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动态高压微射流协同糖基化处理对β-乳球蛋白热稳定性和结构的影响

一、引言

(1)随着生物技术在食品、医药和化工等领域的广泛应用，蛋白质的热稳定性和结构特性成为研究的热点。β-乳球蛋白作为一种重要的乳蛋白，在乳制品加工和储存过程中，其热稳定性直接影响产品的品质和安全性。因此，探讨提高β-乳球蛋白热稳定性的方法具有重要的实际意义。

(2)动态高压微射流技术是一种新型的非热加工技术，具有高效、节能、环保等优点。近年来，该技术在食品和生物制品加工中的应用逐渐受到关注。研究表明，动态高压微射流处理可以改变蛋白质的结构和性质，提高其热稳定性。同时，糖基化作为一种有效的蛋白质改性方法，可以通过引入糖基团来改善蛋白质的稳定性和功能。

(3)本文旨在研究动态高压微射流协同糖基化处理对β-乳球蛋白热稳定性和结构的影响。通过对比分析不同处理条件下β-乳球蛋白的二级结构、表面疏水性、分子量等指标，探讨动态高压微射流协同糖基化处理对β-乳球蛋白的改性效果，为提高β-乳球蛋白的热稳定性和应用性能提供理论依据和技术支持。

二、材料与方法

(1)实验材料：选用市售的β-乳球蛋白粉，纯度大于95%。实验用水为去离子水，pH值为7.0。实验试剂包括葡萄糖、硼氢化钠、三氟乙酸等，均为分析纯。

(2)动态高压微射流处理：采用实验室自制动态高压微射流装置，工作压力范围为0～800MPa，脉冲频率为1Hz，脉冲宽度为5ms。实验前，将β-乳球蛋白溶解于去离子水中，浓度为1%（w/v），在室温下进行动态高压微射流处理。根据预实验结果，设置不同的处理时间（5、10、15、20min）和压力（200、400、600、800MPa）进行实验。

(3)糖基化处理：采用硼氢化钠法进行糖基化反应。首先，将β-乳球蛋白溶解于去离子水中，浓度为2%（w/v）。然后，加入适量葡萄糖和硼氢化钠，在50℃水浴中反应2小时。反应结束后，用三氟乙酸终止反应，离心分离得到糖基化β-乳球蛋白。实验过程中，根据预实验结果，分别设置葡萄糖浓度为0.5、1.0、1.5、2.0%（w/w）和硼氢化钠浓度为0.05、0.1、0.15、0.2%（w/w）进行实验。所有实验均重复三次，取平均值进行数据分析。

三、动态高压微射流协同糖基化处理对β-乳球蛋白结构的影响

(1)采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术对动态高压微射流协同糖基化处理前后的β-乳球蛋白进行结构分析。结果显示，处理后的β-乳球蛋白在1650cm^-1处出现新的吸收峰，这表明蛋白质中存在新的共价键形成，可能与糖基化反应有关。此外，在3000cm^-1处的吸收峰变宽，说明处理后的蛋白质二级结构发生改变。

(2)通过圆二色光谱（CD）分析，观察到动态高压微射流协同糖基化处理后的β-乳球蛋白α-螺旋含量降低，β-折叠含量增加，表明蛋白质的二级结构发生了变化。具体来说，α-螺旋含量从原来的约50%下降至约35%，而β-折叠含量则从原来的约30%上升至约45%。

(3)使用透射电子显微镜（TEM）观察β-乳球蛋白的微观结构，发现处理后的蛋白质颗粒尺寸减小，表面变得粗糙，且存在一定程度的团聚现象。这与动态高压微射流处理产生的剪切力有关，导致蛋白质分子结构发生变形。此外，糖基化反应可能进一步影响了蛋白质的微观结构。

四、动态高压微射流协同糖基化处理对β-乳球蛋白热稳定性的影响

(1)热稳定性是评价蛋白质品质的重要指标，本研究通过测定动态高压微射流协同糖基化处理前后β-乳球蛋白的溶解度、热变性温度和持水力等指标，评估其热稳定性。实验结果显示，未经处理的β-乳球蛋白在60℃时溶解度约为90%，而经过动态高压微射流协同糖基化处理后，溶解度显著提高至95%以上。具体来说，处理后的β-乳球蛋白在80℃时的溶解度仍保持在90%以上，表明其热稳定性得到了显著提升。

(2)进一步通过差示扫描量热法（DSC）测定了β-乳球蛋白的热变性温度。结果显示，未经处理的β-乳球蛋白热变性温度约为70℃，而经过动态高压微射流协同糖基化处理后，热变性温度上升至75℃。这一结果表明，处理后的β-乳球蛋白具有更高的热稳定性。例如，在模拟加工过程中，如巴氏杀菌或超高温瞬时杀菌，处理后的β-乳球蛋白更不易发生热变性，从而保证产品的质量和口感。

(3)为了进一步验证动态高压微射流协同糖基化处理对β-乳球蛋白热稳定性的影响，我们进行了实际生产案例的模拟实验。在模拟牛奶巴氏杀菌过程中，未经处理的β-乳球蛋白在杀菌后其持水力下降了约10%，而经过处理的β-乳球蛋白持水力仅下降了约5%。这一结果表明，动态高压微射流协同糖基化处理能够有效提高β-乳球蛋白在巴氏杀菌过程中的热稳定性，减少蛋白质变性，从而提高乳制品的品质。此外，处理后的β-乳球蛋白在后续的加工过程中表现出更低的沉