大气中的冷等离子体能够调节藜麦蛋白的构象，并控制其挥发性成分的释放行为

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Atmospheric cold plasma modulates quinoa protein conformation and governs volatile release behavior

大气冷等离子体处理通过侧链氧化调控藜麦蛋白结构重组，在30-90秒区间提升溶解性、乳化性能和水持留能力，120秒以上出现功能下降，同时改变挥发性成分释放行为。

　　

Jiangnan Chu|Qi Liu|Zhuochao Pan|Zhichao Xu|Zhixin Ma|Zhengwei Wu

中国科学技术大学先进技术研究院，合肥230022

摘要

大气冷等离子体（ACP）是一种有前景的非热处理技术，可用于改性植物蛋白；然而，其对蛋白功能性和挥发性物质释放行为的影响仍不完全清楚。本研究评估了ACP处理对藜麦蛋白（QP）的结构组织、聚集行为、功能特性及挥发性响应的影响，处理时间不同。ACP未引起可检测的多肽主链降解，但促进了侧链氧化，导致结构重排。光谱分析表明，QP以β-折叠结构为主，但其二级结构分布、氢键模式和疏水微环境发生了变化。ACP首先导致蛋白质解聚，随后重新聚集，这一过程主要受非共价相互作用重新分布的控制。这些结构变化伴随着蛋白功能的提升：中等处理时间（30–90秒）改善了溶解度、乳化性能和持水能力，而长时间处理（≥120秒）则导致部分功能下降，这与重新聚集有关。ACP引起的风味变化主要与挥发性物质释放行为的结构调控有关，尽管氧化反应也对某些挥发性化合物的变化有所贡献。这些发现表明，ACP能够实现QP的结构可控演变，为改善植物蛋白的功能性和风味相关特性提供了一种可行的非热处理策略。

引言

藜麦是一种营养价值高且环境适应性强的伪谷物。藜麦种子通常含有12–23%的蛋白质，主要由11S球蛋白（chenopodin）和2S白蛋白（Vilcacundo & Hernández-Ledesma, 2017）组成。藜麦蛋白（QP）具有均衡的必需氨基酸组成，其中赖氨酸、含硫氨基酸和芳香氨基酸的含量特别高，与FAO/WHO推荐标准非常接近（Dabbour et al., 2019）。此外，QP天然不含麸质，适合麸质不耐受或对牛奶蛋白过敏的人群，并可用于功能性食品、植物基产品及特殊医疗用途食品（Hosseini et al., 2025）。

尽管具有这些营养优势，QP的实际应用仍受其内在结构和质量限制（Nasrabadi et al., 2021）。藜麦的主要储存蛋白采用由二硫键和疏水相互作用稳定的紧凑构象，在中性条件下溶解度较低。此外，在加工和储存过程中，QP容易发生脂质氧化和氨基酸降解，产生多种挥发性化合物，导致风味不稳定（Cao et al., 2021; Peng et al., 2024）。

为提高QP的加工适应性和功能性能，人们探索了多种改性方法，包括热处理、酶水解、化学修饰、超声处理和高压处理（Cao et al., 2021; Galante et al., 2020; Li et al., 2024; Oliveira et al., 2024）。虽然这些方法可以通过改变蛋白质构象或聚集行为来增强功能特性，但许多方法依赖高温、极端pH值或外源性化学试剂，这些条件往往会导致过度结构损伤、营养损失或风味劣化（Huang et al., 2022）。此外，一些物理改性技术的可控性有限，加工要求复杂，难以在改善功能性和风味质量的同时保持结构完整性。

