《LWT》：Effects and mechanisms of plastein reaction on the structure and techno-functional properties of sheep plasma protein
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为提升绵羊血浆蛋白(SPP)的食品工业应用潜力，研究人员通过酶解和质构重组反应对其进行了改性。研究表明，相比于单一酶解，质构重组反应产物(SPHP)在形成粒径分布更均匀颗粒的同时，能更有效地提升其吸油能力、泡沫稳定性和乳化活性，并显著增强DPPH•和ABTS•+清除率及Fe2+还原能力。该研究为血浆蛋白的高值化利用提供了新思路。
在畜牧业生产中，羊血是羊肉加工的主要副产物之一。它富含血浆蛋白等营养成分，具有巨大的开发潜力。然而，目前羊血的利用率极低，主要用于生产动物饲料或直接被废弃，这不仅造成了极大的资源浪费，也带来了环境污染问题。如何将这些“放错位置的资源”变废为宝，是食品与农产品加工领域面临的挑战之一。绵羊血浆蛋白(Sheep Plasma Protein, SPP)是羊血中的主要蛋白质成分，但直接应用时存在气味重、潜在致敏性、加工特性（如乳化、发泡性）不佳、生物活性不足等问题，限制了其在食品体系中的高值化利用。为了破解这一难题，研究人员将目光投向了蛋白质修饰技术。
传统的蛋白质物理、化学或酶法修饰各有局限，要么效果不稳定，要么可能引入外源物质带来食品安全担忧。那么，有没有一种方法，既能有效改善蛋白质的功能，又安全可控呢？一项名为“质构重组反应(Plastein Reaction)”的技术进入了研究者的视野。这是一种在酶催化下，通过肽键缩合与物理聚集来重构肽段结构的方法，其最大优势在于不引入外源化合物，就能显著提升蛋白质及其衍生物的加工特性、营养品质和生物活性。已有研究将其应用于鱼蛋白、胶原肽等，效果显著。那么，这项“神奇”的技术，能否点石成金，改善绵羊血浆蛋白的“短板”，赋予其新的生命力呢？
为了回答这个问题，宁夏大学的研究团队开展了一项系统的研究。他们首先通过酶解制备绵羊血浆蛋白酶解物(Sheep Plasma Protein Hydrolysate, SPH)，再以其为底物，在胰蛋白酶和色氨酸存在下进行质构重组反应，得到质构重组反应产物(Plastein Reaction Product of SPH, SPHP)。研究系统比较了SPP、SPH和SPHP在结构、加工功能特性和抗氧化活性上的差异，并深入探究了SPHP在不同食品加工条件（温度、pH、金属离子、食品配料、防腐剂）下的氧化稳定性，旨在为绵羊血浆蛋白的高效利用提供理论依据和技术支撑。相关研究成果发表在食品科学领域的国际期刊《LWT》上。
为了开展这项研究，作者主要应用了以下几项关键技术方法：首先，通过动态光散射分析颗粒大小与Zeta电位，通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和圆二色光谱(CD)系统表征蛋白质的晶体结构、化学键振动及二级结构变化。其次，通过测定吸油能力、发泡特性（发泡能力与泡沫稳定性）和乳化特性（乳化活性指数、乳化稳定性与乳化稳定性指数）来评估样品的加工功能特性。最后，通过测定DPPH自由基、ABTS阳离子自由基清除能力及Fe2+还原能力来评价其体外抗氧化活性，并系统考察了温度、pH、CuCl2、NaCl、柠檬酸、山梨酸钾和苯甲酸钠等常见加工条件对SPH和SPHP抗氧化稳定性的影响。所有实验均进行三次重复，数据通过方差分析和邓肯多重比较进行统计学处理。
3.1. 酶解和质构重组反应修饰对SPP结构特征的影响
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3.1.1. 粒径：酶解和质构重组反应均能显著降低SPP的粒径，并改善其分布均匀性。其中，SPHP的粒径大于SPH，但多分散指数(PDI)更低，表明质构重组反应促进了更均匀大颗粒聚集体的形成。
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3.1.2. Zeta电位：三种样品均带负电荷。酶解和质构重组反应使蛋白质分子展开，暴露隐藏的电荷基团，导致SPH和SPHP的Zeta电位绝对值显著增加。但SPHP的绝对值低于SPH，可能是由于缩合反应消耗了部分末端电荷基团，且疏水相互作用屏蔽了表面电荷。
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3.1.3. XRD分析：SPP在18.9°处有一个高强度的特征吸收峰，表明其具有一定的分子有序性。酶解和质构重组反应后，该处峰强度降低，表明修饰破坏了SPP的天然结构组织，使其结晶度降低，向更无定形的状态转变。
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3.1.4. FTIR分析：FTIR光谱显示，修饰改变了SPP的氢键网络和化学键振动。特别是，在1700-1500 cm-1的酰胺I带和酰胺II带区域，SPH和SPHP的吸收峰发生展宽和位移，反映了肽链主链构象和C=O键暴露程度的变化。SPHP在559 cm-1附近的S-S键振动峰强度更低，表明质构重组反应导致了更彻底的二硫键断裂与重排。
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3.1.5. CD分析：CD分析定量揭示了二级结构的变化。与SPP相比，SPH和SPHP的α-螺旋、β-转角和无规卷曲含量降低，而β-折叠含量增加，且SPHP的β-折叠含量显著高于SPH。这表明质构重组反应通过增强分子间氢键相互作用，促进了肽分子的交联与重排，形成了更稳定的β-折叠结构。
