《食品科學(xué)》：葛武鵬教授、李奎高級(jí)工程師等：電子束輻照對(duì)山羊乳濃縮乳清蛋白結(jié)構(gòu)與功能的影響

山羊乳作為一種重要的乳制品，因其高營養(yǎng)價(jià)值和易消化性而受到廣泛關(guān)注。山羊乳比牛乳更接近母乳的構(gòu)成，更易被嬰幼兒及兒童消化。此外，山羊乳制品作為一種營養(yǎng)全面的食品，對(duì)于老年人普遍存在的消化吸收差、肌肉退化、鈣質(zhì)流失嚴(yán)重等營養(yǎng)健康問題也具有很好的改善作用。乳清蛋白是山羊乳的主要蛋白質(zhì)成分之一，具有多種生物活性功能，如抗菌、免疫調(diào)節(jié)和抗氧化等。由于其營養(yǎng)價(jià)值高、生物活性好、功能特性優(yōu)越，在食品工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，山羊乳乳清蛋白在加工和貯存過程中容易發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致其功能特性發(fā)生改變。

山羊乳的熱穩(wěn)定性較差，常規(guī)熱處理會(huì)改變其蛋白結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)和鹽平衡。電子束輻照（EBI）是一種新興的非熱加工技術(shù)，通過高能電子束對(duì)食品進(jìn)行處理，可以有效殺滅微生物、延長保質(zhì)期，并可能改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能特性。EBI是利用電離輻射產(chǎn)生的電磁波殺滅食品中的微生物，直接殺菌是射線使微生物的蛋白質(zhì)、核酸等結(jié)構(gòu)直接發(fā)生斷裂、交聯(lián)等，間接殺菌是食品內(nèi)水分子經(jīng)過輻照后分解成過氧化氫、羥自由基等，使生物大分子經(jīng)氧化還原反應(yīng)發(fā)生結(jié)構(gòu)改變。和其他殺菌技術(shù)相比，EBI技術(shù)具有安全性較高、作用時(shí)間短、成本低、殺菌種類多、避免二次污染等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是，其工業(yè)生產(chǎn)易于實(shí)施。盡管EBI具有許多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中其對(duì)食品中某些成分的影響還需要進(jìn)一步研究，以確保所生產(chǎn)食品品質(zhì)的安全性。

近年來，有關(guān)EBI處理對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能影響的研究逐漸增多。研究表明，EBI可以引起蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的改變，如二級(jí)結(jié)構(gòu)的破壞、三級(jí)結(jié)構(gòu)的解折疊以及分子間交聯(lián)的形成，這些結(jié)構(gòu)變化可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能特性的改變，如溶解性、乳化性和凝膠性等。Wang Li等研究了EBI對(duì)小麥胚芽蛋白水解物的影響，發(fā)現(xiàn)EBI可能會(huì)改變麥芽蛋白的構(gòu)象、結(jié)構(gòu)、表面形狀和分子質(zhì)量，在10 kGy時(shí)其乳化能力最強(qiáng)，25 kGy時(shí)起泡性達(dá)到最大值。同時(shí)EBI可增強(qiáng)小麥胚芽蛋白水解物的抗氧化活性。類似地，Liu Yun等通過EBI處理蛋清蛋白，研究蛋白質(zhì)分子間作用力的變化，以及蛋白質(zhì)解折疊、交聯(lián)、聚集和重排引起的構(gòu)象變化，發(fā)現(xiàn)EBI誘導(dǎo)的蛋清蛋白顯示出更好的溶解度、更高的乳化活性和更強(qiáng)的抗氧化能力。然而，目前鮮見EBI對(duì)山羊乳濃縮乳清蛋白（WPC）影響的研究。因此，西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院的李其其、葛武鵬*和楊凌核盛輻照技術(shù)有限公司的李奎*等探討EBI處理對(duì)WPC結(jié)構(gòu)與功能的影響，以期為山羊乳制品的加工和貯存提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 EBI處理對(duì)WPC粒徑與ζ-電位的影響

