《Food Chemistry》：Radio frequency-assisted mitigation of off-flavor formation in pea protein isolate
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本研究针对豌豆蛋白普遍存在的异味问题，创新性地采用射频（RF）预处理技术，系统探究了其在灭活脂氧合酶（LOX）、保留蛋白得率、抑制脂质氧化及减少异味化合物形成方面的效果与机制。研究发现，优化后的温和RF处理（如8 cm极板间距、30分钟）可在低于100°C条件下实现LOX活性降低80%以上，同时较好地保留了内源性酚类化合物，后者通过稳定自由基并促进羟基十八碳二烯酸（13-HODE）积累，而非挥发性异味物质，有效阻断了脂质氧化链式反应。该研究为植物蛋白加工中异味控制提供了新策略，对提升豌豆蛋白的感官品质与商业价值具有重要意义。
随着全球对可持续植物蛋白需求的激增，豌豆因其高产量、优良蛋白品质和低生产成本脱颖而出，成为商业应用的明星作物。然而，一股难以驱散的“豆腥味”、“青草味”和“土霉味”却成了豌豆蛋白广泛应用的“拦路虎”。这些不受欢迎的风味主要来自脂质氧化产生的一系列挥发性化合物，如己醛、戊醛等，而脂氧合酶（LOX）被认为是启动这一氧化“连锁反应”的关键酶。传统的热烫、烘烤等热处理方法虽能抑制LOX活性，但往往需要高温（>100°C）长时间处理，易导致蛋白变性、溶解度下降、得率损失，并可能因加热不均引发非酶促脂质氧化，可谓“顾此失彼”。因此，开发一种高效、温和且均匀的预处理技术，在灭活LOX的同时最大限度保留蛋白功能性质并抑制异味形成，成为产业界和学术界的共同追求。
射频（RF）加热技术以其穿透深度大、加热相对均匀、易于控制等优势，在食品加工领域展现出潜力。它通过介电加热和离子传导使物料内部快速生热，有望实现对豌豆种子中LOX的快速、温和灭活。那么，RF预处理能否成为破解豌豆蛋白异味难题的“金钥匙”？它又是如何影响脂质氧化路径和最终产品风味的？为此，研究人员开展了一项系统研究，成果发表在《Food Chemistry》上。
为解答上述问题，研究团队设计了一套完整的技术路线。首先，他们对豌豆种子进行了一系列不同条件的RF预处理（系统调整了极板间距、加热时间和样品厚度），并以传统烤箱加热和未处理样品作为对照。关键实验技术包括：1） 使用定制射频设备对豌豆种子进行预处理；2） 测定处理后种子的LOX活性；3） 通过碱溶酸沉法从处理过的种子中提取豌豆分离蛋白（PPI），并计算蛋白得率与回收率；4） 分析PPI中的总酚含量（TPC）、脂质氢过氧化物（PV）、特异性氧化产物13-HODE、以及通过电子顺磁共振（EPR）检测的自由基（FRs）浓度；5） 采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）技术精准定量PPI中关键的豆腥味挥发性化合物（如己醛、1-己醇等）。
3.1. 筛选RF处理条件对LOX活性抑制效果及对蛋白得率的副作用
研究发现，未经处理的对照样品LOX活性最高。RF处理能显著降低LOX活性，且灭活效果随处理强度（温度/时间）增加而增强。当极板间距10 cm加热30分钟（样品底层温度达141°C）或15 cm加热30分钟（底层温度110°C）时，LOX活性几乎完全丧失。然而，这种高强度RF处理也导致了蛋白得率和回收率的显著下降（高达50%损失），并伴随种子局部过热和变色，表明过度热处理对蛋白提取产生了负面影响。
3.2. 优化RF条件以实现最高得率并抑制异味形成
3.2.1. 豌豆在RF处理过程中的温度分布和加热速率
通过红外热成像分析发现，RF加热的均匀性受极板间距、样品厚度和处理时间显著影响。减小极板间距或增加处理时间会提高加热速率和最高温度，但也更容易导致温度分布不均和局部过热。将样品层厚度从6.5 cm减至1.2 cm，并结合适当的极板间距（如8 cm），有助于获得更均匀的热分布。
3.2.2. 优化/温和RF条件下的LOX活性
优化后发现，即使平均温度低于100°C的温和RF处理（如8 cm极板间距加热30分钟，平均温度约72°C），也能使LOX活性降低80%以上，效果优于相同温度下的传统加热。这表明RF加热在灭活LOX方面更具效率，可能与其电场效应促进蛋白质构象改变有关。