3.2. 酶解和质构重组反应修饰对SPP加工特性的影响
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3.2.1. 吸油能力：在10-70°C范围内，吸油能力顺序为SPHP > SPH > SPP。质构重组反应通过促进界面活性更高的聚集体的形成，以及与油分子更紧密的结合，显著增强了SPHP的吸油和持油能力。
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3.2.2. 发泡能力与泡沫稳定性：酶解和质构重组反应降低了样品的发泡能力，这与其无规卷曲含量降低、界面扩散速率可能下降有关。然而，两者却显著增强了泡沫稳定性，尤其在pH 5-11的范围内。SPHP的泡沫稳定性在不同pH下波动更小，表现出更优的pH适应性，这得益于质构重组反应增强的氢键相互作用。
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3.2.3. 乳化性与乳化稳定性：在pH 3-11范围内，SPHP的乳化活性指数、乳化稳定性和乳化稳定性指数在多数pH条件下均显著高于SPH和SPP。特别是在pH 5（近等电点）时，SPHP仍保持相对较高的乳化活性。结合结构分析，质构重组反应通过增强SPHP的分子间疏水相互作用，改善了其界面膜行为，从而提升了乳化性能。
3.3. 酶解和质构重组反应修饰对SPP抗氧化活性的影响
酶解和质构重组反应均能显著提升SPP的抗氧化活性，且后者效果更优。具体而言，SPHP的DPPH自由基清除率、ABTS阳离子自由基清除率和Fe2+还原能力分别达到SPP的1.73倍、1.59倍和2.75倍。这主要归因于质构重组反应引起的构象变化（如α-螺旋含量降低）促进了内部活性位点的暴露，使其更容易与自由基接触。
3.4. 食品加工过程中SPH和SPHP的氧化稳定性分析
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3.4.1. 不同温度下的氧化稳定性：在10-90°C范围内，SPH和SPHP的抗氧化指标均呈先升后降趋势，在50°C时达到最佳。SPHP在30-90°C的抗氧化活性均显著高于SPH，表明其更稳定的空间结构能更好地保护活性基团免受温度破坏。
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3.4.2. 不同pH下的氧化稳定性：在pH 3-7范围内，氧化稳定性随pH升高而增加；pH>7后则下降。中性条件最有利于活性基团暴露。SPHP在pH 3-9范围内表现出比SPH显著更高的抗氧化能力，显示出更优的酸碱环境适应性。
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3.4.3. 不同金属离子添加量下的氧化稳定性：CuCl2的添加会抑制SPH和SPHP的DPPH和ABTS自由基清除能力，但低浓度(150 μg/mL)下可轻微增强其Fe2+还原能力。SPHP在150-250 μg/mL CuCl2浓度下的氧化稳定性显著高于SPH，表明其结构对Cu2+的破坏作用抵抗力更强。
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3.4.4. 不同食品配料添加量下的氧化稳定性：NaCl浓度在2%-6%时能增强SPHP的抗氧化活性，但过高浓度(10%)可能引起分子聚集，反而不利。柠檬酸的添加则会显著降低SPHP的ABTS自由基清除能力和Fe2+还原能力。在相同添加量下，SPHP的氧化稳定性始终优于SPH。
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3.4.5. 不同食品防腐剂添加量下的氧化稳定性：在国家标准允许的浓度范围内，山梨酸钾和苯甲酸钠的添加对SPH和SPHP的抗氧化活性无显著影响。SPHP同样表现出比SPH更优的氧化稳定性。
本研究通过系统比较酶解和质构重组反应对绵羊血浆蛋白的修饰效果，得出以下核心结论：质构重组反应是一种比单一酶解更为高效的蛋白质改性策略。它通过重塑蛋白质的分子构象（如降低α-螺旋、增加β-折叠、形成均匀聚集体、改变表面电荷与疏水性），从本质上提升了蛋白质的功能属性。
在应用层面，质构重组反应产物SPHP展现出卓越的综合性能：其吸油能力和乳化稳定性显著提升，并在宽pH范围内（3-11）保持了良好的泡沫稳定性和乳化活性，这使其有潜力作为高性能的食品乳化剂或发泡剂应用于复杂食品体系。更重要的是，SPHP的抗氧化活性得到了大幅增强，DPPH和ABTS自由基清除率及Fe2+还原能力分别提升了19.1%、31.4%和175%，这为其开发成天然的食品抗氧化剂或功能性配料奠定了基础。研究还锁定了SPHP发挥最佳氧化稳定性的工艺窗口（如50°C、中性pH、适量NaCl），并明确了柠檬酸和Cu2+是其抗氧化活性的主要抑制因素，而常用防腐剂则影响甚微，这为其实际应用中的配方与工艺控制提供了关键指导。
这项研究的重要意义在于，它不仅仅证实了质构重组反应在改善动物副产物蛋白功能方面的有效性，更深入揭示了“结构-功能”之间的内在联系，为血浆蛋白这一低利用率资源的高值化利用开辟了一条具有潜力的技术路径。未来，通过构建更高效的质构重组反应体系，并开展在特定食品基质中的应用验证与安全性评估，该技术有望推动功能性乳浊液、低热量脂肪替代品等新型功能性食品的快速发展，实现资源增值与绿色加工的双重目标。