粒徑直接體現(xiàn)蛋白質(zhì)的分子大小，通常與分子質(zhì)量相關(guān)，分子質(zhì)量越大，粒徑也越大。如圖1a所示，WPC經(jīng)過不同劑量EBI處理后，其粒徑隨劑量的增加而呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。在5 kGy劑量下，WPC的平均粒徑最小，為（309.17±2.12）nm。這可能歸因于EBI處理過程中，部分WPC被分解成小分子片段，導(dǎo)致WPC的平均粒徑顯著降低（P＜0.05）。類似地，Li Zhihao等觀察到在低輻照劑量下，西瓜種子蛋白被分解成較小的組分。隨EBI劑量的增加，EBI處理產(chǎn)生的自由基引起WPC氧化聚集，導(dǎo)致WPC裂解片段重新聚集成更大的顆粒。Zhang Meng等發(fā)現(xiàn)，與未處理組相比，6 kGy處理后豆渣蛋白的平均粒徑有增加趨勢。

ζ-電位反映粒子間靜電排斥的程度，較強(qiáng)的排斥力將有利于蛋白質(zhì)的穩(wěn)定。如圖1b所示，未處理WPC的ζ-電位為（-23.70±0.10）mV，當(dāng)采用不同劑量EBI處理后，WPC的ζ-電位絕對(duì)值呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。具體而言，當(dāng)處理強(qiáng)度為7 kGy時(shí)，WPC的ζ-電位絕對(duì)值最大，為（28.10±0.26）mV。這可能歸因于在EBI處理過程中，WPC內(nèi)部的疏水基團(tuán)被暴露，進(jìn)而破壞了WPC分子表面的靜電平衡，導(dǎo)致WPC的ζ-電位絕對(duì)值顯著升高（P＜0.05）。隨著EBI劑量的增加，WPC的ζ-電位絕對(duì)值出現(xiàn)降低趨勢，WPC ζ-電位的變化趨勢與其粒徑結(jié)果相印證。

2 EBI處理對(duì)WPC凝膠電泳的影響

通過電泳條帶評(píng)估不同劑量EBI對(duì)WPC分子質(zhì)量分布的影響，蛋白質(zhì)電泳條帶的灰度不同，代表進(jìn)入電泳凝膠的蛋白質(zhì)含量存在差異。由圖2可知，WPC條帶分子質(zhì)量由大到小依次為乳鐵蛋白、血清白蛋白、免疫球蛋白、β-乳球蛋白和α-乳白蛋白，暴露于不同劑量EBI的WPC成分存在差異。當(dāng)EBI劑量增加到3～5 kGy，觀察到10～15 kDa條帶隨劑量升高而增加，高分子質(zhì)量蛋白（55～100 kDa）含量有減少的趨勢。這可能是高分子質(zhì)量蛋白經(jīng)EBI處理后出現(xiàn)裂解造成的。當(dāng)EBI劑量＞7 kGy時(shí)，在SDS-PAGE條帶中，觀察到低分子質(zhì)量蛋白質(zhì)（10～15 kDa）含量減少，而25～40 kDa間的條帶有逐漸增加的趨勢，這可能是大劑量EBI促進(jìn)低分子質(zhì)量蛋白質(zhì)聚集造成的。該結(jié)果表明，WPC肽鏈的斷裂和聚合與EBI劑量有關(guān)。該結(jié)果與粒徑、ζ-電位結(jié)果相印證。

3 EBI處理對(duì)WPC表面疏水性的影響

疏水性可以評(píng)估蛋白質(zhì)展開/重折疊的水平以及活動(dòng)位點(diǎn)的暴露情況。由圖3可知，WPC的表面疏水性隨EBI的升高而存在顯著差異（P＜0.05），呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，在5 kGy時(shí)，WPC的表面疏水性達(dá)到最大值，為49.0±0.5。在1～5 kGy內(nèi)，表面疏水性顯著增加（P＜0.05），表明埋在WPC中的非極性基團(tuán)暴露于表面。EBI破壞氫鍵暴露非極性基團(tuán)，促進(jìn)WPC結(jié)構(gòu)的展開，導(dǎo)致表面疏水性增加。當(dāng)EBI劑量由7 kGy增加至15 kGy時(shí)，WPC的表面疏水性表現(xiàn)出顯著下降趨勢（P＜0.05），這可能是在較高的EBI劑量下，未折疊的蛋白通過非共價(jià)或共價(jià)相互作用交聯(lián)，導(dǎo)致WPC的疏水基團(tuán)重新向內(nèi)折疊。類似地，Li Ziwei等使用EBI處理酪蛋白，發(fā)現(xiàn)其表面疏水性隨著EBI劑量的增加呈現(xiàn)出先增加后下降的趨勢（P＜0.05），在4 kGy時(shí)達(dá)到最大值。

