山羊乳作为一种重要的乳制品，因其高营养价值和易消化性而受到广泛关注。山羊乳比牛乳更接近母乳的构成，更易被婴幼儿及儿童消化。此外，山羊乳制品作为一种营养全面的食品，对于老年人普遍存在的消化吸收差、肌肉退化、钙质流失严重等营养健康问题也具有很好的改善作用。乳清蛋白是山羊乳的主要蛋白质成分之一，具有多种生物活性功能，如抗菌、免疫调节和抗氧化等。由于其营养价值高、生物活性好、功能特性优越，在食品工业中得到了广泛的应用。然而，山羊乳乳清蛋白在加工和贮存过程中容易发生结构变化，导致其功能特性发生改变。
山羊乳的热稳定性较差，常规热处理会改变其蛋白结构、物理化学性质和盐平衡。电子束辐照（EBI）是一种新兴的非热加工技术，通过高能电子束对食品进行处理，可以有效杀灭微生物、延长保质期，并可能改变蛋白质的结构和功能特性。EBI是利用电离辐射产生的电磁波杀灭食品中的微生物，直接杀菌是射线使微生物的蛋白质、核酸等结构直接发生断裂、交联等，间接杀菌是食品内水分子经过辐照后分解成过氧化氢、羟自由基等，使生物大分子经氧化还原反应发生结构改变。和其他杀菌技术相比，EBI技术具有安全性较高、作用时间短、成本低、杀菌种类多、避免二次污染等优点，更重要的是，其工业生产易于实施。尽管EBI具有许多优点，但在实际应用中其对食品中某些成分的影响还需要进一步研究，以确保所生产食品品质的安全性。
近年来，有关EBI处理对蛋白质结构和功能影响的研究逐渐增多。研究表明，EBI可以引起蛋白质分子结构的改变，如二级结构的破坏、三级结构的解折叠以及分子间交联的形成，这些结构变化可能导致蛋白质功能特性的改变，如溶解性、乳化性和凝胶性等。Wang Li等研究了EBI对小麦胚芽蛋白水解物的影响，发现EBI可能会改变麦芽蛋白的构象、结构、表面形状和分子质量，在10 kGy时其乳化能力最强，25 kGy时起泡性达到最大值。同时EBI可增强小麦胚芽蛋白水解物的抗氧化活性。类似地，Liu Yun等通过EBI处理蛋清蛋白，研究蛋白质分子间作用力的变化，以及蛋白质解折叠、交联、聚集和重排引起的构象变化，发现EBI诱导的蛋清蛋白显示出更好的溶解度、更高的乳化活性和更强的抗氧化能力。然而，目前鲜见EBI对山羊乳浓缩乳清蛋白（WPC）影响的研究。因此，西北农林科技大学食品科学与工程学院的李其其、葛武鹏*和杨凌核盛辐照技术有限公司的李奎*等探讨EBI处理对WPC结构与功能的影响，以期为山羊乳制品的加工和贮存提供理论依据和技术支持。
1 EBI处理对WPC粒径与ζ-电位的影响
粒径直接体现蛋白质的分子大小，通常与分子质量相关，分子质量越大，粒径也越大。如图1a所示，WPC经过不同剂量EBI处理后，其粒径随剂量的增加而呈现先减小后增大的趋势。在5 kGy剂量下，WPC的平均粒径最小，为（309.17±2.12）nm。这可能归因于EBI处理过程中，部分WPC被分解成小分子片段，导致WPC的平均粒径显著降低（P＜0.05）。类似地，Li Zhihao等观察到在低辐照剂量下，西瓜种子蛋白被分解成较小的组分。随EBI剂量的增加，EBI处理产生的自由基引起WPC氧化聚集，导致WPC裂解片段重新聚集成更大的颗粒。Zhang Meng等发现，与未处理组相比，6 kGy处理后豆渣蛋白的平均粒径有增加趋势。
ζ-电位反映粒子间静电排斥的程度，较强的排斥力将有利于蛋白质的稳定。如图1b所示，未处理WPC的ζ-电位为（-23.70±0.10）mV，当采用不同剂量EBI处理后，WPC的ζ-电位绝对值呈现先升高后下降的趋势。具体而言，当处理强度为7 kGy时，WPC的ζ-电位绝对值最大，为（28.10±0.26）mV。这可能归因于在EBI处理过程中，WPC内部的疏水基团被暴露，进而破坏了WPC分子表面的静电平衡，导致WPC的ζ-电位绝对值显著升高（P＜0.05）。随着EBI剂量的增加，WPC的ζ-电位绝对值出现降低趋势，WPC ζ-电位的变化趋势与其粒径结果相印证。
