作者:Chinta sidharthan博士，Lily Ramsey，法学硕士，2024年7月1日
制药和食品行业通常使用高压处理来制造乳剂，均质凝胶和悬浮液，延长产品保质期，灭活微生物生长，打开和提取软体动物和甲壳类动物的肉。
然而，众所周知，高压会影响蛋白质等生物分子的结构。在最近发表在《食品化学进展》上的一项研究中，研究人员讨论了高压如何影响蛋白质结构、展开、再折叠和结晶。
研究:高压对蛋白质结构、再折叠和结晶的影响。图片来源:Eaum M/Shutterstock.com
高压处理作为一种可靠的非热巴氏灭菌选择的批准已经导致该技术在食品和制药行业的广泛接受和应用。
高压灭活微生物生长和防止腐败的特性被广泛应用于提高耗材产品的保质期。
海鲜、肉类、水果和乳制品是最常见的高压加工产品。但是，药品等医药产品可以使用高压处理设备进行灭菌，如液压驱动增压机、空气驱动气压放大器、均质机、氧气增压机等。
尽管该工艺具有许多优点，例如均匀性，风味变化最小，以及有效地灭活细菌，病毒和霉菌等，但主要缺点之一是需要昂贵的设备和压力安全的材料。
高压还可以改变各种生物分子和化合物的分子结构，这可能是有利的，也可能是不利的。
在本研究中，研究人员讨论了高压处理对蛋白质结构、展开、再折叠和结晶的影响，以确定这种灭菌和保存过程是否应该继续用于富含蛋白质的食物。
蛋白质是由氨基酸通过多肽键连接在一起组成的，这些氨基酸经过不同类型的折叠形成二级、三级和四级结构。即使是微小的变化，比如一个氨基酸，也能改变蛋白质的结构和功能。
蛋白质暴露于高压下可导致分子间和分子内相互作用的可逆或不可逆改变。低于200兆帕斯卡(MPa)的压力通常具有可逆效应，例如聚合物结构被解离成各种亚基。然而，超过200mpa的压力会使蛋白质变性并导致酶失活。
高压会破坏非共价键和氢键，以及将蛋白质的二级、三级和四级结构结合在一起的疏水和电子相互作用。
这些变化也会影响蛋白质的稳定性。然而，二硫键在蛋白质的折叠和稳定中也起着重要的作用，在某些情况下，高压会形成新的硫化物键。
研究人员讨论了高压处理中的变量，如保存时间和压力水平，如何影响变性程度和蛋白质稳定性。最终，蛋白质结构的变化取决于高压加工变量和产品变量中的变量。
该研究还展示了产品变量如何影响蛋白质，如β-乳球蛋白、卵清蛋白、溶菌酶、过氧化物酶和多酚氧化酶、肌纤维蛋白和乳酶。
此外，研究人员还讨论了优化高压处理方法的方法，以尽量减少蛋白质结构的损伤。
蛋白质错误折叠与严重的人类疾病有关，如阿尔茨海默病和囊性纤维化。蛋白质的折叠不仅决定了它的稳定性，也决定了它的功能。
基于细胞的表达是一种允许大规模生产生物活性化合物的方法，并且大多数生产的重组蛋白是非天然的，无活性的生物聚合物。
这些蛋白质需要重新折叠才能形成具有生物活性的蛋白质形式，高压处理可以不同程度地影响这些蛋白质的折叠和再折叠。
例如，在牛血清白蛋白中，高压引起蛋白质聚集，而高压引起肌纤维蛋白的展开和变性。
该研究讨论了影响蛋白质再折叠的各种参数，如稀释率、氧化还原条件和pH。研究人员还研究了多大的静水压力可以用于折叠、展开和重新折叠蛋白质。
蛋白质是对映体;它们以两种形式存在:不重叠和互为镜像。
因此，它们不能形成棱柱形或多面体晶体，并且容易因辐射或温度而损坏。然而，蛋白质不太容易变性，在晶格形式下更稳定。
研究人员全面总结了蛋白质结晶的过程，以及可能刺激或改善蛋白质结晶过程的因素。他们还讨论了高压对蛋白质结晶的影响，这通常取决于蛋白质的类型。蛋白质如溶菌酶在高压下更容易溶解，不形成晶体，而葡萄糖异构酶在不断增加的压力下形成四方晶体。
本文详细介绍了高压加工及其在制药和食品工业中的应用。
研究人员还研究了高压如何影响不同类型蛋白质的结构、再折叠和结晶。
研究结果表明，由于不同的蛋白质在高压下表现出高度可变的稳定性、重折叠和结晶行为，因此很难得出高压对蛋白质影响的一般性结论。
因此，必须根据构成产品的蛋白质，在检查蛋白质在加工条件下的稳定性后，进行高压加工。