4 EBI處理對(duì)WPC內(nèi)源熒光光譜的影響

色氨酸最大內(nèi)源性熒光光譜可以反映色氨酸殘基在蛋白質(zhì)中的相對(duì)位置，被用作表征蛋白質(zhì)高等結(jié)構(gòu)變化的指標(biāo)，因此內(nèi)源熒光是一種評(píng)估蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)展開程度的有效技術(shù)。如圖4所示，EBI劑量會(huì)對(duì)WPC熒光強(qiáng)度產(chǎn)生影響。隨著EBI劑量升高（0～5 kGy），WPC樣品熒光強(qiáng)度逐漸增加，在EBI為5 kGy處理后顯示最大的熒光強(qiáng)度，11 kGy時(shí)WPC的熒光強(qiáng)度低于未處理組樣品。

低劑量EBI通過高能電子破壞氫鍵和疏水核心，使WPC結(jié)構(gòu)展開，進(jìn)而提升表面疏水性和功能活性，這種展開現(xiàn)象使原本包埋的疏水基團(tuán)（如苯丙氨酸、亮氨酸側(cè)鏈等）暴露于溶劑，進(jìn)而引起熒光強(qiáng)度升高。而高劑量EBI因交聯(lián)聚集導(dǎo)致WPC熒光物質(zhì)被包裹，無法與探針結(jié)合，從而表現(xiàn)出熒光強(qiáng)度下降，導(dǎo)致表面疏水性下降。同時(shí)，EBI可能氧化色氨酸、甲硫氨酸等疏水側(cè)鏈，生成親水性產(chǎn)物，直接降低局部疏水性。這些發(fā)現(xiàn)表明，EBI可能破壞蛋白質(zhì)的天然球狀結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致WPC結(jié)構(gòu)的展開以及非極性基團(tuán)暴露于溶劑，與表面疏水性結(jié)果相印證。

5 EBI處理對(duì)WPC顏色的影響

由表1可知，當(dāng)EBI劑量≤3 kGy時(shí)，L*值相對(duì)穩(wěn)定，5 kGy時(shí)顯著升高至峰值，為84.54，隨后下降，15 kGy時(shí)達(dá)最低值，為81.93。其中，5 kGy組顯著高于其他處理組（P＜0.05），15 kGy組與13 kGy組無顯著差異，但顯著低于0 kGy（P＜0.05）。低劑量輻照（5 kGy）可能引發(fā)蛋白質(zhì)變性，增強(qiáng)光散射，提高明度；高劑量（＞7 kGy）則促進(jìn)美拉德反應(yīng)和脂質(zhì)氧化，生成褐色產(chǎn)物，導(dǎo)致明度下降，反映出EBI劑量對(duì)結(jié)構(gòu)的雙重影響。

a*值隨EBI劑量增加持續(xù)下降，11 kGy處理時(shí)達(dá)最低，13 kGy輕微回升。b*值和C*值同步上升，15 kGy達(dá)峰值，表明WPC黃色調(diào)加深和飽和度增強(qiáng)。H*值持續(xù)增大，由85.87°增大至88.48°，11 kGy處理時(shí)達(dá)峰值，15 kGy略降。這可能是由于EBI誘導(dǎo)脂質(zhì)氧化生成黃色次級(jí)產(chǎn)物（如羰基化合物）。Yu Huilin等研究不同EBI劑量對(duì)大西洋鱈魚質(zhì)量指標(biāo)的影響，發(fā)現(xiàn)a*值下降；Du Zhihong等研究EBI對(duì)大米貯藏期間的膨脹力、色澤、糊化和感官品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)b*值升高，與本研究結(jié)果相似。