2 EBI处理对WPC凝胶电泳的影响
通过电泳条带评估不同剂量EBI对WPC分子质量分布的影响，蛋白质电泳条带的灰度不同，代表进入电泳凝胶的蛋白质含量存在差异。由图2可知，WPC条带分子质量由大到小依次为乳铁蛋白、血清白蛋白、免疫球蛋白、β-乳球蛋白和α-乳白蛋白，暴露于不同剂量EBI的WPC成分存在差异。当EBI剂量增加到3～5 kGy，观察到10～15 kDa条带随剂量升高而增加，高分子质量蛋白（55～100 kDa）含量有减少的趋势。这可能是高分子质量蛋白经EBI处理后出现裂解造成的。当EBI剂量＞7 kGy时，在SDS-PAGE条带中，观察到低分子质量蛋白质（10～15 kDa）含量减少，而25～40 kDa间的条带有逐渐增加的趋势，这可能是大剂量EBI促进低分子质量蛋白质聚集造成的。该结果表明，WPC肽链的断裂和聚合与EBI剂量有关。该结果与粒径、ζ-电位结果相印证。
3 EBI处理对WPC表面疏水性的影响
疏水性可以评估蛋白质展开/重折叠的水平以及活动位点的暴露情况。由图3可知，WPC的表面疏水性随EBI的升高而存在显著差异（P＜0.05），呈现先增加后减小的趋势，在5 kGy时，WPC的表面疏水性达到最大值，为49.0±0.5。在1～5 kGy内，表面疏水性显著增加（P＜0.05），表明埋在WPC中的非极性基团暴露于表面。EBI破坏氢键暴露非极性基团，促进WPC结构的展开，导致表面疏水性增加。当EBI剂量由7 kGy增加至15 kGy时，WPC的表面疏水性表现出显著下降趋势（P＜0.05），这可能是在较高的EBI剂量下，未折叠的蛋白通过非共价或共价相互作用交联，导致WPC的疏水基团重新向内折叠。类似地，Li Ziwei等使用EBI处理酪蛋白，发现其表面疏水性随着EBI剂量的增加呈现出先增加后下降的趋势（P＜0.05），在4 kGy时达到最大值。
4 EBI处理对WPC内源荧光光谱的影响
色氨酸最大内源性荧光光谱可以反映色氨酸残基在蛋白质中的相对位置，被用作表征蛋白质高等结构变化的指标，因此内源荧光是一种评估蛋白质三级结构展开程度的有效技术。如图4所示，EBI剂量会对WPC荧光强度产生影响。随着EBI剂量升高（0～5 kGy），WPC样品荧光强度逐渐增加，在EBI为5 kGy处理后显示最大的荧光强度，11 kGy时WPC的荧光强度低于未处理组样品。
低剂量EBI通过高能电子破坏氢键和疏水核心，使WPC结构展开，进而提升表面疏水性和功能活性，这种展开现象使原本包埋的疏水基团（如苯丙氨酸、亮氨酸侧链等）暴露于溶剂，进而引起荧光强度升高。而高剂量EBI因交联聚集导致WPC荧光物质被包裹，无法与探针结合，从而表现出荧光强度下降，导致表面疏水性下降。同时，EBI可能氧化色氨酸、甲硫氨酸等疏水侧链，生成亲水性产物，直接降低局部疏水性。这些发现表明，EBI可能破坏蛋白质的天然球状结构，从而导致WPC结构的展开以及非极性基团暴露于溶剂，与表面疏水性结果相印证。
5 EBI处理对WPC颜色的影响
由表1可知，当EBI剂量≤3 kGy时，L*值相对稳定，5 kGy时显著升高至峰值，为84.54，随后下降，15 kGy时达最低值，为81.93。其中，5 kGy组显著高于其他处理组（P＜0.05），15 kGy组与13 kGy组无显著差异，但显著低于0 kGy（P＜0.05）。低剂量辐照（5 kGy）可能引发蛋白质变性，增强光散射，提高明度；高剂量（＞7 kGy）则促进美拉德反应和脂质氧化，生成褐色产物，导致明度下降，反映出EBI剂量对结构的双重影响。
