《食品科学》：华南农业大学李璐副教授等：溶菌酶介导的糖基化与纤维化改性对辛烯基琥珀酸酐淀粉的结构与性能影响

传统上，高内相乳液（HIPEs）主要通过不溶于两相的固体颗粒（如无机颗粒二氧化硅、碳酸钙等）在油-水界面吸附并形成机械屏障，从而防止油滴絮凝。近年来，具有优异两亲性的辛烯基琥珀酸酐（OSA）淀粉及其衍生物作为一种有效的颗粒稳定剂，在HIPEs应用中展现出显著优势。本课题组前期研究发现，具有较高支化度和取代度的OSA淀粉可在乳液中形成坚固、连续的界面膜，显著提高体系稳定性并抑制聚集现象。然而，通常需要较高的OSA淀粉浓度才能实现所构建HIPEs的长效稳定，这不仅会增加成本，也可能影响食品的感官特性与质构，在一定程度上限制了其在食品工业中的应用。因此，对OSA淀粉进行改性以进一步提升其乳化稳定性能显得尤为重要。

天然多糖可通过与蛋白质的协同作用改善界面性质，通过降低界面张力以及利用空间位阻和静电相互作用形成物理屏障稳定HIPEs。Cheng Ce等制备的乳铁蛋白-阿拉伯胶复合物，能够在较宽的pH值（3～6）和离子强度（0～300 mmol/L NaCl）范围内稳定HIPEs，并提高体系的耐热性和离心稳定性；Tirgarian等发现，酪蛋白酸钠与阴离子多糖的复合能有效减小液滴直径，增强HIPEs抵抗外界应力的能力。尽管通过物理共混、化学交联或酶法改性制备的蛋白质-多糖复合物在稳定乳液方面潜力巨大，但利用蛋白质对OSA淀粉进行糖基化和纤维化改性，以系统提升其界面稳定性的研究尚缺乏深入探索。

溶菌酶（Ly）作为一种天然的两亲性蛋白质，不仅具有抗菌活性，还能在温和酸性条件下通过自组装形成富含β-折叠的淀粉样纤维，此结构能通过强氢键、静电及疏水相互作用显著提升其作为稳定剂的功能特性，展现出显著的纤维化潜力，使其成为构建高性能食品乳化剂的理想候选。例如，Wei Zihao和Yan Zhaohui等研究发现，Ly和卵清蛋白能形成具有良好功能特性的异质蛋白复合物，可显著增强HIPEs的稳定性和脂质消化效率，充分展示了Ly在蛋白质-蛋白质复合体系中的应用潜力。然而，将Ly直接用于多糖改性，特别是通过糖基化与纤维化联合的方式和OSA淀粉构建复合物并用于稳定HIPEs的研究目前尚鲜见报道。

因此，华南农业大学食品学院的陈丽璇、李艳新和李璐*等人先使用Ly对OSA淀粉进行糖基化得到OSA-Ly复合物，再对其进一步纤维化得到OSA-Lyx复合物，并通过圆二色光谱、内源荧光光谱和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等手段分析不同改性方式对OSA淀粉结构的影响，深入探究组分相互作用机制。继而，分别以OSA淀粉、OSA-Ly和OSA-Lyx为乳化剂制备HIPEs，系统比较三者在乳液稳定性、界面性质等方面的差异，阐释改性OSA淀粉结构与HIPEs稳定性之间的构效关系，以期为其在食品工业中的实际应用提供理论依据和数据支撑。

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OSA-Ly复合物的结构表征与功能特性

1.1 微观结构分析

为观察OSA淀粉和Ly在糖基化及纤维化后的微观结构变化，采用SEM对OSA淀粉、Ly及其复合物的颗粒形貌进行观测。OSA淀粉（图1A）和Ly（图1B）均呈现不规则球状，表面粗糙不均且伴有多孔结构。二者经糖基化反应形成OSA-Ly（图1C）后，原有的球形消失，取而代之的是大小不一的无定形片状结构；表面粗糙度减小，形成了较为疏水的表面结构。在酸性条件（pH 2.5）下对OSA-Ly 90 ℃热处理10 h后，可观察到舒展成直线状的淀粉样原纤维（图1D）。这可能是因为在酸性加热环境中，蛋白质被水解为短肽，然后在氢键和疏水相互作用下自组装形成具有更高纵横比的有序原纤维结构。

