《Food Hydrocolloids》：Structural modifications induced by high pressure homogenization under acidic and alkaline conditions improve the functionality of pequi almond (
Caryocar brasiliense Camb.) proteins
編輯推薦：
本文針對Pequi杏仁蛋白水溶性差的局限，探討了在酸性(pH 2.0)和堿性(pH 10.0)條件下，利用高壓均質技術對其進行結構修飾。研究發現，該方法可顯著減小蛋白粒徑、改善分散性，并誘導pH依賴性的結構重排，最終在pH 6.0條件下大幅提升蛋白溶解度(最高達63.5%)和膠體穩定性(TSI降低最高達85.4%)。該研究為Pequi杏仁副產物的高值化利用及開發新型植物基功能性食品配料提供了有效策略。
在追求可持續食品體系的浪潮中，如何將食品加工過程中產生的副產品“變廢為寶”已成為一個關鍵課題。來自巴西塞拉多(Cerrado)生物群系的Pequi果的杏仁，便是這樣一個潛力巨大的資源。在提取了價值不菲的油脂后，剩余的脫脂餅粕通常被丟棄或僅用作動物飼料，然而其蛋白質含量高達25-30%，營養潛力被嚴重低估。更棘手的是，從中提取的Pequi杏仁蛋白存在一個“先天不足”——在水中的溶解度較低，特別是在pH 4.0-6.0這個許多食品體系常見的酸堿度范圍內。這就像一把鎖，鎖住了Pequi杏仁蛋白通往植物基飲料、乳液產品、營養補充劑等廣闊應用市場的大門。為了打開這把鎖，研究人員將目光投向了高壓均質技術，并巧妙地結合了pH調控這一“化學鑰匙”，試圖從結構根源上改造蛋白質，解鎖其功能潛力。相關研究成果發表在食品科學領域知名期刊《Food Hydrocolloids》上。
為了深入探究高壓均質與pH協同處理對Pequi杏仁蛋白的影響，研究團隊設計了一套系統的實驗與分析流程。首先，他們從巴西米納斯吉拉斯州的新鮮Pequi杏仁中提取并純化得到蛋白質含量約79.4%的Pequi杏仁蛋白樣品。核心處理階段，將蛋白分散液分別調節至強酸性和強堿性環境，然后在60、80、100、120 MPa四種壓力下進行單次高壓均質處理。隨后，研究在各自處理pH下，運用激光粒度儀、Zeta電位儀分析了蛋白的宏觀顆粒特性（粒徑、多分散指數、Zeta電位、濁度），并利用傅里葉變換紅外光譜、拉曼光譜、本征熒光光譜和游離巰基含量測定等技術，從二級和三級結構層面揭示了蛋白的分子構象變化。最后，將處理后的樣品統一在pH 6.0條件下，評估其溶解度和使用Turbiscan穩定性分析儀測定的膠體穩定性（以Turbiscan穩定性指數TSI表征）。所有數據均通過統計學方法進行差異顯著性分析。
3.1. pH和HPH對PAP宏觀結構特性的影響：粒徑、多分散指數、Zeta電位和濁度
高壓均質處理顯著減小了Pequi杏仁蛋白的顆粒尺寸并改善了其分散均勻性。在pH 2.0和pH 10.0條件下，經80 MPa處理后，粒徑分別最大降低了47%和81%。與之相應，多分散指數也顯著下降，表明顆粒分布更均一。Zeta電位分析顯示，在pH 10.0的堿性條件下，處理前后蛋白表面均帶有較高的負電荷（約-35 mV），有助于通過靜電斥力維持體系穩定；而在pH 2.0的酸性條件下，高壓均質處理反而略微降低了蛋白的正Zeta電位。此外，由于粒徑減小和分散度提高導致光散射增強，所有處理樣品的濁度均有所上升。這些宏觀結構的變化為后續功能改善奠定了基礎。
3.2. pH和HPH對PAP三級和二級結構的影響
3.2.1. 本征熒光和游離巰基