a*值随EBI剂量增加持续下降，11 kGy处理时达最低，13 kGy轻微回升。b*值和C*值同步上升，15 kGy达峰值，表明WPC黄色调加深和饱和度增强。H*值持续增大，由85.87°增大至88.48°，11 kGy处理时达峰值，15 kGy略降。这可能是由于EBI诱导脂质氧化生成黄色次级产物（如羰基化合物）。Yu Huilin等研究不同EBI剂量对大西洋鳕鱼质量指标的影响，发现a*值下降；Du Zhihong等研究EBI对大米贮藏期间的膨胀力、色泽、糊化和感官品质的影响，发现b*值升高，与本研究结果相似。
6 EBI处理对WPC游离巯基、总巯基含量的影响
由图5可知，随着EBI剂量的增加，WPC总巯基含量呈现先减少后增加的趋势，游离巯基呈现先增加后减少的趋势。当EBI＞5 kGy时，游离巯基含量显著下降（P＜0.05），总巯基含量显著上升（P＜0.05），说明超过5 kGy会加速蛋白质氧化变性。1～5 kGy时，游离巯基含量的上升可能是低剂量EBI能使部分包埋于WPC分子内部的巯基暴露，同时促进二级结构的部分解螺旋，进而导致二硫键的断裂。然而EBI又会使WPC溶液中的水等小分子物质发生电离，产生羟自由基等促进巯基的氧化，EBI＞5 kGy时，游离巯基含量显著下降，伴随总巯基含量显著上升，这与羟自由基的产生、暴露出的巯基更容易被氧化有关，也可能与WPC氧化、交联生成新的小分子物质有关。该结果与Jaczynski等研究EBI对狭鳕鱼鱼糜凝胶肌原纤维蛋白巯基含量的影响结果相似。
7 EBI处理对WPC羰基含量的影响
羰基含量是衡量蛋白氧化的重要指标之一，WPC经EBI处理后，羰基含量的变化如图6所示。1 kGy时，WPC溶液中羰基含量为6.25 nmol/mg。与对照组（0 kGy）相比，除1 kGy组羰基含量无显著差异外（P＞0.05），其余组别羰基含量均显著上升（P＜0.05）。3～5 kGy时，出现轻微氧化，WPC羰基含量为6.90～7.05 nmol/mg。当EBI＞7 kGy时，羰基含量上升速度加快，15 kGy时达到最大值，为15.05 nmol/mg。这可能是由于EBI生成的自由基攻击WPC中氨基酸侧链或多肽，形成羰基或其衍生物，使羰基含量增加。张晗等研究发现，随着EBI剂量的增加，鲈鱼肉肌原纤维蛋白羰基含量越高，与本研究结果一致。综上，适度的氧化可能通过促进蛋白质分子间适当交联，形成理想的凝胶网络结构。
8 EBI处理对WPC二级结构的影响
如图7所示，在3 600～3 200 cm-1范围内出现一个宽而强的吸收峰，该峰属于酰胺A带，对应于N—H键伸缩振动。酰胺I带的吸收峰位于1 700～1 600 cm-1，该处强吸收峰主要由C＝O键伸缩振动引起。EBI处理过的样品均有向低波数移动的现象，在5 kGy时，特征吸收峰红移至1 647.65 cm-1。酰胺II带的吸收峰出现在1 595～1 500 cm-1，在1～7 kGy时该峰向低波数轻微偏移，在9～15 kGy时该峰向高波数偏移，主要源于N—H键弯曲振动与C—N键伸缩振动。在1 330～1 250 cm-1范围内酰胺III带的波数未出现明显变化，与C—N键伸缩振动和N—H键弯曲振动相关。FTIR中酰胺I带与蛋白质的二级结构紧密相关，对蛋白质的二级结构和稳定性的变化高度敏感。如果α-螺旋和β-折叠比例高，说明结构更有序、更致密。而β-转角和无规卷曲增加，整体结构可能变得松散。