1.2 FT-IR分析

如图2所示，OSA淀粉的特征峰位于3 407（O—H伸缩振动）、2 929（亚甲基C—H伸缩振动）、1 647 cm-1（C＝O伸缩振动）和1 021 cm-1（淀粉非结晶区）处。Ly在3 350 cm-1（酰胺A带）处的主要吸收峰与游离氨基的N—H伸缩振动有关，1 656 cm-1（酰胺I带）处的吸收峰与C＝O伸缩振动有关，1 514 cm-1（酰胺II带）处的吸收峰与C—N伸缩振动和N—H弯曲振动有关。此外，酰胺I带和酰胺II带的位移主要反映了蛋白质二级结构的变化。

OSA-Ly和OSA-Lyx在1 400～1 000 cm-1范围内的吸收峰强度逐渐增加，证明OSA淀粉与Ly发生结合。在OSA-Ly和OSA-Lyx中观察到1 660～1 500 cm-1处发生了不同程度的红移，这与C—N、C—H和C＝O键伸缩振动有关，表明Ly和OSA淀粉之间的静电相互作用发生在Ly的胺基（—NH3+）和OSA淀粉的羧基（—COO-）上。在1 720 cm-1附近（酯羰基C＝O伸缩振动），OSA-Ly的吸收强度较OSA略有下降，而经过酸性热处理后，OSA-Lyx的吸收强度明显减弱，表明在该条件下部分辛烯基琥珀酸酯键发生了水解。但是，该特征峰依然存在，说明仍有一些酯键结构得以保留。而在1 570 cm-1附近（羧酸根COO-的不对称伸缩振动）吸收峰未出现明显衰减，说明羧基结构稳定。因此，在OSA-Lyx的制备过程中，虽然OSA淀粉的疏水改性结构（酯基）发生部分水解，但其关键特征结构仍然保留，为其后续的乳化性能提供必要的结构基础。此外，OSA淀粉与Ly发生糖基化反应后，OSA-Ly的N—H伸缩振动峰位移至3 383.79 cm-1，这可能是由于热处理促进了氢键的形成，而氢键和疏水力共同影响了复合物中的分子相互作用。在后续的纤维化产物OSA-Lyx中，该吸收带红移至3 347.56 cm-1，表明在纤维形成过程中氢键作用进一步增强，导致N—H键的力常数降低，振动频率下降。

Ly被认为是一种高度有序的蛋白质，具有典型的α-螺旋结构，其α-螺旋含量高达62.25%。与OSA淀粉经过糖基化和纤维化后，CD中代表α-螺旋的特征双负峰（208 nm与222 nm）强度显著降低并发生形变（图3）。OSA-Ly和OSA-Lyx的α-螺旋含量分别降至40.04%和30.41%，而β-折叠和β-转角含量显著增加，尤其是β-折叠（表1），表明α-螺旋结构的解离与向其他构象（主要是β-折叠）的转化。β-折叠含量的增加通常与蛋白质纤维结构稳定性的提高相关。此外，与Ly和OSA-Ly相比，OSA-Lyx的CD在202 nm波长处发生蓝移，这可能反映了在酸性加热条件下，蛋白质二级结构无序化程度增加或肽链构象松散。

1.3 荧光光谱分析

荧光光谱是分析蛋白质与其他分子间相互作用的有效方法，在分析两者诱导结合位点周围的构象方面也具有突出优势。Ly的荧光响应归因于其芳香族氨基酸色氨酸（Trp）残基的存在，荧光强度会随这些芳香族残基周围微环境的变化而逐渐变化。因此，可以通过内源荧光光谱探究Ly与OSA淀粉糖基化及纤维化前后产物的结构变化。