3.2.3. 优化/温和RF条件下的质量得率和蛋白回收率
温和的RF条件（如8 cm/15 min, 10 cm/10 min, 8 cm/30 min）下获得的蛋白得率和回收率与未处理对照组和传统烤箱加热组无显著差异，表明这些条件成功避免了蛋白的过度热变性，保障了提取效率。而更剧烈的RF处理（如8 cm/45 min, 15 cm/30 min）则导致得率和回收率显著降低。
3.2.4. RF处理对蛋白分离物中总酚含量的影响
总酚含量（TPC）是重要的天然抗氧化剂。温和RF处理（如8 cm/30 min）的PPI中TPC与对照组相当，甚至略有升高，可能源于适度加热促进结合酚类释放。而高强度RF处理则导致TPC显著下降（降幅可达30%），表明酚类物质在高温下被降解，削弱了体系的抗氧化防线。
3.2.5. RF处理对豌豆蛋白分离物中EPR检测自由基的影响
EPR检测发现，自由基（FRs）水平与处理条件呈非线性关系。适中的RF处理（8 cm/30 min）使PPI中FRs浓度达到最高，表明脂质氧化处于自由基生成和积累的增殖期，但抗氧化系统（如酚类）仍部分有效，阻止了氧化向终产物大量生成的阶段快速发展。而高强度RF处理虽有效灭活了LOX，但FRs浓度却极低，推测因高温促使自由基快速反应、淬灭或转化为EPR信号沉默的稳定产物（如氢过氧化物、羰基化合物等），意味着氧化已进入后期阶段。
3.2.6. RF处理对豌豆蛋白分离物中初级和次级脂质氧化的影响
脂质氢过氧化物（PV）是初级氧化产物。对照组PV最低。所有热处理均使PV升高，且PV随RF处理强度增加而增加。特别在剧烈RF处理后，PV显著升高，但同时伴随着FRs下降和TPC损耗，表明氧化已进入氢过氧化物快速形成并分解的阶段。13-HODE是亚油酸氧化产生的一种相对稳定的羟基酸。研究发现，适中RF处理（8 cm/30 min）的PPI中13-HODE含量最高，而剧烈处理则其含量很低。这表明在适中条件下，存在的酚类等抗氧化剂可能将不稳定的氢过氧化物（13-HpODE）还原成了稳定的13-HODE，从而“截留”了氧化路径，减少了分解为小分子挥发性异味物质（如己醛）的机会。相反，剧烈处理下抗氧化剂被破坏，氢过氧化物更倾向于分解生成异味物质。
3.2.7. RF处理对豌豆蛋白分离物中豆腥味挥发性化合物形成的影响
对关键异味挥发物的分析证实了上述机制。优化的RF处理（8 cm/30 min）显著降低了多数醛类（如己醛、戊醛）和醇类（1-己醇、1-戊醇）等主要豆腥味成分的含量。而高强度RF处理则导致这些异味化合物，特别是己醛的含量急剧上升，甚至远高于未处理对照组。这表明不当的热处理不仅无法改善风味，反而会因引发严重的非酶促脂质氧化而加剧异味。
4. RF处理对蛋白质中异味形成的多变量分析
主成分分析（PCA）清晰地展示了不同处理的效果差异。温和RF处理（如8 cm/30 min）位于PCA图左侧，与较高的FRs、13-HODE和TPC相关联，代表一种“受控的”或“偏向稳定产物积累”的氧化状态。而未处理组和传统加热组则与某些特定醇类关联。剧烈RF处理（8 cm/45 min, 15 cm/30 min）位于PCA图最右侧，与高PV、己醛、壬醛等高级氧化标记物强烈正相关，代表“剧烈的”、“失控的”脂质氧化状态。聚类分析结果也支持了PCA的结论。
5. 结论
本研究成功论证了优化参数的射频（RF）预处理作为减少豌豆蛋白分离物（PPI）中脂质氧化相关异味形成的有效策略。关键在于找到了平衡点：适中的RF条件（如极板间距8 cm，处理30分钟，平均温度约75°C）能在不完全破坏豌豆种子内部抗氧化体系（特别是酚类化合物）的前提下，高效灭活脂氧合酶（LOX）。这种处理通过将脂质氧化路径导向形成相对稳定的13-HODE，并维持一定的自由基“池”，从而有效遏制了向挥发性异味化合物（如己醛）的转化，实现了LOX灭活、蛋白得率保持和异味抑制的三重目标。反之，过强或不均的RF加热会耗尽天然抗氧化剂，引发剧烈的非酶促脂质氧化，反而促进异味形成并损害蛋白功能性质。该研究为植物蛋白加工中精准控制脂质氧化、改善产品风味品质提供了重要的理论依据和实践方案。