由图8可知，随着EBI剂量上升，WPC中的α-螺旋和β-折叠含量呈现先降低后升高的趋势，在5 kGy时达到最低值。β-转角和无规卷曲含量呈现出先升高后下降的趋势，在5 kGy时达到最高值。结合4种结构变化的分析表明，随着EBI剂量的增加（0～5 kGy），WPC结构逐渐变得不稳定。该观察结果可能归因于在EBI处理期间WPC结构的破坏和展开，最终变得松散且灵活。Li Zhihao等发现随着EBI剂量的增加，西瓜种子蛋白的α-螺旋和β-折叠结构含量相对较低，同时降低了β-转角和无规卷曲的含量。
EBI剂量（＞5 kGy）的持续增加，诱导WPC碎片的积累和聚集，α-螺旋和β-折叠比例增加，从而形成了稳定的结构。这可能归因于未折叠的WPC通过侧链之间的相互作用而聚集，增加了WPC内的有序结构。Zhang Xinxia等使用EBI处理水稻蛋白，观察到酰胺带的强度在5～10 kGy之间的增加程度远高于其他组。低剂量EBI产生的能量太小，无法引起蛋白质中化学键的明显振动变化。当EBI剂量继续增加时，电子束能量更大，对蛋白质结构的影响倾于饱和，化学键振动强度的增加程度降低。
9 EBI处理对WPC热稳定性的影响
DSC可以测定生物大分子的热力学性质，用于反映蛋白质分子之间相互作用。由图9可知，在加热过程中，各WPC样品在100～140 ℃时出现一个较宽的吸热峰。热变性温度指当蛋白质分子处于去折叠状态和折叠状态含量相等时的温度。未处理的WPC热变性温度为115.7 ℃，EBI处理后WPC热变性温度随EBI剂量的增加呈现先降低后升高的趋势。在5 kGy时，WPC热变性温度达到最低值，为114.3 ℃，随后呈现上升趋势，在15 kGy时WPC热变性温度升高至116.5 ℃。原因可能是EBI处理改变了WPC二级结构结构，5 kGy时，WPC内肽链展开，刚性结构变得更加松散，出现解折叠现象。热变性温度升高的原因可能是高剂量EBI处理后产生的活性物质不断氧化WPC，WPC内小分子片段重新聚集，形成新的分子间作用力，折叠形成新的结构，导致难以降解。这表明蛋白质热稳定性的降低有利于蛋白质内部的疏水基团暴露，与水分子形成新的作用力，有利于改善蛋白质的亲-疏水性平衡。
10 EBI处理对WPC微观结构的影响
如图10所示，不同EBI剂量下WPC的微观形态发生变化，未处理的WPC表面光滑无孔洞，且有球形颗粒。在1～5 kGy时，经EBI处理的WPC颗粒表面也有球形结构，但并不规则。在3 kGy时出现碎片，表面完整性降低。5～7 kGy时，蛋白碎片尺寸进一步减小，颗粒被挤压成椭球形，且出现轻微交联，表面出现孔洞，表明WPC颗粒被穿透。当EBI剂量达到9～15 kGy时交联现象加重，孔洞更加密集且尺寸有增大迹象，同时形成聚集体。SEM结果显示，EBI处理破坏了WPC粉末的微观表面结构，并且随着EBI剂量的升高，破坏程度增加。因此，EBI引起WPC颗粒表面的穿刺孔和结构的破坏可能是导致疏水性及功能性质变化的原因。类似地，Jin Yan等发现当EBI剂量从1.08 kGy增加到5.40 kGy时，蛋清蛋白穿刺孔扩大、孔数增加、表面凹凸不平。
11 EBI处理对WPC溶解度的影响
溶解度可以间接反映蛋白质与蛋白质、水之间的相互作用，并影响蛋白质的功能特性。如图11所示，当E B I剂量增加到5 k G y时，蛋白质的溶解度由（70.00±1.93）%显著增加至（88.80±1.58）%（P＜0.05）。当EBI剂量继续增加时（7～15 kGy），溶解度呈下降趋势。初步分析表明，粒径和二级结构是影响WPC溶解度的关键因素。较小粒径改善了其溶解度，EBI使WPC碎片化导致粒径降低，进而使溶解度升高。大剂量EBI（7～15 kGy）诱导WPC变性，并随着EBI剂量的逐渐增加而促进其聚集和沉积，这使得WPC的粒径变大并降低其溶解度。溶解度增加也可能是由于WPC构象的变化，在EBI处理下WPC结构展开，使WPC表面极性基团的含量增加，从而导致蛋白质和水相互作用增强。此外，有研究表明EBI处理可能会导致蛋白质脱核酸，将蛋白质中的酰胺基转化为酸基，该基团从抗水结合到水结合，从而增加了蛋白质的溶解度。
