pH响应性的构象变化调节了Coprinus comatus蛋白-多糖复合物的乳化性能

《Food Research International》：pH-responsive conformational variations regulate the emulsifying properties of Coprinus comatus protein-polysaccharide complex

牛肝菌蛋白多糖复合物（CCP）经超声辅助提取后，其pH依赖性结构-功能关系被揭示。CCP（42.49%蛋白，57.31%多糖）的纤维网络结构随pH从4.8增至12发生显著转变，表面电荷、疏水性及溶度性同步变化，导致乳化性能优化（粒径减小）与界面粘度上升。FTIR证实蛋白质和多糖特征峰强度降低，SEM显示结构从纤维网络演变为多孔层状结构。研究证实CCP可通过pH调控实现功能可调，为食品工业开发响应型乳化剂提供理论依据。

　　

林青薇|胡彦宇|陈旭|蔡希希|王少云

福州大学生物科学与工程学院、化学工程学院，中国福建省福州市350108。

摘要

从Coprinus comatus（CCP）中同时提取出一种新型的蛋白质-多糖复合物。这种天然存在的复合物（含42.49%的蛋白质和57.31%的多糖）具有特征性的珠状纤维网络结构。为了阐明CCP的结构-功能关系，研究了其构象和理化性质随pH值的变化。当pH值偏离等电点（pH 4.8）时，表面净电荷增加，CCP的微观结构从珠状纤维网络转变为球状附着片层网络，最终在pH值升至12时变为多孔层状结构。傅里叶变换红外光谱显示，在这些转变过程中，蛋白质和多糖的特征峰强度均有所下降。这些结构变化伴随着乳化性能的增强。在碱性条件下，CCP的表面疏水性和溶解度随pH值增加而提高，由此形成的乳液颗粒尺寸减小，而ζ电位的绝对值和表观粘度逐渐增加。这些发现为天然蛋白质-多糖复合物在食品工业中作为性能可调或响应型乳化剂的开发和应用提供了理论支持。

引言

近年来，蛋白质-多糖复合物因其在开发稳定乳化剂、营养输送系统和凝胶剂方面的巨大潜力而受到广泛关注。蛋白质和多糖在增强界面吸附功能方面的互补作用引起了极大的兴趣。大多数食品蛋白质由于具有两亲性而具有良好的乳化性能，但它们通常容易受到pH值和离子强度变化的影响。相比之下，多糖具有良好的环境稳定性，但由于缺乏疏水基团，其界面活性有限。此外，丰富的亲水基团使多糖能够有效结合水分子，因此被广泛用作食品稳定剂、增稠剂和凝胶剂。通过静电复合（Tian等人，2025年）和共价交联（Ijarotimi等人，2018年）结合蛋白质和多糖组分已被证明可以显著提高复合体的乳化性能。Tian等人（2025年）在酸性条件（pH 3.0–4.2）下使用Tremella fuciformis多糖（TPS）和扁豆蛋白（LPI）制备了复合物，由于静电相互作用，TPS-LPI复合物的乳化性能优于纯蛋白质。在天然植物中，蛋白质和多糖通常以复合形式存在，以协同发挥生物功能。然而，在食品工业中，蛋白质和多糖通常分别提取，然后通过引入特定相互作用来构建复合物。这种自下而上的方法存在效率低、成本高和生物大分子资源消耗大的问题。相比之下，从植物来源中同时提取蛋白质-多糖复合物并进行后续修饰是一种有前景的替代方案。这种方法符合工业规模食品加工的实际需求。Lin等人（2023年）从甜菜浆中提取了蛋白质-多糖复合物，这些复合物表现出优异的乳化性能，能够稳定高内相乳液（HIPEs），并具有细小的液滴，同时能承受高离子强度。

