科研图文来源于作者团队，欢迎投稿。
编辑：缪伊雯/ 主编：张大川、蒋羽鸽/ 学术顾问：寇兴然
【蛋白质结构与功效】版主：薛友林 学术编辑：韩鸿洋
安徽农业大学粮油加工课题组：纤维素纳米晶与钙离子协同改善豌豆分离蛋白凝胶性能的机制
Food Chemistry，IF=8.5
●鉴于对可持续发展和健康饮食的日益重视，开发以植物蛋白为核心成分的食物成为当前的研究重点。豌豆蛋白因其营养价值高、无转基因风险和低成本的特点而成为食品领域中新兴的植物蛋白资源。然而，豌豆蛋白由于溶解度低、含硫氨基酸比例小、易热变性，导致其胶凝性能较差，这极大地限制了豌豆蛋白资源的开发及其高值化利用。
纤维素纳米晶（CNC）是一种新型的多糖纳米填料，具有比表面积大、分散稳定性高、生物相容性好等优点，被逐渐应用到食品领域。我们之前的研究表明，纤维素纳米晶体（CNC）可以充当骨架从而加强凝胶结构。此外，前期发现，Ca2+是另一个可以触发蛋白凝胶化的重要因素。单一的改性难以实现豌豆蛋白凝胶性能的全面提升。若能充分结合CNC和Ca2+的技术优势，将为高品质蛋白凝胶制品的设计和开发提供新思路。
本研究旨在阐明CNC与Ca2+改善凝胶品质的量效关系，并揭示两者的协同效应及机制。研究内容以《Insight into the improvement mechanism of gel properties of pea protein isolate based on the synergistic effect of cellulose nanocrystals and calcium ions》为题发表在《Food Chemistry》杂志上，安徽农业大学粮油加工课题组肖亚庆副教授为该论文通讯作者，硕士研究生张京雷和徐华健为本文的第一作者。
● （点击页面左下角阅读原文，直达文献页面）
成果介绍
本文研究了纤维素纳米晶体（CNC）与Ca2+作用对豌豆分离蛋白（PPI）热凝胶化的影响及协同作用机制。结果表明，0.45%的CNC和15 mM的Ca2+的组合可以协同提高PPI的凝胶强度和粘弹性，同时降低保水性。在CNC/CaCl2复合体系中，粒径、浊度和热稳定性得到改善，溶解度、结晶度和凝胶孔隙度降低。CNC主要通过氢键和范德华力与11S Legumin和7S Vicilin中的特定氨基酸结合。此外，CNC和Ca2+诱导的蛋白质二级结构的变化和分子间相互作用的增强有利于强化凝胶网络。研究结果将为豌豆蛋白的功能调控和豌豆蛋白凝胶食品的开发提供新视角。
CNC作为一种纳米颗粒，可以在网络结构中充当活性填料，提高凝胶体系的结构稳定性，从而表现出凝胶质地的改善。但当CNC添加量超过0.45%时，凝胶强度呈下降趋势。添加5-15 mM Ca2+显着提高凝胶强度。这一方面是因为Ca2+的掺入可以中和蛋白质分子表面的负电荷，导致蛋白质聚集；另一方面Ca2+可以诱导“钙桥”的形成，从而促进蛋白质基质之间的相互作用。有趣的是，CNC和Ca2+同时存在对凝胶强度的提高表现出协同效应。
在热诱导凝胶化过程中，CNC 表面丰富的羟基可以促进与蛋白质形成氢键。对于带电的Ca2+，它主要起到中和蛋白质表面的负电荷的作用，从而引起蛋白质的聚集。Ca2+还增强了蛋白质凝胶的分子间相互作用，尤其是离子键强度。协同作用原因主要与Ca2+对CNC的静电屏蔽作用有关。带电荷的Ca2+通过改变凝胶中CNC的分布来影响CNC对凝胶网络的贡献。在这方面，Ca2+使CNC在基质中有序均匀分布，从而促进CNC与PPI分子之间的连接和相互作用。此外，复合凝胶中二级结构和疏水性微环境的改变也可能是凝胶强度增加的另一个原因。
● 创新性/应用前景
目前的研究发现，可以通过CNC和Ca2+的协同作用来改善豌豆分离蛋白的热诱导凝胶性能。这项工作阐明 CNC 和Ca2+提高 PPI凝胶质量的量效关系，并揭示两种添加剂的协同作用。此外，分析了凝胶系统中蛋白质分子形态、分子结构、官能团和分子相互作用的变化，阐明了 CNC 和Ca2+在凝胶化过程中协同增效作用的分子机制。这项工作将为新型豌豆蛋白产品的设计与开发提供理论依据。
参考文献
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.138975
专家/团队介绍
肖亚庆，安徽农业大学食品与营养学院 副教授，硕士生导师。主要从事大豆、豌豆等植物蛋白资源高值化加工与综合利用方向的基础和应用研究，近年来，主持国家级省部级科研项目6项。以第一/通讯作者在Food Hydrocolloids、Food Chemistry、Carbohydrate Polymers等食品领域主流杂志发表中科院一区SCI论文21篇，其中IF＞10的论文11篇、ESI前1%高被引论文4篇，H指数19。发表中文核心2篇，授权/申请国家发明专利 7项，参编“十三五”规划教材1部。入选2023年全球前2%顶尖科学家榜单。研究成果荣获安徽省科技进步二等奖1项。
徐华健，安徽农业大学2021级食品加工与安全硕士毕业生，西南大学博士生，研究方向涉及蛋白质结构与功能性质、碳水化合物结构与营养，量子化学计算。
【食品加】汇聚了10W+行业精英，建立了50多个食品领域教师专家群、科研群（食品营养与健康科研群、食品安全与检测科研群、食品加工与贮藏科研群、食品风味与感官科研群、食品胶体与递送科研群、食品生物技术科研群、人工智能与食品科学科研群，还有更多细分领域交流群陆续建立中ing）、海外食品人才群、企业研发群、求职就业群。欢迎小伙们加入，一起交流、共同成长！
版权声明
本公众号推送文章仅为学术交流使用，‘原创’为原创编译之标记，不表示本平台对文本主张版权。作者团队或单位如需使用编译文本，可联系小助开放白名单。凡是注明“转载”的稿件，均已注明直接来源，如需使用，请联系版权人。如有侵权，请联系我们，我们会尽快删除。
点击“阅读原文”，直达原文页面
你“在看”我吗？