12 EBI处理对WPC起泡性能的影响
蛋白质的起泡特性与其在气液界面处的成膜能力相关，并受到溶解度及其化学结构的影响。如图12所示，不同EBI剂量下WPC的起泡性和泡沫稳定性呈先增后减的趋势。随着EBI剂量的增加（3～5 kGy），WPC的起泡性和泡沫稳定性显著增加，这表明起泡能力显著提高（P＜0.05）。在5 kGy剂量时，起泡性和泡沫稳定性均达到最大值，起泡性由（113.8±1.8）%增加至（119.5±0.7）%，泡沫稳定性由（103.0±0.7）%增加至（113.8±0.4）%。当EBI剂量增加到9～15 kGy时，起泡性和泡沫稳定性均有下降的趋势。在本研究中，起泡性和泡沫稳定性均与溶解度的变化趋势相同。溶解度越大，越有利于蛋白质在溶液中扩散，从而在空气-溶液界面形成内部蛋白质层，提高蛋白质的起泡性。
此外，在FTIR中观察到，β-转角和无规卷曲的含量先升后减，这代表结构变得松散无序。展开后的分子通过疏水基团暴露于气相，亲水基团溶于液相，显著降低界面表面张力，从而促进泡沫形成。关于泡沫稳定性的变化，推测EBI处理后WPC碎片化和表面疏水性的增强会使WPC的泡沫稳定性得到改善。泡沫稳定性与蛋白质膜的弹性有关，适量疏水基团暴露可增强分子间疏水相互作用，促进界面膜交联，延缓气泡破裂。
13 EBI处理对WPC乳化性的影响
通过EAI和ESI评估EBI前后WPC的乳化性变化。EAI和ESI分别表示蛋白质在特定时间范围内形成乳液和乳液稳定性的能力。如图13所示，EAI和ESI显示出相同的变化趋势，EBI剂量从1 kGy增加到5 kGy时，EAI和ESI均显著增加（P＜0.05），EAI由（25.0±0.3）m2/g增加至（33.3±1.7）m2/g，这可能是由于EBI处理将WPC内部疏水基团暴露于表面。在乳化过程中，亲水性残基将趋向于水溶液，疏水侧链与油相互作用，促进蛋白质和水-油界面之间的有效吸附和扩散，并降低了界面张力。同时，较小粒径和较低表面电荷可以加速其在油-水界面的聚集，并促进更紧密的界面堆积。当EBI剂量由7 kGy增加到15 kGy时，EAI和ESI出现降低趋势（P＜0.05），可能是因为在较高的EBI剂量下，展开的蛋白质分子之间发生交联，WPC溶解度降低，导致乳化能力有所下降。Wang Li等也发现EBI超过一定的剂量使小麦胚芽蛋白表面基团的平衡失调，导致其水解物乳化性质降低。
结 论
本实验研究不同剂量EBI（0、1、3、5、7、9、11、13、15 kGy）处理对WPC结构和功能性质的影响。结果表明，粒径与ζ-电位呈现先减（0～5 kGy）后增（7～15 kGy）的趋势，同时电泳条带可显示WPC肽链断裂和聚合的情况。内源荧光光谱和表面疏水性分析表明WPC色氨酸等疏水残基的暴露与掩盖情况，颜色参数直观体现了EBI对WPC溶液外观颜色的影响，表现出黄色调加深和饱和度增强，色调角持续增大。游离巯基、总巯基和羰基含量的变化趋势表明EBI处理对WPC内二硫键产生先断裂后生成的影响，且对WPC氧化程度具有影响。FTIR分析结果表明，EBI处理使WPC二级结构中4种结构发生变化，表明EBI处理对WPC结构展开和折叠具有影响。DSC结果表明WPC结构变化对其热稳定性具有影响。同时EBI处理还破坏了WPC的完整性，SEM图像表明WPC出现碎片化和碎片聚集，且表面出现不均匀的孔洞。此外，EBI亦可改善WPC的功能性质。5 kGy时，WPC溶解度最大，后出现缓慢下降趋势（7～15 kGy）。WPC溶解度对其乳化性与起泡性具有重要影响，因此，三者有相同变化的趋势。