本征熒光光譜表明，高壓均質處理導致蛋白內芳香族氨基酸殘基（尤其是色氨酸）更多地暴露于親水環境，熒光強度增強，這提示蛋白的三級結構發生了部分去折疊。在pH 2.0條件下，熒光強度隨壓力升高持續增強，最高增加186%；而在pH 10.0條件下，60 MPa壓力下即達到最大增幅（38%）。游離巰基含量的變化呈現pH依賴性：在酸性條件下，處理使游離巰基含量增加，最高達90%（80 MPa），可能與二硫鍵斷裂有關；在堿性條件下，處理則導致游離巰基含量減少，最高降低27%（120 MPa），可能促進了巰基間形成新的二硫鍵。這些結果證實，高壓均質誘導了顯著的構象變化，且酸堿環境主導了變化的方向。
3.2.2. 傅里葉變換紅外光譜和拉曼光譜
傅里葉變換紅外光譜的酰胺I帶（1600–1700 cm-1）定量分析揭示了蛋白二級結構的深刻變化。在pH 2.0條件下，高壓均質處理導致β-折疊結構減少，無規卷曲含量增加，表明發生了部分變性，結構有序性降低，柔性增強。相反，在pH 10.0條件下，處理促進了結構的有序化重組，表現為α-螺旋和β-轉角結構的含量增加，而無規卷曲減少。拉曼光譜結果進一步支持了上述結論：酸性條件下處理導致與芳香族殘基相關的譜帶強度增加，印證了疏水基團的暴露；而堿性條件下的光譜變化相對溫和，暗示了更高的結構穩定性，但可能出現新的分子間相互作用。這些光譜學證據清晰地表明，pH環境決定了高壓均質誘導的結構重排是走向“解構”還是“有序重組”。-1). (B) Quantitative analysis of secondary structure elements (β-sheet, α-helix, β-turn, and random coil) obtained by Fourier self-deconvolution and Gaussian fitting.">
3.3. pH和HPH對PAP溶解度和Turbiscan分析的水溶液物理穩定性的影響
所有結構修飾的最終目的是提升蛋白的功能性。在pH 6.0的應用相關條件下進行評估時，高壓均質預處理顯著提高了Pequi杏仁蛋白的溶解度。未經處理的對照樣品溶解度約為38%，而經過處理后的樣品溶解度最高提升至63.5%，這一最佳效果出現在pH 10.0、100 MPa的處理條件下。膠體穩定性分析結果更為驚人：經高壓均質處理的蛋白分散液，其Turbiscan穩定性指數（TSI）大幅降低，表明穩定性極大提高。尤其在pH 10.0條件下處理后，TSI∞（最終TSI值）從對照的3.21降至0.5左右，降幅高達85%以上。這直觀地體現在樣品外觀上，處理后的蛋白液長時間靜置后仍保持均一，而對照組則出現明顯沉淀。
綜上所述，本研究通過結合高壓均質與極端pH預處理，成功實現了對Pequi杏仁蛋白結構的精準剪裁與功能強化。研究結論明確指出，高壓均質是一種有效策略，能夠通過劇烈的機械力（剪切、湍流、空化）破壞蛋白聚集體，減小粒徑。更重要的是，處理時的pH環境如同一個“指揮棒”，引導了結構變化的方向：酸性條件（pH 2.0）傾向于誘導蛋白部分變性，增加結構柔性（無規卷曲）和疏水基團暴露；而堿性條件（pH 10.0）則更傾向于促進結構的可控重組，形成更多有序結構（如α-螺旋），并利用較強的靜電斥力維持體系穩定。這些在分子和超分子層面發生的定向結構修飾，最終轉化為了在應用pH條件下溶解度的顯著提升和膠體穩定性的飛躍性改善。
這項研究的意義遠超出一項具體工藝的優化。首先，它為一種具有地域特色的農業加工副產物——Pequi杏仁粕——的高值化利用提供了切實可行的技術路徑，契合循環經濟與可持續發展目標。其次，它深化了人們對物理加工技術（高壓均質）與化學環境（pH）協同作用影響植物蛋白構效關系的理解，為理性設計蛋白改性工藝提供了理論依據。最終，研究產出的高溶解度、高穩定性的Pequi杏仁蛋白配料，有望廣泛應用于植物基飲料、乳化型產品、肉制品類似物和營養補充劑等領域，為市場提供新的可持續性蛋白選擇。未來，將其置于更復雜的食品基質中，考察其凝膠性、乳化性等更多功能屬性，以及與其它成分的互作，將是推動其實際應用的關鍵步驟。