蛋白质和多糖之间的相互作用，特别是非共价相互作用（如氢键和静电相互作用），对pH值、温度和离子强度等环境条件非常敏感。调节pH值是调控这些相互作用以调整复合体功能特性的常用策略。例如，Huang等人（2025年）通过在不同pH值下进行超声处理制备了藻蓝蛋白-秋葵多糖复合物，发现pH 3.4时结合效果最强，主要依赖于静电相互作用。Zhao等人（2023年）报告称，大豆蛋白分离物-大豆可溶性多糖复合物在pH 2.0和4.0时保持稳定，形成的乳液液滴均匀且储存稳定性高。然而，在碱性条件下，静电排斥力增加导致复合物分解，引起乳液絮凝和聚集。这种pH响应行为被用于设计一种pH触发释放姜黄素的乳液系统。此外，Wang等人（2023年）表明pH值改变了分离的大豆蛋白（SPI）和大豆壳多糖（SHP）之间的相互作用，从而影响复合物的构象和界面吸附性能。在pH 3.0–4.0范围内，SPI和SPH之间的静电吸引力使SPI肽链展开。随后，暴露在油水界面的色氨酸和酪氨酸残基聚集，导致乳液颗粒尺寸增大。当pH值从5.0升至9.0时，更强的静电排斥力维持了这些残基的极性环境，促进了均匀分布的油滴形成。因此，可以通过pH驱动的相互作用和构象变化来调节蛋白质-多糖复合物的乳化性能。然而，关于同时提取的蛋白质-多糖复合物的pH响应机制的研究较少。

可食用真菌因其高蛋白质和多糖含量、鲜味以及多样的生物活性而被认为是生物大分子的新兴来源（Zhang等人，2024年）。真菌多糖因其免疫调节、抗氧化和抗肿瘤活性而受到广泛关注，但在多糖提取过程中，蛋白质组分常常被忽视和浪费。在可食用真菌中，Coprinus comatus（毛茸茸的墨汁菌）因其低成本、高蛋白质含量和独特的鸡肉状质地而备受推崇（Cao等人，2019年）。在本研究中，通过超声辅助碱提取和酸沉淀方法从Coprinus comatus（CCP）中同时提取了蛋白质-多糖。使用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）、氨基酸分析、圆二色性（CD）、热重分析（TGA）、导数热重分析（DTG）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对CCP的组成和结构进行了表征。在不同pH值下溶解CCP，并测定了其ζ电位、表面疏水性（H₀）、荧光光谱以及溶解性和乳化能力等功能性质。此外，还研究了在不同pH值下由CCP稳定的乳液的颗粒尺寸、ζ电位、微观形态、流变性质和宏观稳定性。最后，利用FTIR和SEM研究了CCP对pH变化的相互作用和微观结构的变化，从而阐明了其pH响应机制。

材料

干Coprinus comatus购自中国福建省 Gutian 的 Tianci 可食用真菌公司。QuickStart? 蛋白质测定试剂盒购自中国上海的 Bio-Rad Laboratories。玉米油购自 Yihai Kerry Arawana Holdings 公司。所有化学试剂均为分析级，购自中国北京的 Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd。

CCP 的制备

使用超声辅助碱提取和酸沉淀方法从Coprinus comatus中提取蛋白质-多糖复合物

CCP 的表征

同时提取的CCP中的蛋白质和多糖含量分别为42.49±0.01%和57.31±0.1%。对于蛋白质组分，使用SDS-PAGE对其亚基组成和分子量进行了表征，如图1A所示。蛋白质组分主要由三种分子量约为45 kDa、30 kDa和≤14.4 kDa的化合物组成。这些条带的颜色较淡且模糊，这与蛋白质-多糖复合物的特征一致

结论

成功从Coprinus comatus中同时提取出了CCP。CCP表现出典型的蛋白质-多糖复合物的FTIR光谱、XRD光谱和微观形态，其理化性质和乳化性能可以通过pH值进行调节。当pH值接近等电点时，CCP的表面电荷降低，蛋白质折叠并嵌入多糖网络中。相邻的CCP分子形成了连续的层状网络

CRediT 作者贡献声明

林青薇：撰写——初稿、验证、正式分析、数据管理、概念构建。胡彦宇：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、验证、监督、正式分析、概念构建。陈旭：实验研究。蔡希希：撰写——审稿与编辑、验证、资金获取。王少云：撰写——审稿与编辑、验证、资金获取。

未引用的参考文献

Liu等人，2020

Lu, Zhang, Zhao 和 Xu，2022

Ma等人，2025

Sun, Ding, Zhang, Lai 和 Chen，2023

Zhang等人，2025

Zhang等人，2019

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（编号：2024YFF1106501）、福建省海洋与渔业高质量发展专项基金（编号：FJHYF-L-2023-18）和宁波市科技项目（编号：2023Z122）的支持。