综上所述，EBI影响WPC结构性质的同时，亦会引起WPC功能性质的改变。与其他剂量相比，在5 kGy的剂量下，WPC的平均粒径最低，二级结构更加松散，三级结构中疏水基团暴露最多，出现轻微氧化现象，表现出更高的溶解度、更优的起泡性能和乳化性能。因此，WPC在5 kGy剂量下的功能性质变化最大。本研究可为EBI对WPC的改性提供理论依据，并为EBI处理WPC的应用提供一定参考。
第一作者：
李其其 硕士研究生
西北农林科技大学食品科学与工程学院
李其其，西北农林科技大学食品科学与工程学院硕士研究生在读。在校期间，系统学习了食品化学、食品营养学、食品加工工艺学等核心课程，奠定了扎实的专业理论基础。研究方向聚焦于食品蛋白质的物理修饰技术，硕士论文围绕电子束辐照对乳清蛋白性质的影响展开，掌握了蛋白质结构解析、功能特性评价及数据分析等一系列科研技能，并培养了严谨的科学思维和独立研究能力。通过该研究，旨在阐明电子束辐照诱导山羊乳清蛋白结构变化与功能之间的构效关系。同时，我也抓住机会深入专业领域前沿，“2024世界羊奶产业学术交流大会”让我接触到全球范围内的最新研究进展与产业化动态。
在学习和工作期间，我取得了一些阶段性成果与荣誉。曾获研究生校级一等奖学金及校级“优秀大学生”称号。除了在学术科研领域潜心钻研，我同样高度重视在实践中锤炼自我、服务社会。入学以来，我积极投身于各类志愿服务与社会实践，将党员的奉献精神与责任担当融入实际行动。我多次主动承担校级大型活动的志愿服务工作。
通信作者：
葛武鹏 教授
葛武鹏，男，博士，教授。兼任陕西省奶山羊产业技术体系乳品加工的岗位科学家，陕西省奶山羊技术创新与产业发展联盟产品开发岗位科学家，陕西省食品科学技术学会理事，陕西省标准化协会会长。
一、学习情况
1985-1989，西北农业大学农产品加工与贮藏 工学学士；
1989-1992，西北农业大学食品科学 工学硕士；
2002-2009，西北农林科技大学食品科学 工学博士。
二、研究领域或方向
主要从事乳及乳制品科学研究。涉及乳及乳制品的基础应用科学、食品生物技术、生产工艺技术、品质控制技术、乳品检测与食品安全技术、新产品研发、食品加工新工艺及新技术的应用等，同时注重解决乳品工业中影响生产效率、产品质量及乳品快速检测等实际问题。
三、工作经历
1992-2009，西安普惠食品集团公司、西安泰普克食品有限公司、西安赛高国际公司、西安伊利泰普克饮品有限公司、大连华乳集团等多家中外合资公司， R&D及品质管理工作；2009至今，西北农林科技大学食品科学与工程学院，副教授、教授。
四、开设课程
承担本科生《食品发酵工艺学》《食品感官评定》等课程及实验、实习教学，承担硕士研究生《食品工程技术开发与工艺设计案例分析》课程。
引文格式：
李其其, 毕晓阳, 罗皓文, 等. 电子束辐照对山羊乳浓缩乳清蛋白结构与功能的影响[J]. 食品科学, 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.
实习编辑：林安琪；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
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