《Food Hydrocolloids》：The “Skeleton Effect” of Ovomucin Precisely Regulates the Gelation Behavior of Major Egg White Proteins: Differentiated Thermodynamic Driving Mechanisms and the Roles of Key Glycopeptide Regions
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刘延龙|刘欣|徐晨吉|欧阳辉|雷玉清|高颖|霍佳莹|马露露|董世健|李书刚中国安徽省农产品加工重点实验室、安徽省动物源重点实验室、教育部生物过程工程研究中心、合肥工业大学食品与生物工程学院，合肥230601摘要卵粘蛋白是热诱导蛋清凝胶中产生“骨架效应”的关键糖蛋白。然而，其背后的
刘延龙|刘欣|徐晨吉|欧阳辉|雷玉清|高颖|霍佳莹|马露露|董世健|李书刚
中国安徽省农产品加工重点实验室、安徽省动物源重点实验室、教育部生物过程工程研究中心、合肥工业大学食品与生物工程学院，合肥230601
摘要
卵粘蛋白是热诱导蛋清凝胶中产生“骨架效应”的关键糖蛋白。然而，其背后的相互作用机制尚不清楚，这限制了人们对这类凝胶系统的精准调控与应用。本研究采用多尺度分析方法，包括流变学、等温滴定量热法以及分子模拟，系统研究了卵粘蛋白与蛋清中的主要蛋白质——卵白蛋白、卵转铁蛋白和溶菌酶之间的相互作用机制。卵粘蛋白的“骨架效应”表现为在不同蛋白质系统中呈现不同的网络调控方式。在卵白蛋白和溶菌酶系统中，熵驱动的相互作用促进了灵活的组装，形成了密集有序的凝胶网络，从而提升了凝胶的强度与弹性。而卵转铁蛋白与卵粘蛋白系统则以焓驱动的强结合为主，这种结合增加了结构的刚性，阻碍了有效网络的形成，尽管该系统的热稳定性较高，但凝胶性能却较差。此外，分子模拟表明，黏蛋白5B与蛋清中主要蛋白质的结合能力比黏蛋白6更强。具体而言，序列TYPLN1219ETIYSQTEGTK被确定为介导复合物中界面结合与氢键作用的关键糖肽，它可能作为分子锚定区域，为“骨架效应”的结构基础提供支撑。总体而言，本研究从卵粘蛋白介导的蛋白质相互作用角度阐明了“骨架效应”的结构基础，为蛋蛋白凝胶类食品的质地调控提供了理论依据。
引言
热诱导凝胶化是蛋白质最重要的功能特性之一，在食品加工中可用于实现质地构建、保水及营养输送等功能（Xiang等人，2026）。在众多蛋白质来源中，蛋清蛋白因其出色的凝胶能力、较高的营养价值以及无添加剂的优点，被广泛用于肉类制品、烘焙食品、素食替代品以及医疗营养产品中（Niu等人，2024）。不过，蛋清蛋白并非单一成分，而是一个由多种蛋白质构成的复杂系统，包括卵白蛋白（约占54%）、卵转铁蛋白（约占12%）、卵粘蛋白类物质（约占11%）、溶菌酶（约占3.5%）以及卵粘蛋白（约占3.5%）（Pu等人，2023）。蛋清热诱导凝胶的形成本质上是这些成分在热作用下通过多种相互作用产生的动态组装结果（Yang等人，2025），这一过程涉及蛋白质变性、聚结以及多尺度结构演变等相变过程。这种结构演变的程度决定了最终凝胶的微观结构均匀性以及宏观质地特性，如硬度、弹性及持水能力，进而直接影响其感官品质与商业价值（Ma, Shan, Wang, Zhao, & Chi, 2021; Zang等人，2023）。过去几十年来，已有大量研究对蛋清中单一蛋白质成分的热聚集行为及凝胶特性进行了深入研究（J. Liu等人，2022a；Ma等人，2021）。值得注意的是，由于卵转铁蛋白的热稳定性较差，它在较低温度下就会迅速聚集，形成粗糙的颗粒结构；而溶菌酶在自然pH值和低离子强度条件下通常无法形成连续的自支撑凝胶，这是由于其较高的等电点导致的强烈静电排斥作用所致（Iwashita, Handa, & Shiraki, 2019a；Zeng, Liu, Sun, & Jin, 2023）。此外，也有大量文献阐述了环境因素对这些行为的调控机制。例如，pH值会通过改变表面电荷分布来调节静电相互作用，而离子强度则通过静电屏蔽效应影响聚集速率，从而显著影响凝胶的最终微观结构与流变特性（Jin, Chen, Zhang, & Sheng, 2021）。
