导致蛋白发生荧光猝灭现象。

6 超声协同热处理对菜籽蛋白二级结构的影响

通过对CD光谱进行拟合，分析蛋白质二级结构的变化情况。

-螺旋为蛋白质二级结构的有序结构，具有高度稳定性，而蛋白质的无序结构以

-转角和无规卷曲为主 。如表1所示，未经超声处理条件下，随着加热温度的升高，

-螺旋的相对含量由13.73%（H25）显著上升至15.92%（H90）（

P

＜0.05），

-折叠与

-转角的相对含量显示出先上升后下降的趋势，而无规卷曲的相对含量显示出先下降后上升的趋势。Liu Linlin等 发现，11S球蛋白中的

-螺旋和无规卷曲结构随着热处理温度的升高（50～60 ℃）而显著增加，

-折叠和

-转角结构减少。这种现象可能是热处理在一定程度上破坏了蛋白原有的刚性结构，从而增加了其柔性，使蛋白质构象从有序转变为无序 。超声处理后的菜籽蛋白

-螺旋和无规卷曲相对含量整体呈上升趋势，

-折叠结构整体呈下降趋势，而

-转角结构相对含量无明显变化。说明超声诱导的空化效应导致菜籽蛋白分子的内部空间结构发生改变，其原因可能是蛋白质分子中的氢键等分子间相互作用被破坏，蛋白质的刚性结构被削弱，进而导致二级结构发生变化 。这些结果也与溶解度相互印证，超声处理会使蛋白二级结构变得不稳定，有利于蛋白溶解性的改善。

结论

本研究通过超声协同热处理对菜籽蛋白进行复合改性，并表征蛋白组成和构象转变情况。结合溶解性变化趋势发现，仅对菜籽蛋白进行热处理时，随温度的升高，蛋白发生热聚集，溶解度从8.6%降至5.6%，蛋白构象从有序转变为无序。协同超声处理后，粒径整体减小，表面疏水性增加，蛋白结构不断展开，致使隐藏的疏水性基团暴露，荧光强度增加，引起二级结构发生相互转化，蛋白溶解性得到显著改善，H25U600条件下溶解度升至57.31%。综上所述，超声协同热处理可以改善菜籽蛋白的溶解性，从而为菜籽蛋白在食品工业中更广泛的应用提供科学依据和理论指导。

本文《 超声协同热处理对菜籽蛋白结构及溶解性的影响》来源于《食品科学》2025年46卷第1期100-107页，作者： 赵康妤，杨萍，马俊坤，舒文静，杨凤，谢伊莎，刘庆庆。DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20240313-088。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑：安宏琳；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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