6 EBI處理對(duì)WPC游離巰基、總巰基含量的影響

由圖5可知，隨著EBI劑量的增加，WPC總巰基含量呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，游離巰基呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。當(dāng)EBI＞5 kGy時(shí)，游離巰基含量顯著下降（P＜0.05），總巰基含量顯著上升（P＜0.05），說明超過5 kGy會(huì)加速蛋白質(zhì)氧化變性。1～5 kGy時(shí)，游離巰基含量的上升可能是低劑量EBI能使部分包埋于WPC分子內(nèi)部的巰基暴露，同時(shí)促進(jìn)二級(jí)結(jié)構(gòu)的部分解螺旋，進(jìn)而導(dǎo)致二硫鍵的斷裂。然而EBI又會(huì)使WPC溶液中的水等小分子物質(zhì)發(fā)生電離，產(chǎn)生羥自由基等促進(jìn)巰基的氧化，EBI＞5 kGy時(shí)，游離巰基含量顯著下降，伴隨總巰基含量顯著上升，這與羥自由基的產(chǎn)生、暴露出的巰基更容易被氧化有關(guān)，也可能與WPC氧化、交聯(lián)生成新的小分子物質(zhì)有關(guān)。該結(jié)果與Jaczynski等研究EBI對(duì)狹鱈魚魚糜凝膠肌原纖維蛋白巰基含量的影響結(jié)果相似。

7 EBI處理對(duì)WPC羰基含量的影響

羰基含量是衡量蛋白氧化的重要指標(biāo)之一，WPC經(jīng)EBI處理后，羰基含量的變化如圖6所示。1 kGy時(shí)，WPC溶液中羰基含量為6.25 nmol/mg。與對(duì)照組（0 kGy）相比，除1 kGy組羰基含量無顯著差異外（P＞0.05），其余組別羰基含量均顯著上升（P＜0.05）。3～5 kGy時(shí)，出現(xiàn)輕微氧化，WPC羰基含量為6.90～7.05 nmol/mg。當(dāng)EBI＞7 kGy時(shí)，羰基含量上升速度加快，15 kGy時(shí)達(dá)到最大值，為15.05 nmol/mg。這可能是由于EBI生成的自由基攻擊WPC中氨基酸側(cè)鏈或多肽，形成羰基或其衍生物，使羰基含量增加。張晗等研究發(fā)現(xiàn)，隨著EBI劑量的增加，鱸魚肉肌原纖維蛋白羰基含量越高，與本研究結(jié)果一致。綜上，適度的氧化可能通過促進(jìn)蛋白質(zhì)分子間適當(dāng)交聯(lián)，形成理想的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

8 EBI處理對(duì)WPC二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

如圖7所示，在3 600～3 200 cm-1范圍內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)寬而強(qiáng)的吸收峰，該峰屬于酰胺A帶，對(duì)應(yīng)于N—H鍵伸縮振動(dòng)。酰胺I帶的吸收峰位于1 700～1 600 cm-1，該處強(qiáng)吸收峰主要由C＝O鍵伸縮振動(dòng)引起。EBI處理過的樣品均有向低波數(shù)移動(dòng)的現(xiàn)象，在5 kGy時(shí)，特征吸收峰紅移至1 647.65 cm-1。酰胺II帶的吸收峰出現(xiàn)在1 595～1 500 cm-1，在1～7 kGy時(shí)該峰向低波數(shù)輕微偏移，在9～15 kGy時(shí)該峰向高波數(shù)偏移，主要源于N—H鍵彎曲振動(dòng)與C—N鍵伸縮振動(dòng)。在1 330～1 250 cm-1范圍內(nèi)酰胺III帶的波數(shù)未出現(xiàn)明顯變化，與C—N鍵伸縮振動(dòng)和N—H鍵彎曲振動(dòng)相關(guān)。FTIR中酰胺I帶與蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，對(duì)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的變化高度敏感。如果α-螺旋和β-折疊比例高，說明結(jié)構(gòu)更有序、更致密。而β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲增加，整體結(jié)構(gòu)可能變得松散。