如图4所示，当激发波长为280 nm时，Ly在338 nm波长处具有最大荧光强度，而OSA淀粉的荧光信号很弱，因此OSA淀粉对复合后蛋白质荧光信号的干扰可以忽略。OSA淀粉和Ly糖基化后荧光强度增加，表明偶联促使内部更多的疏水性Trp暴露出来。相反，纤维化后的OSA-Lyx荧光强度显著降低，表明在纤维化过程中OSA淀粉与Ly的相互作用导致了Trp的荧光猝灭，主要是因为二者的相互作用促使蛋白质分子去折叠，使Trp基团暴露于更亲水的环境中。与Ly相比，OSA-Ly和OSA-Lyx的最大荧光发射波长均发生红移，表明OSA淀粉与Ly的结合导致蛋白质结构发生不可逆的改变，有更多的氨基酸侧链暴露于缓冲液中。

1.4 H0、EAI和ESI

乳化剂的H0是表征其界面性质的重要参数，而EAI和ESI是评价其乳化性能的关键指标。其中H0由其表面暴露于水中的非极性基团数量所决定。如图5A所示，Ly、OSA-Ly和OSA-Lyx的H0分别为1 438.1、3 194.6和2 522.2。经糖基化反应后，OSA-Ly的H0显著增加，这可能是因于Ly在糖基化过程中部分展开，使其疏水基团（如Trp和Tyr）残基暴露在复合物表面。OSA-Lyx表面疏水性降低，表明OSA-Ly纤维化后表面非极性基团的数量减少，这与内源荧光光谱分析结果相印证。对于球状蛋白，在加热初始阶段，其疏水性通常会因更多疏水区域的暴露而增加，这些区域在纤维核间隙内的β-折叠形成过程中起着重要作用。然而，在纤维化过程的持续加热，部分疏水区域在生长期排列形成纤维结构，减少疏水区域与ANS探针的接触，从而导致H0降低。这也表明纤维结构主要由疏水相互作用驱动形成。

EAI和ESI分别反映乳化剂在油-水界面的吸附能力以及所形成乳液抗分层的稳定性。如图5B所示，Ly的EAI为9.04 m2/g，ESI为23.90 min。OSA-Ly的EAI增加至37.43 m2/g，ESI降低至21.51 min，这可能与较高的表面疏水性和乳化性能之间存在负相关性有关，但均低于单一的OSA淀粉。经进一步纤维化后，OSA-Lyx的EAI和ESI分别增加至80.57 m2/g和85.59 min，超过了OSA淀粉（61.83 m2/g和72.56 min）。这种更优越的乳化性能可能与OSA-Lyx独特的结构形态有关，正如Wu Jie等指出，高长径比的乳化剂颗粒可以在界面处连接形成桥接结构，从而比球形颗粒表现出更高的稳定性。

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不同OSA-Ly复合物构建的HIPEs性质分析

2.1 粒径及其分布

HIPEs的液滴尺寸是衡量其稳定性的重要指标。表2和图6展示了由不同质量分数的OSA淀粉及其蛋白质复合物稳定HIPEs的平均粒径和尺寸分布。从表2 可以看出，用3 种不同类型乳化剂制备的HIPEs体积平均粒径（D4,3）和中值粒径（D50）均随乳化剂添加量的增加而减小，这是因为在高浓度条件下，更多的乳化剂吸附到HIPEs的液滴界面，从而使其稳定。其中，用5% OSA淀粉稳定的HIPEs，其D4,3和D50分别为（14.50±0.10）μm和（13.60±0.10）μm。而同质量分数OSA-Ly制备的HIPEs平均粒径显著增加，这可能与糖基化后其较差的乳化性有关。而5% OSA-Lyx制备的乳液D4,3和D50分别降至（13.67±0.06）µm和（12.87±0.06）µm，这可能是因为纤维在油-水界面形成致密的黏弹性网络，限制了油滴的聚结，使HIPEs粒径变小，但是它们的分布特征没有发生明显改变（图6），进一步证明纤维化处理能够提高乳化剂的乳液稳定性，球状蛋白的展开可以促进复合物乳化剂在油-水界面的吸附和保留，从而获得更好的分散性和乳化性。

