利用大豆油体膜蛋白聚集体设计乳化体系：对链珠状结构、分子相互作用及界面行为的探讨

《Food Research International》：Designing emulsified systems with soybean oil body membrane protein aggregate: Insights into chain bead-like structure, molecular interactions and interfacial behavior

本研究通过热处理和pH调节构建大豆油体膜蛋白聚集物（SOMA），显著增强其乳化性能。光谱和分子动力学模拟表明，pH6.5热处理使oleosin（24kDa）结构解折叠，增强疏水性，形成链珠状结构，界面张力降至13.27mN/m，重组速率达67.42s?1。该成果为油体膜蛋白作为新型乳化剂的应用提供新思路。

　　

李晓宇|贾梦婷|伊克拉姆·阿卢克|张红|徐多霞|徐学兵

北京工业大学食品与健康学院老年营养与健康重点实验室，教育部，中国北京100048

摘要

大豆油体膜富含两亲性蛋白质，可用作食品乳化剂。但由于油体膜蛋白的强疏水性，它们容易形成聚集体。蛋白质内的疏水残基被掩盖，导致界面性能下降，进一步限制了其应用。本研究通过热处理和pH值修饰创新性地构建了大豆油体膜蛋白聚集体（SOMA），形成了链珠状结构，有效提升了其乳化性能。结果表明，24 kDa的油酸蛋白是主要成分。随着热处理时间的延长，大豆油体膜蛋白聚体的粒径增大，静电相互作用增强。光谱结果和分子动力学模拟证实，在pH 6.5时，热处理使油酸蛋白的T型结构展开，增加了其疏水性；而在pH 8.5时，由于静电排斥作用，蛋白质结构收缩。热处理后，β-折叠片层和分子间氢键含量分别超过35%和80%，促进了结构组装和链珠状聚集体的形成。与pH 8.5相比，pH 6.5下的SOMA具有更大的珠粒间距、更高的β-折叠片层含量和更好的灵活性。在两种pH条件下，经过2小时热处理的链珠状结构表现出最低的界面张力（13.27 mN/m和15.84 mN/m）和最高的重排速率（67.42 s?1和58.12 s?1），表明界面扩散主要由重排驱动。这些发现为利用大豆油体膜蛋白的独特结构特性开发新型食品乳化剂提供了新的思路。

引言

大豆是全球种植最广泛的油料作物之一，是高质量蛋白质的主要来源。大豆中的三酰甘油（TAG）储存在称为油体（OB）的细胞器中，油体由大部分内在蛋白质和少量磷脂（PL）组成的特殊膜包裹（Ishii等人，2017年）。油酸蛋白具有T型结构，是油体膜中最丰富的蛋白质，分子量在8至24 kDa之间（Jason等人，1993年）。油体膜蛋白能够稳定脂质滴，防止其聚集和絮凝，表明其作为新型乳化剂的潜在应用价值（Yang等人，2025年）。获取膜蛋白最方便的方法是使用溶剂从天然油体中脱脂和提取（Liao、Wang和Pei等人，2025年）。然而，根据我们之前的研究和类似研究，这些膜蛋白从油体中分离后，可以在纳米尺度（Li等人，2026年）甚至微米尺度（Plankensteiner等人，2024年）独立形成聚集体。这种自组装引起的结构变化掩盖了疏水基团，从而降低了膜蛋白的乳化性能（Niu等人，2024年），限制了油体膜蛋白在功能性成分输送、人工油体制备和其他食品乳化系统中的潜在应用。热处理会改变蛋白质结构，促进蛋白质吸附层中的分子间键合以及通过二硫键形成的疏水相互作用（Wang等人，2012年）。加热时，油体蛋白结构解折叠，α-螺旋结构减少，随机卷曲结构增加至约20%（Zheng等人，2024年）。经过热处理的蛋白质更快达到吸附平衡。这可能与长时间吸附过程中形成的聚集体吸附行为有关。热处理后表面活性的增加可能归因于蛋白质更灵活的构象（Croguennec等人，2007年）。当前研究表明，高温处理会促进油酸蛋白的展开、折叠和重新折叠，进一步影响分子灵活性（Di等人，2025年）。然而，热处理调节油酸蛋白界面特性的机制尚不清楚。此外，pH值调整也会影响蛋白质的界面活性。pH值偏移方法使蛋白质暴露在其等电点显著不同的环境中，使其获得明显的正电荷或负电荷（Xu等人，2016年）。较强的电荷排斥会增加多肽片段解离的趋势（Alrosan等人，2024年）。在中性pH条件下，未折叠分子会发生一定程度的重折叠，因为分子内电荷排斥显著减少（Jiang等人，2009年）。pH值显著影响油体界面蛋白质的结构和性质。先前的研究表明，在pH 6.5和8.5时，油体界面蛋白质的绝对电势、三级结构和疏水性存在显著差异（Chen等人，2025年）。这进一步影响了油体蛋白质的组装行为，导致形成具有不同界面特性的聚集体。这两种pH条件更接近食品系统中的实际pH环境。因此，在这两种pH条件下对油体膜蛋白质进行结构设计，以提高其界面活性，对于推动其在食品中的实际应用至关重要。研究表明，通过pH循环和热处理改变小麦面筋蛋白可提高其溶解度和界面特性（Jiang等人，2018年）。然而，关于油体膜中蛋白质聚合物的结构变化以及pH值调整和热处理引起的分子相互作用和界面特性的影响，相关报道较少。

