蛋白质氧化对碱性诱导的蛋清凝胶形成的影响及其机制

《Food Control》：Effect and mechanism of protein oxidation on alkaline-induced egg white gel formation

蛋白氧化通过改变鸭蛋清蛋白的二级/三级结构、表面疏水性及颗粒尺寸影响碱诱导凝胶特性，适度氧化（5mmol/L H2O2）增强凝胶硬度（+50.79%）和水结合能力（+3.11%），而过度氧化（20mmol/L H2O2）导致大颗粒聚集破坏凝胶网络。研究揭示了氧化修饰与蛋白-蛋白相互作用、静电排斥及二硫键形成的关联机制。

　　

王佳梅|吴娜|姚瑶|陈淑萍|徐莉兰|杜华英|赵艳|涂永刚

江西省农产品与功能性食品重点实验室，江西农业大学，南昌，330045，中国

摘要

本研究探讨了蛋白质氧化对碱诱导的蛋清凝胶形成的影响。采用芬顿氧化系统评估了鸭蛋清蛋白对羟基自由基的敏感性。氧化后，通过加入2%的NaOH来诱导凝胶的形成。系统地评估了氧化程度和所得凝胶的性质，并通过分析结构变化和聚集行为阐明了蛋白质氧化影响凝胶形成的机制。结果表明，中等程度的氧化（5 mmol/L H₂O₂）促进了蛋白质的展开，增加了表面疏水性，并提高了颗粒大小以及静电排斥力。这些变化有助于形成致密、均匀的凝胶网络。相反，过度的氧化（20 mmol/L H₂O₂）破坏了非共价相互作用，导致蛋白质广泛交联并聚集成不溶的大颗粒，从而破坏了三维凝胶网络并降低了其持水能力。研究结果明确了蛋白质氧化影响碱处理蛋清凝胶特性的机制，为优化禽蛋产品的加工提供了理论基础。

引言

蛋清（EW）是禽蛋的主要成分，约占新鲜鸭蛋重量的57%，其蛋白质含量约为11%（基于蛋清的质量计算）。蛋清蛋白（EWP）作为一种高质量的蛋白质来源，因其优异的凝胶化和起泡性能而在食品工业中得到广泛应用（Xue et al., 2021a）。

蛋白质凝胶化是指蛋白质在物理或化学因素的作用下从溶液状态转变为凝胶状态的过程（Yang et al., 2025），涉及蛋白质变性、聚集以及三维凝胶网络的形成（Tan et al., 2022）。碱诱导的蛋白质凝胶形成过程中，蛋白质在碱性条件下发生不同程度的变性和展开，从而形成蛋白质-蛋白质和蛋白质-溶剂相互作用，促进展开的分子链相互连接和聚集形成更大的分子凝胶体（Zhao et al., 2020）。内部因素如静电相互作用、氢键和二硫键，以及外部因素如碱浓度、蛋白质浓度、pH值、金属离子和温度，都密切影响其凝胶性质（Jin et al., 2021; Jin et al., 2022; Liu et al., 2022; Tang et al., 2022）。例如，碱诱导的蛋清凝胶硬度随着NaOH浓度的增加而先增加后减少（Zhao et al., 2014）。低浓度的金属离子有助于形成稳定的微观结构并改善凝胶的质地；然而，高浓度的金属离子会增强EWP分子间的静电排斥力，阻碍EWP的聚集，从而降低凝胶的硬度（Tan et al., 2024）。

蛋白质氧化是一种在活性物质（如羟基自由基（HO?）的直接或间接诱导下发生的共价修饰反应。食品中的氧化反应可由辐照（Soladoye et al., 2015）、光氧化（Schiano et al., 2019; Semagoto et al., 2014）、酶促反应（Lund et al., 2010）催化，也可通过体外诱导产生。适度的蛋白质氧化可以通过形成更灵活的结构、释放更多的疏水基团和切割位点来增强蛋清的界面性能、流变性和起泡性能（Zhang et al., 2023c）。氧化程度受系统组成和加工储存条件的影响，最终效果取决于氧化修饰的程度、位置和类型，以及抗氧化剂/氧化平衡等因素（Bekhit et al., 2013; Wang et al., 2025）。

现有研究将碱诱导的蛋清凝胶的形成和变化归因于蛋白质结构的变化；然而，尚不清楚碱诱导的蛋清凝胶变化是否与蛋白质氧化有关。因此，在本研究中，使用芬顿系统制备了不同氧化程度的蛋清凝胶，并分析了氧化指标（羰基、巯基、二酪氨酸）和凝胶性质（质地、持水能力（WHC）。从分子结构（二级/三级结构、表面疏水性）和聚集行为（颗粒大小、电位、微观形态）层面揭示了蛋白质氧化对碱诱导蛋清凝胶的影响机制，为禽蛋加工中的氧化控制提供了理论基础。

材料与试剂

新鲜鸭蛋由江西农业大学动物科学技术学院提供。过氧化氢（H₂O₂，30%）、三氯化铁（FeCl₃）、抗坏血酸（V_C）和2-硝基苯甲酸（DTNB）由美克林生化科技有限公司（上海，中国）提供。磷酸盐缓冲盐水（PBS，pH 7.2-7.4）、2,4-二硝基苯肼（DNPH）、三氯乙酸、乙酸乙酯、BCA蛋白定量试剂盒、乙二胺四乙酸（EDTA）等试剂也由该公司提供。

羰基含量分析

羰基含量的增加是蛋白质氧化的关键指标之一。赖氨酸、精氨酸、苏氨酸、组氨酸和脯氨酸等氨基酸残基容易被氧化形成羰基化合物；因此，羰基含量常被用作评估蛋白质氧化程度的指标（Chen et al., 2024; Fu et al., 2020）。

如图1所示，对照组蛋清凝胶的羰基含量为1.68±0.07 nmol/mg。随着H₂O₂处理浓度的增加...

蛋白质氧化对碱诱导的蛋清凝胶形成的影响机制

蛋白质氧化对碱诱导的蛋清凝胶形成的影响非常复杂。蛋白质氧化导致EWP中的氨基酸侧链发生氧化修饰，表现为羰基（图1）和二酪氨酸含量的增加（图3），而游离巯基被氧化形成分子间二硫键（图2）。SDS-PAGE分析（图8）进一步证实了EWP的氧化降解，表现为条带强度的降低...

结论

本研究系统地研究了蛋白质氧化对碱诱导蛋清凝胶特性的影响和机制。研究结果表明，蛋白质氧化显著改变了凝胶的质地和持水能力（WHC），且这种影响具有浓度依赖性。经过5 mmol/L H₂O₂处理后，凝胶硬度和咀嚼性分别增加了50.79%和71.10%，而持水能力从92.22%提高到95.33%。中等程度的氧化促进了蛋清蛋白质的展开...

作者贡献声明

涂永刚：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取。赵艳：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取。吴娜：撰写 – 审稿与编辑。王佳梅：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写。杜华英：撰写 – 审稿与编辑。徐莉兰：撰写 – 审稿与编辑。陈淑萍：撰写 – 审稿与编辑。姚瑶：撰写 – 审稿与编辑

未引用的参考文献

Quan and Benjakul, 2018; Utrera and Estévez, 2013.

利益声明

作者声明不存在利益冲突。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们衷心感谢国家自然科学基金（资助编号：32472395）和江西省重点研发项目（20232BBF60025）的支持。