越来越多的证据表明，蛋白质成分之间的相互作用网络是决定热诱导凝胶宏观特性的关键因素。Liu等人（J. Liu等人，2022a）发现，卵白蛋白与溶菌酶形成的异质复合物主要依靠氢键来维持结构稳定。这种协同作用显著影响了聚集体的表面特性以及后续形成的凝胶网络。然而，与上述研究较多的二元系统相比，我们之前的研究发现，在整个蛋清系统中含量虽低但分子量较大的卵粘蛋白，很可能是影响三维热诱导凝胶网络构建的关键“骨架蛋白”。从结构组成来看，卵粘蛋白是蛋清中碳水化合物含量最高的糖蛋白，它由α亚基（黏蛋白5B）和β亚基（黏蛋白6）通过二硫键连接而成，形成了高度糖基化的“刷状”结构，这一结构使得卵粘蛋白具有较大的空间位阻以及众多的结合位点，能够通过糖链介导的氢键或亲水/疏水相互作用影响与其他蛋白质的结合方式以及热聚集行为（Fukui, Fukuda, & Fujimoto, 2018）。Wang等人（J. Wang等人，2022）曾推测，卵粘蛋白可能在蛋清热诱导凝胶化的初始阶段起到“锚定”作用。此外，先前的研究也表明，其高度糖基化的特性可能是其在热诱导凝胶网络中发挥“骨架效应”的关键结构基础（X. Liu等人，2024a；J. Wang等人，2021）。不过，目前仍不清楚卵粘蛋白在热力学层面上是如何与不同的蛋清主要蛋白质相互作用的，也不清楚是哪些特定的糖肽介导的结合界面将这些结构优势转化为不同的凝胶特性。
因此，本研究选取卵粘蛋白以及蛋清中的主要蛋白质——卵白蛋白、卵转铁蛋白和溶菌酶——构建多组分模型系统。选择这三种蛋白质作为模型蛋白，是因为它们在表面电荷特性、等电点以及热变性行为方面存在显著差异，这样的差异为研究卵粘蛋白通过不同分子相互作用模式调控凝胶化过程提供了合适的相互作用对象。通过流变学分析及微观结构观察，系统研究了加入卵粘蛋白后这些系统中宏观质地与微观网络形态的演变规律。利用等温滴定量热法及光谱技术，从分子热力学和构象演变的角度阐明了卵粘蛋白与各成分之间的结合模式及驱动机制。最后，结合计算机分子对接模拟，确定了卵粘蛋白中的关键糖肽结构域，从而从微观分子识别到宏观凝胶特性层面阐明了其多尺度结构-功能关系。与以往的研究相比，本研究有三项主要创新：一是对卵粘蛋白与蛋清主要蛋白质之间的相互作用进行了差异化的热力学表征；二是实现了从分子识别到凝胶特性的多尺度整合分析；三是明确了参与界面结合的关键糖肽区域。本研究加深了对蛋清热诱导凝胶中“骨架效应”分子机制的理解，为禽蛋蛋白凝胶类食品的质地调控与品质提升提供了技术支持。
章节节选
材料
新鲜鸡蛋（60.0 ± 2.0克）由安徽荣达禽业有限公司（中国宣城）提供；分离出蛋清后，将其置于磁力搅拌器中以500转/分钟的速度搅拌30分钟，然后通过双层无菌纱布过滤，所得滤液即为可用于后续研究的新鲜蛋清。所使用的蛋白质中，溶菌酶和卵白蛋白分别从安徽荣达食品有限公司（中国广德）和上海源恩生物科技有限公司（中国上海）购买。实验相关
单一蛋白质及二元复合物的流变特性
通过测定单一蛋白质及二元蛋白质复合物的剪切率-粘度曲线，分析了卵粘蛋白对该系统流变行为的贡献程度。如图1所示，所有样品的表观粘度均随着剪切率的增加而持续下降，表现出典型的假塑性流体特征。这一现象与多项研究得出的结论一致（Brand, Silberbauer, & Kulozik, 2016；J. Liu等人，2022b；
结论
为阐明卵粘蛋白“骨架效应”的分子机制，本研究构建了卵粘蛋白与卵白蛋白、卵转铁蛋白及溶菌酶的二元复合物系统。随后，通过结合流变学、差示扫描量热法、等温滴定量热法以及分子对接等多尺度表征技术，研究了不同成分之间的相互作用机制以及凝胶的结构-功能关系。研究表明，卵粘蛋白对不同成分具有特定的调控作用。具体而言，卵粘蛋白形成了
CRediT作者贡献说明
高颖：可视化分析、形式分析。霍佳莹：方法学研究、资金获取。欧阳辉：可视化分析、方法学研究。雷玉清：实验研究、数据整理。刘欣：论文撰写与修改、验证工作、数据整理。徐晨吉：论文撰写与修改、数据整理。刘延龙：论文初稿撰写、方法学研究、实验研究。董世健：资源提供、数据整理。李书刚：论文撰写与修改、监督工作、项目管理、方法学研究、资金筹集
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。代表所有作者，通讯作者表示不存在利益冲突。
资助情况
本研究得到了中国国家自然科学基金的项目（编号：32172226）、中国国家重点研发计划的项目支持（编号：2022YFD2101001），以及中国农业研究体系的专项经费资助（编号：CARS-40-K25）、安徽省农业研究体系的专项基金支持（编号：AHCYJSTX-NCPJG-15），还有教育部的生物过程工程研究中心以及中央高校的基础研究基金的支持（编号：PA2025GDGP0026）。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。代表所有作者，通讯作者表示不存在利益冲突。
