《International Journal of Biological Macromolecules》：Acid-heat induced structural remodeling and gelation of egg yolk high-density lipoproteins: Insights into fibrillation pathways and rheological behavior
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本研究采用酸热处理诱导高密度脂蛋白（HDL）解组装并自组装为有序纤维状结构，形成具有可调微观组织和流变特性的水凝胶。通过原子力显微镜、荧光光谱和红外光谱分析发现，处理过程中HDL纤维高度从2.03 nm增至3.68 nm，长度达316.1 nm，β-折叠含量增加，通过疏水相互作用和氢键稳定。水凝胶储能模量显著提升至164.3 Pa，证实酸热处理能有效重组HDL为功能水凝胶，为蛋白质工程和材料设计提供新机制。
孟德坤|李健|庄瑞创|张华江|李汉宇|金雷|夏宁|徐琳娜|涂永刚|穆罕默德·加姆里|艾哈迈德·M·雷扬
中国黑龙江省哈尔滨市东北农业大学食品科学学院，邮编150030
摘要
蛋黄高密度脂蛋白（HDL）是一种蛋白质-脂质大分子复合物，其紧密堆积的结构限制了其结构适应性。在本研究中，采用酸热处理诱导HDL解体，并引导其重新组装成有序的纤维结构，最终形成具有可调微观结构和流变特性的水凝胶。利用原子力显微镜、荧光光谱和傅里叶变换红外光谱技术阐明了HDL在处理过程中的结构演变。结果表明，酸热处理首先导致HDL片段化，随后形成类似淀粉样蛋白的纤维，这些纤维在成熟过程中逐渐延长，高度从2.03纳米增加到3.68纳米，长度从76.3纳米增加到316.1纳米。这种层次化转变伴随着β-折叠片含量的增加以及通过疏水相互作用和氢键的稳定。这些分子变化伴随着凝胶粘弹性的显著增强，储能模量（G'）从0.2帕增加到了67.75弧度/秒时的164.3帕。总体而言，酸热处理有效地将HDL重新组装成了具有调控结构和机械性能的纤维水凝胶，为与大分子工程和功能性材料设计相关的蛋白质纤维化途径提供了机制上的见解。
引言
动植物蛋白是人类饮食中的主要蛋白质来源，它们的多肽序列、二级结构、三级结构及营养特性各不相同。蛋白质的构象决定了其功能特性，如溶解性、乳化性、凝胶化和发泡性[1]。与植物蛋白相比，动物蛋白具有更高的营养价值和感官特性，这归因于动物蛋白的氨基酸组成、消化率及其功能特性（如凝胶化、乳化、发泡），这些特性赋予食品更理想的质地和感官品质[2]。人类食物中的动物蛋白主要来源于肉类、海鲜、乳制品、鸡蛋和昆虫[3]、[4]、[5]、[6]。鸡蛋被视为高质量的蛋白质来源，尤其是蛋黄蛋白因其营养价值和潜在的功能性而受到越来越多的关注[7]、[8]。蛋黄中的蛋白质包括68%的低密度脂蛋白（LDL）、16%的高密度脂蛋白（HDL）、10%的卵黄蛋白和4%的高磷酸蛋白[4]。LDL占脂质的83-89%，其中26%是磷脂，74%是中性脂质，11-17%是蛋白质[3]。与LDL不同，HDL含有更高的蛋白质比例（75-80%）和较低的脂质含量，使其具有更强的乳化和凝胶化潜力[9]。然而，HDL中大量的磷酸钙桥接使得颗粒结构非常紧密，不易被酶降解，同时也有效防止了热变性和热凝胶化[3]。先前的研究尝试通过使用碱性pH值或高离子强度来破坏这些桥接以促进HDL的凝胶化[6]、[9]。然而，这类处理常常伴随着不良的风味和过度的化学修饰，限制了其在食品系统中的应用[10]。这些挑战凸显了需要寻找能够在不使用极端碱性或高离子环境的情况下有效调节HDL结构和功能的替代策略。蛋白质纤维化被认为是改善食品功能的一种有前景的方法[11]。