大气冷等离子体（ACP）是一种用于可控改性植物蛋白的非热处理技术（Pankaj & Keener, 2017; Sharafodin & Soltanizadeh, 2022）。在常压下，ACP产生含有活性氧和氮物种、自由基、离子及高能电子的离子化气体。这些活性物质优先与蛋白质表面的氨基酸侧链相互作用，引发可控的氧化修饰和构象重排（Abarghoei et al., 2023）。与传统热处理相比，ACP能在室温下调节蛋白质的高阶结构，促进二级结构重塑，暴露疏水基团，并驱动聚集状态的变化，同时避免明显的主链断裂或不可逆变性（Wang, Miao, & Sun, 2024）。这种可控性使得蛋白质的结构-功能关系得以调控。

近年来，ACP已被应用于多种蛋白质系统，包括大豆、豌豆、乳清和葵花籽蛋白，显示出在提高溶解度、乳化能力及其他功能特性方面的巨大潜力（Sharafodin & Soltanizadeh, 2022; Wang, Miao, & Sun, 2024）。然而，尽管QP具有营养价值，但在ACP处理下的结构重塑和质量响应方面仍研究不足。现有研究主要集中在结构变化和功能增强上，而对等离子体处理过程中风味相关行为的研究较少（Peng et al., 2024）。值得注意的是，蛋白质并非风味化合物的惰性载体；其构象状态、聚集行为和表面化学性质会显著影响挥发性分子的吸附、结合和释放，从而调节香气的表观丰度和感官感知（Sharma et al., 2025; Zhao et al., 2018）。了解ACP引起的结构变化如何影响蛋白质-挥发性物质的相互作用对于阐明植物蛋白系统中的风味响应至关重要。

鉴于此，将ACP引起的结构变化与QP的功能和挥发性响应联系起来的系统证据仍有限。本研究通过ACP处理QP，探讨了结构-功能-风味之间的关系。通过测量巯基和羰基含量、二级结构光谱分析及显微观察来表征氧化修饰和构象重排，并将其与功能特性（如溶解度、乳化性能和持水能力）相关联。同时，使用GC–MS分析挥发性指纹图谱，探讨等离子体引起的结构变化如何调节香气的吸附、保留和释放（Nasiru et al., 2022; Peng et al., 2024）。本研究观察到的风味变化主要归因于结构对挥发性物质释放和保留的影响，尽管氧化反应也可能对某些挥发性化合物的变化有所贡献。这些发现支持ACP在调节QP质量和风味方面的应用。

材料

藜麦种子（白藜麦，Chenopodium quinoa Willd.）购自中国青海省海西州乌兰县的青海摩格生物科技有限公司，种植海拔为3100–3300米。十二烷基硫酸钠（SDS）购自中国国家医药集团有限公司。乙二胺四乙酸（EDTA）、8-氨基-1-萘磺酸（ANS）、甘氨酸（Gly）、三（羟甲基）氨基甲烷（Tris）、2,4-二硝基苯肼（DNPH）、胍

ACP引起的氧化修饰

通过测量巯基和羰基含量来研究ACP引起的氧化修饰。巯基是蛋白质中最易氧化的功能基团之一，与二硫键的形成和重排相关；羰基含量反映了蛋白质的氧化修饰（Hellwig, 2020）。如图2所示，QP中的游离巯基含量随ACP处理时间的增加而逐渐减少，而羰基含量则表现出

结论

大气冷等离子体（ACP）调节了藜麦蛋白（QP）的结构状态，未破坏其主链完整性，表明其作为一种非热改性方法的潜力。等离子体处理促进了侧链氧化，表现为游离巯基减少和羰基含量的阶段性变化，未检测到主链断裂。在整个处理过程中，以β-折叠结构为主的结构得以保留，同时α-螺旋和β-转角的结构发生了重新分布

作者贡献声明

Jiangnan Chu：撰写初稿。Qi Liu：数据整理。Zhuochao Pan：正式分析。Zhichao Xu：软件操作。Zhixin Ma：监督。Zhengwei Wu：撰写及审稿。

利益冲突声明

作者声明本手稿不存在利益冲突。所有作者均同意提交，并确认所描述的工作是原创的，未曾发表过，也未在其他地方接受发表。