由圖8可知，隨著EBI劑量上升，WPC中的α-螺旋和β-折疊含量呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，在5 kGy時(shí)達(dá)到最低值。β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲含量呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，在5 kGy時(shí)達(dá)到最高值。結(jié)合4種結(jié)構(gòu)變化的分析表明，隨著EBI劑量的增加（0～5 kGy），WPC結(jié)構(gòu)逐漸變得不穩(wěn)定。該觀察結(jié)果可能歸因于在EBI處理期間WPC結(jié)構(gòu)的破壞和展開，最終變得松散且靈活。Li Zhihao等發(fā)現(xiàn)隨著EBI劑量的增加，西瓜種子蛋白的α-螺旋和β-折疊結(jié)構(gòu)含量相對(duì)較低，同時(shí)降低了β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲的含量。

EBI劑量（＞5 kGy）的持續(xù)增加，誘導(dǎo)WPC碎片的積累和聚集，α-螺旋和β-折疊比例增加，從而形成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。這可能歸因于未折疊的WPC通過側(cè)鏈之間的相互作用而聚集，增加了WPC內(nèi)的有序結(jié)構(gòu)。Zhang Xinxia等使用EBI處理水稻蛋白，觀察到酰胺帶的強(qiáng)度在5～10 kGy之間的增加程度遠(yuǎn)高于其他組。低劑量EBI產(chǎn)生的能量太小，無法引起蛋白質(zhì)中化學(xué)鍵的明顯振動(dòng)變化。當(dāng)EBI劑量繼續(xù)增加時(shí)，電子束能量更大，對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響傾于飽和，化學(xué)鍵振動(dòng)強(qiáng)度的增加程度降低。

9 EBI處理對(duì)WPC熱穩(wěn)定性的影響

DSC可以測定生物大分子的熱力學(xué)性質(zhì)，用于反映蛋白質(zhì)分子之間相互作用。由圖9可知，在加熱過程中，各WPC樣品在100～140 ℃時(shí)出現(xiàn)一個(gè)較寬的吸熱峰。熱變性溫度指當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)分子處于去折疊狀態(tài)和折疊狀態(tài)含量相等時(shí)的溫度。未處理的WPC熱變性溫度為115.7 ℃，EBI處理后WPC熱變性溫度隨EBI劑量的增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。在5 kGy時(shí)，WPC熱變性溫度達(dá)到最低值，為114.3 ℃，隨后呈現(xiàn)上升趨勢，在15 kGy時(shí)WPC熱變性溫度升高至116.5 ℃。原因可能是EBI處理改變了WPC二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，5 kGy時(shí)，WPC內(nèi)肽鏈展開，剛性結(jié)構(gòu)變得更加松散，出現(xiàn)解折疊現(xiàn)象。熱變性溫度升高的原因可能是高劑量EBI處理后產(chǎn)生的活性物質(zhì)不斷氧化WPC，WPC內(nèi)小分子片段重新聚集，形成新的分子間作用力，折疊形成新的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致難以降解。這表明蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性的降低有利于蛋白質(zhì)內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露，與水分子形成新的作用力，有利于改善蛋白質(zhì)的親-疏水性平衡。

10 EBI處理對(duì)WPC微觀結(jié)構(gòu)的影響

如圖10所示，不同EBI劑量下WPC的微觀形態(tài)發(fā)生變化，未處理的WPC表面光滑無孔洞，且有球形顆粒。在1～5 kGy時(shí)，經(jīng)EBI處理的WPC顆粒表面也有球形結(jié)構(gòu)，但并不規(guī)則。在3 kGy時(shí)出現(xiàn)碎片，表面完整性降低。5～7 kGy時(shí)，蛋白碎片尺寸進(jìn)一步減小，顆粒被擠壓成橢球形，且出現(xiàn)輕微交聯(lián)，表面出現(xiàn)孔洞，表明WPC顆粒被穿透。當(dāng)EBI劑量達(dá)到9～15 kGy時(shí)交聯(lián)現(xiàn)象加重，孔洞更加密集且尺寸有增大跡象，同時(shí)形成聚集體。SEM結(jié)果顯示，EBI處理破壞了WPC粉末的微觀表面結(jié)構(gòu)，并且隨著EBI劑量的升高，破壞程度增加。因此，EBI引起WPC顆粒表面的穿刺孔和結(jié)構(gòu)的破壞可能是導(dǎo)致疏水性及功能性質(zhì)變化的原因。類似地，Jin Yan等發(fā)現(xiàn)當(dāng)EBI劑量從1.08 kGy增加到5.40 kGy時(shí)，蛋清蛋白穿刺孔擴(kuò)大、孔數(shù)增加、表面凹凸不平。

