《Food and Chemical Toxicology》：Modification of structural and functional properties of camelina protein treated with ultrasound-assisted enzymatic hydrolysis
编辑推荐：
超声辅助酶解提高豌豆蛋白功能特性与抗氧化能力。通过超声预处理（360W，15min）结合酶解，显著提升溶解性、泡沫能力和乳化能力（分别提高22%、9%），同时降低分子量。结构分析显示随机 coil比例增加（37.81%），形成网络结构，促进稳定性。抗氧化增强源于低分子量肽释放
李婷|张春萍|叶建芬|王莉
江南大学食品科学与资源国家重点实验室，中国无锡市蠡湖路1800号，214122
摘要
本研究旨在通过超声波处理（360 W，15分钟）和随后的酶水解（0–120分钟）来改善菜籽蛋白（CP）的功能特性。超声波辅助酶处理（UAET）后，CP的溶解度持续提高。SDS-PAGE结果显示，UAET降低了蛋白质的分子量。处理后随机卷曲结构的比例显著增加（从27.16%增加到37.81%），表明其结构灵活性得到增强。形态分析表明，释放的肽通过相互作用形成了网络状结构，从而提高了界面膜的稳定性。因此，在120分钟的水解时间下，起泡能力和乳化能力分别提高了22%和9%，这与溶解度的提高和结构变化有关。处理后抗氧化能力的提升是由于释放出了能够与自由基相互作用的低分子量肽。
引言
菜籽（Camelina sativa (L.) Crantz.）是一种十字花科油料作物，原产于东南欧和西南亚。菜籽已被引入许多国家，包括澳大利亚、美国和加拿大（Sydor等人，2022年）。近年来，由于其环境效益以及在食品和能源行业的潜在用途，菜籽受到了广泛关注。提取油脂后，菜籽副产品通常含有高达40%–45%的粗蛋白，这使其成为生产蛋白质的良好来源。由于菜籽蛋白（CP）与大豆蛋白具有相似的氨基酸组成，CP被视为在某些应用中替代大豆蛋白的有希望的选择。然而，先前的研究发现，CP的应用受到其较弱功能特性的限制（Boyle等人，2018年）。在早期的研究中，张等人对CP进行了超声波预处理以改善其功能（Zhang, Wang等人，2025年）。虽然超声波预处理后溶解度和功能有所改善，但还不足以显著提升蛋白质的生物特性。研究表明，酶水解是一种重要的技术，可以修改蛋白质并改善其功能特性和生物活性（Fadimu等人，2022年；Pang等人，2024年）。此外，还有报道指出超声波预处理可以增强蛋白质的酶解效率（Pacheco等人，2023年）。基于这些前期研究，我们假设超声波辅助酶水解是一种生产具有功能和生物活性的肽的有前景的技术。
超声波预处理是一种有效的技术，可以改善蛋白质的功能特性并修改其结构特征（Zhu等人，2026年）。Mahmood等人观察到超声波处理后蛋白质的表面疏水性增强且结构碎片化，从而提高了溶解度和加工性能（Mahmood等人，2026年）。其他研究者发现，超声波处理降低了蛋白质颗粒的大小和分子灵活性，同时增加了α-螺旋和β-折叠结构（López-Mártir等人，2024年）。Yolandani等人发现，超声波处理通过改变大豆蛋白分离物的结构，在控制水解过程中提高了肽的产量（Yolandani Ma等人，2024年）。Sentís-Moré等人发现，使用碱性蛋白酶和Protamex酶水解的菜籽蛋白水解物（CPH）表现出独特的技术特性（Sentís-Moré等人，2023年）。在各种蛋白酶中，碱性蛋白酶因其能够产生具有广泛生物活性的肽而被广泛使用。Fadimu等人观察到，经过碱性蛋白酶预处理的花生蛋白水解物具有较高的抗氧化活性（Fadimu等人，2022年）。然而，以往研究中很少探讨超声波预处理和酶水解对CP结构和功能特性的影响。因此，我们假设超声波辅助酶处理（UAET）可以通过改变蛋白质的灵活性、结构、颗粒大小等有效改善蛋白质的功能性和生物特性。为了验证这一假设，本研究旨在探讨UAET对CP结构和功能特性的影响。此外，通过十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）、圆二色性（CD）和内在荧光光谱来表征结构变化。利用原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）观察了蛋白质的形态。此外，还研究了其起泡能力、乳化能力和抗氧化活性。本研究的结果将为菜籽蛋白水解物的潜在应用提供新的见解。
材料
菜籽种子由河南天然产物生物技术有限公司提供。碱性蛋白酶（2.4 L，2.4 AU/g）购自诺维信中国有限公司（北京）。marker、Mini-PROTEAN TGX凝胶和Laemmli缓冲液购自Bio-rad实验室公司（美国赫拉克勒斯）。总抗氧化能力（T-AOC）测定试剂盒、比色蛋白测定试剂盒和考马斯亮蓝快速染色溶液购自Beyotime生物技术有限公司。
溶解度
溶解度是影响蛋白质功能特性和潜在应用的重要性质。溶解度是一个复杂的函数，取决于分子量分布、分子相互作用以及微观结构（Perovi?等人，2022年）。根据我们之前的优化结果，选择了360 W、15分钟的超声波预处理作为后续酶处理的条件（Zhang, Wang等人，2025年）。如图1所示，CP的溶解度有所提高。
结论
总之，与单独的超声波预处理相比，联合超声波辅助碱性蛋白酶处理使CP的溶解度、功能特性和抗氧化活性得到改善。研究发现，超声波辅助酶处理后肽的组成和结构特征发生了显著变化。特别是，功能特性的提升归因于低分子量肽的释放、结构灵活性的增加以及蛋白质排列方式的改变。
作者贡献声明
李婷：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，资金获取，正式分析，概念构思。张春萍：方法学设计，实验研究，正式分析，数据管理。叶建芬：撰写 – 审稿与编辑，验证，实验研究。王莉：撰写 – 审稿与编辑，监督，资源协调，项目管理。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了江苏省基础研究计划（BK20241612）、江南大学食品科学与资源国家重点实验室研究计划（SKLF-ZZA-202504）、无锡市科技发展基金项目（K20231028）以及中央高校基本科研业务费（JUSRP124006）的支持。
