国家大豆产业技术体系|东北农业大学李杨教授：NaCl和CaCl2对大豆蛋白纤维生长过程及形貌的影响

食品工业科技编辑部

2025-12-09

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本文获国家大豆产业技术体系（CARS-04-PS32）。

东北农业大学食品学院的袁兵兵，赵贺开，闫世长，李杨等人重点介绍了蛋白质纳米纤维（PNFs）的形成机制、结构特征及其功能特性，并探讨了金属离子（如Na⁺和Ca²⁺）对纤维化过程及形貌的影响。文章以大豆分离蛋白（SPI）为研究对象，在酸热条件下通过添加NaCl和CaCl₂，研究这两种常见金属盐对大豆蛋白纳米纤维形成过程、结构调控和形貌变化的机制，旨在实现纤维结构的可控调节，为大豆蛋白纳米纤维在食品中的应用提供理论依据。

摘要：为探究食品中常见的金属氯化物（NaCl和CaCl₂）对大豆分离蛋白（soy protein isolate，SPI）纤维生长过程及形貌的影响。通过酸热诱导方法（pH2，85 ℃），在NaCl和CaCl₂存在下诱导SPI纤维化，制备大豆分离蛋白纤维（soy protein isolate fibrils，SPIF）。NaCl和CaCl₂的加入显著增加了SPIF在成熟期的Th T荧光强度，其初始成核速率分别达到3.29×10¹⁰ mol⁻²·h⁻²和4.12×10¹⁰ mol⁻²·h⁻²；在纤维化初始阶段（0~4 h)，NaCl和CaCl₂促进了SPI中α、α’和β亚基的水解，其表面疏水性分别增加至5.1×10⁷和5.7×10⁷，CaCl₂诱导的SPI游离巯基含量显著增加至24.5 μmol/L（P<0.05）；在纤维化中后期（4~24 h），NaCl和CaCl₂诱导的SPI平均粒径显著增加（P<0.05），分别达到6008 nm和5930 nm；在成熟的SPIF中（24 h），反平行/平行β-折叠比例分别为7.16和1.59。结果表明：在纤维化过程中NaCl和CaCl₂的加入促进了SPI的水解以及成核单体的形成，提高了SPI纤维化的初始成核速率，促进了SPIF的形成，并且对SPIF的形貌具有调节作用，使其形成了更大的团簇状纤维聚集体。此外，与NaCl相比，CaCl₂对SPIF的生长过程的促进及形貌的调控具有更显著的效果。本研究为SPIF在食品体系中的可控调节及应用提供了一定理论依据。

PART.01

结果

重点研究了NaCl和CaCl对大豆分离蛋白纤维（SPIF）形成过程的影响。通过Th T荧光强度、SDS凝胶电泳、粒径分析、内源荧光光谱、表面疏水性、游离巯基含量、圆二色谱和透射电镜等多种方法分析发现：NaCl和CaCl的加入显著促进SPI的水解，加速成核单体的形成和聚集，缩短纤维生长的迟滞期，提高纤维化速率，并增加最终纤维中的交叉-折叠结构含量。其中，CaCl的促进作用比NaCl更明显，能进一步缩短生长期、提高平行-折叠比例，形成更稳定且更长的纤维结构，并促进纤维团聚和凝胶化进程。金属离子通过降低溶液pH、提供静电屏蔽和形成盐桥等机制，促进蛋白质水解和纤维组装。

图 1 NaCl和CaCl₂存在下SPIF的ThT荧光强度（a）及其拟合生长曲线（b）随加热时间的变化

Figure 1. Changes in ThT fluorescence intensity (a) and the corresponding fitted growth curve (b) of SPIF as a function of heating time in the presence of NaCl and CaCl₂

图 2 NaCl和CaCl₂存在下的SPI纤维化过程中的SDS-PAGE凝胶电泳图像及利用Image J软件对电泳条带进行光密度分析得到的光密度曲线

Figure 2. SDS-PAGE images of SPI during fibril formation in the presence of NaCl and CaCl₂ and the optical density curves obtained from the analysis of electrophoresis bands using Image J software