2.2 HIPEs的流变学特性分析

从图7可以看出，在0.01～10 s-1的剪切速率范围内，由两种不同质量分数的OSA淀粉、OSA-Ly和OSA-Lyx制备的HIPEs表观黏度均随剪切速率的增加而急剧下降，表现出非牛顿假塑性流体（剪切稀化）行为，表明体系中存在弱结合网络结构。当剪切速率高于10 s-1时，HIPEs的黏度变化逐渐减小并趋于平缓，显示出牛顿流体的特性。而OSA-Lyx稳定的HIPEs保持了较高的黏度，且表观黏度随质量分数的增加而增加，这可能是由于OSA淀粉与Ly间的相互作用促进了HIPEs网络结构的形成，使其结构更加紧密，这与SEM观察到的OSA-Lyx纤维化网络结构相印证。有研究发现，细长的纤维结构会增加流动阻力，从而有利于HIPEs黏度的增加。与OSA淀粉相比，OSA-Ly制备的HIPEs具有较高的黏度，这可能是由于OSA-Ly稳定的HIPEs具有较大的液滴尺寸，会增加液滴间的空间位阻，从而影响表观黏度。

在整个测量频率范围内，由OSA淀粉、OSA-Ly和OSA-Lyx构建的HIPEs储能模量（G’）始终高于损耗模量（G”），表现出类固体或弱凝胶的弹性特性。而且，两个模量均随着频率的增加而增大，表明HIPEs的黏弹性与频率相关。此外，OSA-Lyx稳定的HIPEs表现出更高的G’和G”，表明纤维化能够改善HIPEs的黏弹性。这可能是由于纤维作为高度各向异性的颗粒，其长度可达数微米，几乎是球形蛋白单体直径的100 倍，因此，纤维化更可能形成有序结构，这与β-折叠构象含量显著增加的结果相印证，而高度有序的结构有利于增加界面膜的损耗模量。

2.3 离心稳定性分析

HIPEs的离心稳定性结果如图8所示。所有新制备的HIPEs初始都呈现稳定状态，但在8 000 r/min离心20 min后均出现了相分离。用不同质量分数OSA淀粉和OSA-Ly稳定的HIPEs在离心后分为3 个不同的层：顶部为油层，中间为乳液层，底部为水层。与OSA淀粉制备的HIPEs相比，OSA-Ly制备的HIPEs离心后析出更多的水层和油层，表明基于OSA-Ly构建的HIPEs较不稳定，但其水层更加清澈，说明大部分组分被留在原HIPEs中。相比之下，OSA-Lyx稳定的HIPEs离心后仅分离为两层，离心管从上到下依次是乳液层和水层，没有因破乳而产生漏油现象。

2.4热稳定性分析

加热处理常被用于食品制造过程中，以改善感官品质、生物安全性和产品稳定性。然而，乳化食品的稳定性及其理化性质可能在加热过程中发生不利变化，因此，评估HIPEs的热稳定性具有一定的实际意义。将OSA淀粉、OSA-Ly和OSA-Lyx稳定的样品分别在50 ℃和70 ℃水浴中热处理15 min，然后使用光学显微镜检查其微观结构的变化，结果见图9。在相同质量分数下，由OSA-Lyx稳定的HIPEs液滴最小；经50 ℃和70 ℃水浴加热后，由OSA-Ly构建的HIPEs液滴发生聚集，形成不规则、大小不一的团块，且液滴间距增大，这是因为HIPEs中的凝胶网络被严重破坏。OSA淀粉和OSA-Lyx稳定的HIPEs在热处理后液滴仅小幅度增大，但仍保持高度致密且彼此接触的状态。尤其是用5% OSA-Lyx稳定的HIPEs液滴增加幅度极小，综合其稳定性和微观结构表明，其纤维结构形成了更致密的界面屏障，有效阻止了液滴聚结，表现出更强的抗聚集能力。