11 EBI處理對(duì)WPC溶解度的影響

溶解度可以間接反映蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、水之間的相互作用，并影響蛋白質(zhì)的功能特性。如圖11所示，當(dāng)E B I劑量增加到5 k G y時(shí)，蛋白質(zhì)的溶解度由（70.00±1.93）%顯著增加至（88.80±1.58）%（P＜0.05）。當(dāng)EBI劑量繼續(xù)增加時(shí)（7～15 kGy），溶解度呈下降趨勢。初步分析表明，粒徑和二級(jí)結(jié)構(gòu)是影響WPC溶解度的關(guān)鍵因素。較小粒徑改善了其溶解度，EBI使WPC碎片化導(dǎo)致粒徑降低，進(jìn)而使溶解度升高。大劑量EBI（7～15 kGy）誘導(dǎo)WPC變性，并隨著EBI劑量的逐漸增加而促進(jìn)其聚集和沉積，這使得WPC的粒徑變大并降低其溶解度。溶解度增加也可能是由于WPC構(gòu)象的變化，在EBI處理下WPC結(jié)構(gòu)展開，使WPC表面極性基團(tuán)的含量增加，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)和水相互作用增強(qiáng)。此外，有研究表明EBI處理可能會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)脫核酸，將蛋白質(zhì)中的酰胺基轉(zhuǎn)化為酸基，該基團(tuán)從抗水結(jié)合到水結(jié)合，從而增加了蛋白質(zhì)的溶解度。

12 EBI處理對(duì)WPC起泡性能的影響

蛋白質(zhì)的起泡特性與其在氣液界面處的成膜能力相關(guān)，并受到溶解度及其化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響。如圖12所示，不同EBI劑量下WPC的起泡性和泡沫穩(wěn)定性呈先增后減的趨勢。隨著EBI劑量的增加（3～5 kGy），WPC的起泡性和泡沫穩(wěn)定性顯著增加，這表明起泡能力顯著提高（P＜0.05）。在5 kGy劑量時(shí)，起泡性和泡沫穩(wěn)定性均達(dá)到最大值，起泡性由（113.8±1.8）%增加至（119.5±0.7）%，泡沫穩(wěn)定性由（103.0±0.7）%增加至（113.8±0.4）%。當(dāng)EBI劑量增加到9～15 kGy時(shí)，起泡性和泡沫穩(wěn)定性均有下降的趨勢。在本研究中，起泡性和泡沫穩(wěn)定性均與溶解度的變化趨勢相同。溶解度越大，越有利于蛋白質(zhì)在溶液中擴(kuò)散，從而在空氣-溶液界面形成內(nèi)部蛋白質(zhì)層，提高蛋白質(zhì)的起泡性。

此外，在FTIR中觀察到，β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲的含量先升后減，這代表結(jié)構(gòu)變得松散無序。展開后的分子通過疏水基團(tuán)暴露于氣相，親水基團(tuán)溶于液相，顯著降低界面表面張力，從而促進(jìn)泡沫形成。關(guān)于泡沫穩(wěn)定性的變化，推測EBI處理后WPC碎片化和表面疏水性的增強(qiáng)會(huì)使WPC的泡沫穩(wěn)定性得到改善。泡沫穩(wěn)定性與蛋白質(zhì)膜的彈性有關(guān)，適量疏水基團(tuán)暴露可增強(qiáng)分子間疏水相互作用，促進(jìn)界面膜交聯(lián)，延緩氣泡破裂。