与天然蛋白质相比，食品蛋白纤维具有生物相容性、无毒性，并能增强多种功能特性，如粘度、凝胶化、乳化、发泡以及抗氧化和抗菌活性[12]、[13]。目前，食品中的类似淀粉样蛋白的纤维蛋白主要在强酸性条件（通常pH=2.0）和相对较低的离子强度下通过热处理制备[14]。在这种条件下，蛋白质可以通过分子间相互作用（包括疏水相互作用、氢键和静电相互作用）自组装成长度为1-10微米、直径为1-10纳米的纤维，导致β-折叠片垂直于纤维轴方向富集，这种现象称为蛋白质淀粉样纤维化[15]。已经从多种动物蛋白（如乳清蛋白分离物、卵转铁蛋白、卵清白蛋白和蛋清溶菌酶）中生成了类似淀粉样蛋白的纤维[16]、[17]、[18]、[19]。然而，关于蛋黄HDL的研究仍然有限，HDL结构重塑、纤维形态和水凝胶形成之间的分子关系尚不清楚。此外，不同来源的蛋白质产生的纤维形状各异，这些形状会影响其功能特性：短而弯曲的纤维有助于提高发泡性和稳定性[20]，而长而刚性的纤维则能增强凝胶特性[21]；具有圆形截面的较粗纤维可能比细长的椭圆形纤维更耐断裂[22]。全面分析蛋白质纤维形态与功能特性之间的关系，可以通过调节纤维化条件来构建具有理想功能特性的纤维。目前，蛋黄HDL结构重塑、纤维形态和水凝胶形成之间的分子关系仍不明确。
在本研究中，我们首先评估了酸热处理诱导的HDL水凝胶的凝胶行为、微观结构和流变特性，以证明其粘弹性的提升。为了阐明其背后的机制，我们利用粒径分析、原子力显微镜、荧光光谱和傅里叶变换红外光谱技术表征了HDL在加热诱导纤维化过程中的层次结构转变。基于这些结果，我们提出了一个将纤维成熟与水凝胶形成联系起来的机制模型。这些发现为HDL纤维化提供了分子层面的见解，并为设计具有可调质地和输送特性的蛋白质基水凝胶奠定了基础。
材料与试剂
新鲜鸭蛋购自当地超市（哈尔滨，中国）。盐酸购自哈尔滨科学技术试剂有限公司（哈尔滨，中国）。硫黄素T购自阿拉丁有限公司（上海，中国）。使用的其他化合物均为分析级。
高密度脂蛋白（HDL）的提取
本研究中，蛋黄中的HDL是根据Yang等人的方法[23]进行提取的，但做了一些修改。首先将鸭蛋的蛋黄分离出来
酸热处理诱导的HDL水凝胶的相行为
图1A–B分别展示了HDL样品的外观和相图。随着加热时间的延长，不同浓度HDL溶液的颜色逐渐加深。当HDL浓度为2%或4%时，HDL样品仍处于溶液状态，未发生固化。当HDL浓度达到6%和8%时，在加热时间小于12小时的样品中均未观察到凝胶化现象。当HDL浓度达到6%和8%且
结论
本研究阐明了酸热处理诱导的HDL水凝胶的结构重塑和凝胶化机制，强调了纤维驱动的自组装在网络形成中的关键作用。加热诱导的HDL分子水解和展开产生了肽构建块，这些肽构建块逐渐延长并通过氢键、疏水相互作用和β-折叠片堆叠进一步聚集。这些层次化的结构转变促进了水凝胶的形成
写作过程中使用生成式AI和人工智能辅助技术的声明
在准备本论文的过程中，作者使用了AJE AI（Curie）和QuillBot工具来润色语言。使用该服务后，作者（李健和张华江）根据需要对内容进行了审查和编辑，并对出版物的内容负全责。
作者贡献声明
孟德坤：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，可视化，方法学研究，数据分析。
李健：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，可视化，方法学研究，数据分析，概念化。
庄瑞创：方法学研究，数据分析。
张华江：监督，资源协调，项目管理，资金获取，数据分析。
李汉宇：撰写 – 审稿与编辑，资源协调，资金支持
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢黑龙江省自然科学基金重点项目（ZD2023C003）的支持。
