高场强超声波调控蛋白相互作用提高蛋清起泡性的机制研究

Protein interaction can lead to aggregation behavior of protein, which affects the properties of protein. The deep understanding of the protein interaction during aggregation is helpful to exactly control aggregation behavior of protein by changing processing condition and obtain high quality product. Based on our previous research indicating that high field intensity ultrasound (HFIU) could promote the foaming activity of egg white (EW), the present project aims to investigate the effect of HFIU on the aggregation behavior of EW and the internal relations between this behavior and foaming properties with SEC-MALLS, SAXS, AFM and modern instrumental analysis; and to explore the species and quantity of proteins involved in aggregation with Co-IP, Proteomics and Western blot, so as to uncover the mechanism by which HFIU regulates protein interaction to improve the foaming properties of EW. These studies will supply theoretical basis for EW protein aggregation during food processing and provide scientific basis for the application of HFIU in egg processing.

蛋白质会通过分子间相互作用发生聚集行为，从而影响蛋白质的功能性质。对蛋白质聚集过程中分子间相互作用的深入了解，有助于通过改变加工条件精确控制蛋白质的聚集行为，获得更具针对性的高品质产品。本项目基于申请人前期研究发现高场强超声波能够显著提高蛋清蛋白起泡力的事实，以高场强超声波作用的蛋清蛋白为研究对象，通过多角激光光散射仪联用尺寸排阻色谱、小角X射线散射、原子力显微镜等现代仪器分析技术研究高场强超声波下蛋清蛋白聚集行为的变化规律以及和起泡性变化的内在联系；采用免疫共沉淀、蛋白质组学、蛋白质免疫印迹等分子生物学技术探明聚集行为中相互作用变化的蛋白质种类和数量，明确关键蛋白质在蛋白相互作用中的变化规律，据此阐明高场强超声波调控蛋白相互作用提高蛋清起泡性的分子机制。通过本项目实施有望为食品加工过程中蛋白聚集行为提供一定的理论基础，并为高场强超声波技术在蛋品加工中的应用提供科学依据。

蛋清由于具有良好的起泡性被广泛应用在食品加工业中，如何针对性地控制蛋清的起泡能力以及探明蛋清起泡和泡沫稳定的微观机理对于改良蛋清泡沫性能至关重要。本项目研究了高场强超声技术对于蛋清宏观泡沫特性的影响并探明了超声过程中蛋清蛋白分子结构和聚集行为之间的内在关联。同时，进一步通过定量蛋白质组学技术对影响蛋清泡沫特性的关键蛋白进行了鉴定，为加深理解蛋清泡沫特性奠定了良好的理论基础。研究结果表明，高场强超声技术通过降低蛋清液的表面张力和黏度显著提高了蛋清的起泡性，但并未显著改善泡沫稳定性。其次，超声处理的蛋清蛋白的表面疏水性被显著提高，这为蛋清蛋白在气-液界面上的吸附提供了有利条件。蛋清蛋白的紫外和红外吸收结果表明，超声处理使得部分蛋白结构更加舒展，但同时也伴随着一部分聚集体的再次形成。对聚集体的进一步研究表明，蛋清蛋白表面净电荷的显著减少是影响聚集行为的主要原因，浊度升高的测定结果也反映出超声处理促进了蛋清蛋白的聚集行为。流变学测定以及power-law拟合结果表明，超声处理降低了蛋清液体系的黏度和流动阻力但仍呈现出假塑性流体特征。蛋清蛋白聚集形成的蛋清粉性质测定结果表明，超声（120W）处理10 min的蛋清粉具有最优的速溶性能，这与聚集体合适的粒径分布有关。蛋清粉蛋白质的圆二色谱测定结果证实了短期的超声处理会使得蛋白结构中的氢键断裂从而造成分子结构无序性增加，但长期的超声处理又会由于空化效应和热效应造成蛋白质的重新聚集。此外，通过Label Free定量蛋白质组学技术鉴定了影响蛋清泡沫特性的关键蛋白，结果表明卵巨球蛋白和卵白蛋白是影响蛋清起泡力的关键蛋白，卵类粘蛋白和溶菌酶则对于蛋清的泡沫稳定性起着至关重要的作用。本项目通过系统研究高场强超声处理对蛋清泡沫特性、蛋清蛋白分子结构和蛋白质聚集行为的影响进一步加深了对超声改性蛋白的科学理解，并为针对性改善蛋清蛋白加工性能提供了理论依据。