注：A和D：SPIF；B和E：SPIF-NaCl；C和F：SPIF-CaCl₂。

图 3 NaCl和CaCl₂存在下SPI纤维化过程中平均粒径的变化（A）及凝胶化过程（B）

Figure 3. Changes in mean particle size (A) and gelation process (B) during SPI fibrillation in the presence of NaCl and CaCl₂

注：图中从左到右分别为加热至0、1、2、4、8、12和24 h的样品，不同小写字母表示不同样品存在显著差异（P<0.05）。

图 4 NaCl和CaCl₂存在下大豆分离蛋白纤维化过程中SPI的内源荧光光谱

Figure 4. Endogenous fluorescence spectra of samples during fibrillation of SPI in the presence of NaCl and CaCl₂

注：a：SPIF；b：SPIF-NaCl；c：SPIF-CaCl₂。

图 5 NaCl与CaCl₂存在下大豆分离蛋白纤维化过程中SPI的ANS荧光光谱及其表面疏水性的变化

Figure 5. Changes in the ANS fluorescence spectra and surface hydrophobicity of SPI during its fibrillation in the presence of NaCl and CaCl₂

注：A：SPIF；B：SPIF-NaCl；C：SPIF-CaCl₂；D：表面疏水性；不同小写字母表示不同样品存在SPI显著差异（P<0.05）。

图 6 NaCl和CaCl₂存在下大豆分离蛋白纤维化过程中游离巯基含量的变化

Figure 6. Free sulfhydryl content of SPI during fibrillation in the presence of NaCl and CaCl₂

注：不同小写字母表示不同样品存在显著差异（P<0.05）。

图 7 NaCl和CaCl₂诱导的大豆分离蛋白纤维的圆二色谱图

Figure 7. CD spectra of SPIF induced by NaCl and CaCl₂

图 8 NaCl和CaCl₂诱导的大豆分离蛋白纤维的透射电镜图像（500 nm）

Figure 8. TEM images of SPIF induced by NaCl and CaCl₂ (500 nm)

表 1 NaCl和CaCl₂存在下SPIF生长过程中的微观速率常数

Table 1 Fitted microscopic rate constants of SPIF growing in the presence of NaCl and CaCl₂

表 2 NaCl和CaCl₂诱导的大豆分离蛋白纤维的二级结构含量

Table 2 Secondary structure proportions of SPIF induced by NaCl and CaCl₂

注：同列不同小写字母表示不同样品存在显著差异（P<0.05）。

PART.02

结论

重点总结了NaCl和CaCl对大豆分离蛋白（SPI）纤维化过程的影响。研究表明，这两种盐能显著提高纤维生长速率，促进纤维形成并调节形貌。在初期阶段，它们促进SPI水解，增加游离巯基和表面疏水性，减小粒径，缩短迟滞期；中后期则提高成核速率，促使纤维缠绕形成团簇结构。CaCl₂因离子特性比NaCl效果更显著。研究为SPI纤维在食品中的应用提供了理论依据，但功能特性和实际应用仍需进一步探讨。

PART.03

思维导图

引用本文：袁兵兵，赵贺开，闫世长，等. NaCl和CaCl2对大豆蛋白纤维生长过程及形貌的影响[J]. 食品工业科技，2025，46（22）：52−60. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024090330.

Citation：YUAN Bingbing, ZHAO Hekai, YAN Shizhang, et al. Effects of NaCl and CaCl2 on the Growth Process and Morphology of Soy Protein Isolate Fibrils[J]. Science and Technology of Food Industry, 2025, 46(22): 52−60. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024090330.

通信作者简介

李杨，男，中共党员，东北农业大学食品学院博士研究生导师，国家大豆工程技术研究中心执行主任，国家科技部中青年科技创新领军人才，国家“万人计划”科技创新领军人才，国家“万人计划”青年拔尖人才，霍英东教育基金会青年教师基金获得者，黑龙江省杰出青年基金获得者，黑龙江省青年科技奖获得者，东北农业大学“杰出学者”、“学术骨干”、“青年才俊”；东北农业大学“青年五四奖章”获得者；东北农业大学科研先锋岗。2007年以来，一直从事粮食、油脂及植物蛋白方向的研究工作。公开发表SCI检索论文173篇，第一/通讯作者身份发表136篇，作为通讯作者发表ESI高被引论文10篇。

（以上信息来自网络）