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OSA-Lyx稳定HIPEs的作用机制

基于上述结果，推测OSA-Lyx稳定HIPEs的作用机制如图10所示。在糖基化过程中，Ly与OSA淀粉的共价结合诱导蛋白质分子结构逐渐展开，形成初始复合物（OSA-Ly）。在随后的纤维化过程中，OSA-Ly在低pH值和高温条件下分解为短肽，β-折叠结构增加，在氢键和疏水相互作用的驱动下形成具有更高纵横比的淀粉样原纤维。该纤维化结构是提升乳液稳定性的关键。首先，纤维的极端长度和较高疏水性可以促进液滴间的连接，形成致密且机械强度高的界面网络，从而显著提高乳化活性并减小乳液粒径。其次，该界面网络能利用抑制液滴运输和碰撞的颗粒网络形成稳定的HIPEs，显著提高乳液在离心和热处理等各种环境条件下的稳定性。

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结论

本研究通过糖基化与纤维化改性，构建OSA-Lyx复合物，改善OSA淀粉乳化性能并探索其在提升HIPEs稳定性方面的应用潜力。结果表明，在先糖基化后纤维化的过程中，OSA淀粉与Ly通过C—N和C＝O键的相互作用及氢键结合，诱导蛋白质二级结构发生重构，α-螺旋含量下降，β-折叠与β-转角含量显著增加，最终驱动高纵横比OSA-Lyx原纤维结构的形成。OSA-Lyx复合物具有优异的乳化活性（80.57 m2/g）和乳化稳定性（85.59 min），用作构建HIPEs的乳化剂时，OSA-Lyx复合物形成的纤维网络能增强其在油-水界面的吸附能力，形成致密界面膜，从而有效抑制液滴聚结。具体表现为平均液滴粒径减小，在8 000 r/min离心后仍能保持结构稳定，没有因破乳而产生的漏油现象，并能耐受高达70 ℃的热处理。本研究不仅揭示了OSA-Lyx对HIPEs的稳定机制，也可为拓宽OSA及其复合物在食品乳液或胶体体系中的应用提供数据支撑。未来研究可通过冷冻扫描电镜或共聚焦激光扫描显微镜等技术，更加直观表征OSA-Lyx在油-水界面的吸附形态与空间分布，进一步揭示OSA-Lyx在界面的排列方式和形成的精细网络结构，以更深入地理解其稳定机制。

作者简介

通信作者：

李璐副教授

华南农业大学食品学院

李璐，博士，副教授，硕士生导师。主要从事食品加工工艺优化、蛋白质等生物大分子乳化剂改性及稳定机理、食品功能因子递送体系构建及性能等领域的研究工作。主持国家自然科学基金1 项、广东省自然科学基金3 项、广东省公益研究与能力建设项目1 项、广州市基础科学研究和广州市农村科技特派员项目各1 项，以第一或通信作者在Food Chemistry、LWT等国内外期刊上发表科研论文40多篇，其中被SCI、EI收录超20 篇。

第一作者：

陈丽璇 硕士研究生

华南农业大学食品学院

陈丽璇，华南农业大学食品学院，食品工程专业。主要研究方向为溶菌酶介导的淀粉糖基化与纤维化改性、坚果类食品油脂劣变机制与保鲜技术的研究。

引文格式：

陈丽璇, 李艳新, 叶倩君, 等. 溶菌酶介导的糖基化与纤维化改性对辛烯基琥珀酸酐淀粉的结构与性能影响[J]. 食品科学, 2026, 47(12): 83-91. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251216-133.

CHEN Lixuan, LI Yanxin, YE Qianjun, et al. Effects of lysozyme-mediated glycosylation and fibrillation modification on the structure and properties of octenyl succinic anhydride starch[J]. Food Science, 2026, 47(12): 83-91. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251216-133.

实习编辑：李帆；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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