13 EBI處理對(duì)WPC乳化性的影響

通過EAI和ESI評(píng)估EBI前后WPC的乳化性變化。EAI和ESI分別表示蛋白質(zhì)在特定時(shí)間范圍內(nèi)形成乳液和乳液穩(wěn)定性的能力。如圖13所示，EAI和ESI顯示出相同的變化趨勢，EBI劑量從1 kGy增加到5 kGy時(shí)，EAI和ESI均顯著增加（P＜0.05），EAI由（25.0±0.3）m2/g增加至（33.3±1.7）m2/g，這可能是由于EBI處理將WPC內(nèi)部疏水基團(tuán)暴露于表面。在乳化過程中，親水性殘基將趨向于水溶液，疏水側(cè)鏈與油相互作用，促進(jìn)蛋白質(zhì)和水-油界面之間的有效吸附和擴(kuò)散，并降低了界面張力。同時(shí)，較小粒徑和較低表面電荷可以加速其在油-水界面的聚集，并促進(jìn)更緊密的界面堆積。當(dāng)EBI劑量由7 kGy增加到15 kGy時(shí)，EAI和ESI出現(xiàn)降低趨勢（P＜0.05），可能是因?yàn)樵谳^高的EBI劑量下，展開的蛋白質(zhì)分子之間發(fā)生交聯(lián)，WPC溶解度降低，導(dǎo)致乳化能力有所下降。Wang Li等也發(fā)現(xiàn)EBI超過一定的劑量使小麥胚芽蛋白表面基團(tuán)的平衡失調(diào)，導(dǎo)致其水解物乳化性質(zhì)降低。

結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)研究不同劑量EBI（0、1、3、5、7、9、11、13、15 kGy）處理對(duì)WPC結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，粒徑與ζ-電位呈現(xiàn)先減（0～5 kGy）后增（7～15 kGy）的趨勢，同時(shí)電泳條帶可顯示W(wǎng)PC肽鏈斷裂和聚合的情況。內(nèi)源熒光光譜和表面疏水性分析表明WPC色氨酸等疏水殘基的暴露與掩蓋情況，顏色參數(shù)直觀體現(xiàn)了EBI對(duì)WPC溶液外觀顏色的影響，表現(xiàn)出黃色調(diào)加深和飽和度增強(qiáng)，色調(diào)角持續(xù)增大。游離巰基、總巰基和羰基含量的變化趨勢表明EBI處理對(duì)WPC內(nèi)二硫鍵產(chǎn)生先斷裂后生成的影響，且對(duì)WPC氧化程度具有影響。FTIR分析結(jié)果表明，EBI處理使WPC二級(jí)結(jié)構(gòu)中4種結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，表明EBI處理對(duì)WPC結(jié)構(gòu)展開和折疊具有影響。DSC結(jié)果表明WPC結(jié)構(gòu)變化對(duì)其熱穩(wěn)定性具有影響。同時(shí)EBI處理還破壞了WPC的完整性，SEM圖像表明WPC出現(xiàn)碎片化和碎片聚集，且表面出現(xiàn)不均勻的孔洞。此外，EBI亦可改善WPC的功能性質(zhì)。5 kGy時(shí)，WPC溶解度最大，后出現(xiàn)緩慢下降趨勢（7～15 kGy）。WPC溶解度對(duì)其乳化性與起泡性具有重要影響，因此，三者有相同變化的趨勢。

綜上所述，EBI影響WPC結(jié)構(gòu)性質(zhì)的同時(shí)，亦會(huì)引起WPC功能性質(zhì)的改變。與其他劑量相比，在5 kGy的劑量下，WPC的平均粒徑最低，二級(jí)結(jié)構(gòu)更加松散，三級(jí)結(jié)構(gòu)中疏水基團(tuán)暴露最多，出現(xiàn)輕微氧化現(xiàn)象，表現(xiàn)出更高的溶解度、更優(yōu)的起泡性能和乳化性能。因此，WPC在5 kGy劑量下的功能性質(zhì)變化最大。本研究可為EBI對(duì)WPC的改性提供理論依據(jù)，并為EBI處理WPC的應(yīng)用提供一定參考。