我们假设通过在不同pH条件下对油体膜蛋白质进行不同时间的加热处理，可以获得具有不同界面特性和结构的油体膜蛋白质材料。因此，在本研究中，我们在pH 6.5和8.5条件下对大豆油体（SOB）膜蛋白质进行了不同时间的热处理，从而形成了大豆油体膜蛋白聚集体（SOMA）。首先，研究了不同pH条件和加热时间对SOMA的物理性质、表面疏水性和分子间相互作用的影响。然后分析了SOMA的结构变化及其在油水界面的吸附行为。这些结果将为油体膜蛋白质的结构设计提供新的见解，并提高其在油水界面的吸附稳定性，为未来将油体作为新型乳化剂的应用提供宝贵参考。

材料

所有试剂和溶剂均从商业渠道购买（Fisher Scientific、Sigma-Aldrich、ThermoFisher）。大豆来自中国黑龙江省佳木斯福福食品有限公司。乳清蛋白（WP，纯度>90%）来自中国源远生物科技有限公司。所有溶液均使用SMART-N（HealForce）生产的去离子水制备。

大豆油体（SOB）提取

将大豆与0.1 mmol/L的NaHCO?溶液按1:7的重量比混合，并在4°C下浸泡20小时。

油体膜中可溶性蛋白质的鉴定

采用尺寸排阻色谱法确定油体膜中可溶性蛋白质的分子量分布（图S2）。油体膜蛋白在约11分钟时出现一个最大的不对称洗脱峰，对应分子量约为24 kDa。这表明24 kDa的油酸蛋白是油体膜中的主要蛋白质。这一发现与当前关于油体中内源性蛋白质的研究结果一致，内源性蛋白质占66.7%

结论

本研究表明，在pH 6.5和8.5条件下对油体膜蛋白质进行热处理可形成SOMA，有效提升了其界面活性。24 kDa的油酸蛋白被确定为SOMA的主要成分。随着热处理时间的延长，SOMA的粒径增大，电荷分布重新排列，形成了动态的解离-重排过程。光谱结果和分子动力学模拟证实了这一点

CRediT作者贡献声明

李晓宇：撰写——原始稿件、软件使用、方法学设计、实验研究、数据分析。贾梦婷：撰写——原始稿件、软件使用、实验研究、数据分析。伊克拉姆·阿卢克：撰写——审稿与编辑、软件使用、方法学设计、数据分析。张红：数据可视化、结果验证、资源获取、概念构思。徐多霞：撰写——审稿与编辑、结果验证、项目监督、资源管理、资金申请

未引用参考文献

Chen等人，2025

Chen等人，2025

Li等人，2025

Li等人，2025

Liao等人，2025

Liao等人，2025

Liao等人，2025

Yang等人，2025

Yang等人，2025

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的研究工作。

致谢

本研究得到了北京市教育委员会研发计划（项目编号：23JF0005）和中国国家自然科学基金（项目编号：32072216）的支持。作者感谢中国Arawana慈善基金的财政支持。