第一作者：

李其其 碩士研究生

西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院

李其其，西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生在讀。在校期間，系統(tǒng)學(xué)習(xí)了食品化學(xué)、食品營養(yǎng)學(xué)、食品加工工藝學(xué)等核心課程，奠定了扎實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)。研究方向聚焦于食品蛋白質(zhì)的物理修飾技術(shù)，碩士論文圍繞電子束輻照對(duì)乳清蛋白性質(zhì)的影響展開，掌握了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析、功能特性評(píng)價(jià)及數(shù)據(jù)分析等一系列科研技能，并培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和獨(dú)立研究能力。通過該研究，旨在闡明電子束輻照誘導(dǎo)山羊乳清蛋白結(jié)構(gòu)變化與功能之間的構(gòu)效關(guān)系。同時(shí)，我也抓住機(jī)會(huì)深入專業(yè)領(lǐng)域前沿，“2024世界羊奶產(chǎn)業(yè)學(xué)術(shù)交流大會(huì)”讓我接觸到全球范圍內(nèi)的最新研究進(jìn)展與產(chǎn)業(yè)化動(dòng)態(tài)。

在學(xué)習(xí)和工作期間，我取得了一些階段性成果與榮譽(yù)。曾獲研究生校級(jí)一等獎(jiǎng)學(xué)金及校級(jí)“優(yōu)秀大學(xué)生”稱號(hào)。除了在學(xué)術(shù)科研領(lǐng)域潛心鉆研，我同樣高度重視在實(shí)踐中錘煉自我、服務(wù)社會(huì)。入學(xué)以來，我積極投身于各類志愿服務(wù)與社會(huì)實(shí)踐，將黨員的奉獻(xiàn)精神與責(zé)任擔(dān)當(dāng)融入實(shí)際行動(dòng)。我多次主動(dòng)承擔(dān)校級(jí)大型活動(dòng)的志愿服務(wù)工作。

通信作者：

葛武鵬 教授

葛武鵬，男，博士，教授。兼任陜西省奶山羊產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系乳品加工的崗位科學(xué)家，陜西省奶山羊技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟產(chǎn)品開發(fā)崗位科學(xué)家，陜西省食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)理事，陜西省標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)會(huì)長。

一、學(xué)習(xí)情況

1985-1989，西北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏 工學(xué)學(xué)士；

1989-1992，西北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué) 工學(xué)碩士；

2002-2009，西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué) 工學(xué)博士。

二、研究領(lǐng)域或方向

主要從事乳及乳制品科學(xué)研究。涉及乳及乳制品的基礎(chǔ)應(yīng)用科學(xué)、食品生物技術(shù)、生產(chǎn)工藝技術(shù)、品質(zhì)控制技術(shù)、乳品檢測與食品安全技術(shù)、新產(chǎn)品研發(fā)、食品加工新工藝及新技術(shù)的應(yīng)用等，同時(shí)注重解決乳品工業(yè)中影響生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量及乳品快速檢測等實(shí)際問題。

三、工作經(jīng)歷

1992-2009，西安普惠食品集團(tuán)公司、西安泰普克食品有限公司、西安賽高國際公司、西安伊利泰普克飲品有限公司、大連華乳集團(tuán)等多家中外合資公司， R&D及品質(zhì)管理工作；2009至今，西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，副教授、教授。

四、開設(shè)課程

承擔(dān)本科生《食品發(fā)酵工藝學(xué)》《食品感官評(píng)定》等課程及實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)教學(xué)，承擔(dān)碩士研究生《食品工程技術(shù)開發(fā)與工藝設(shè)計(jì)案例分析》課程。

引文格式：

李其其, 畢曉陽, 羅皓文, 等. 電子束輻照對(duì)山羊乳濃縮乳清蛋白結(jié)構(gòu)與功能的影響[J]. 食品科學(xué), 2026, 47(6): 262-272. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250922-165.

LI Qiqi, BI Xiaoyang, LUO Haowen, et al. Effects of different doses of electron beam irradiation on the structural characteristics and functional properties of goat whey protein concentrates[J]. Food Science, 2026, 47(6): 262-272. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250922-165.

實(shí)習(xí)編輯：林安琪；責(zé)任編輯：張睿梅。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)

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