《Food Hydrocolloids》：How Volatile Sulfur Compounds Reshape Soybean Protein: From Multiscale Molecular Binding Mechanism Study to Emulsion System Design
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SPI与挥发性硫化合物多尺度相互作用及乳液功能调控机制研究。采用光谱分析、分子对接和乳液性能评估，发现硫醚类VSCs通过疏水-氢键复合增强SPI胶束稳定性，其中勒帕定因共轭结构形成双氢键（ΔG=-11.97 kcal/mol），显著改变SPI二级结构（α-螺旋减少44%，β-折叠增加37%）和颗粒尺寸（增大101%），同时通过HS-GC-IMS证实其调控脂质氧化副产物（如己醛）和增香酯类（如乙酸乙酯）释放。该成果为植物基肉制品风味定向调控提供新范式。
孙海兰|邱云珠|钱逸蓉|梁静怡|余泽宇|陈晓|赵丽燕
南京农业大学食品科学与技术学院，中国南京210095
摘要
本研究探讨了大豆蛋白分离物（SPI）与关键挥发性硫化合物（VSCs）——二甲基二硫化物（DMD）、二甲基三硫化物（DMT）和硫氰酸烯丙酯（LEN）之间的多尺度相互作用及其在乳液系统中的功能效应。多光谱分析和分子对接研究表明，VSCs主要通过疏水作用和氢键与SPI结合。DMD、DMT和LEN的结合亲和力（ΔG）分别为-9.01、-10.40和-11.97 kcal/mol。由于LEN独特的环状结构，它与ASN150和LEU152残基形成了两个氢键，显示出最强的结合能力。这种结合导致SPI发生构象变化，α-螺旋含量从14.9%降低到10.5%，β-折叠结构从23.6%增加到32.3%，表明SPI部分展开并聚集。微观结构分析证实了VSCs引发的聚集现象。LEN引起的变化最为显著：颗粒大小增加了100.9%，表面疏水性降低了89.00%，这与原子力显微镜（AFM）观察到的不规则聚集现象一致。在SPI稳定的水包油乳液中，VSCs的结合强度顺序为LEN > DMT > DMD，这一点通过风味保留测量得到验证。此外，VSCs通过疏水作用增强了界面蛋白层，显著提高了乳液活性指数（EAI）和稳定性指数（ESI）。顶空气相色谱-离子迁移谱（HS-GC-IMS）显示，VSCs（尤其是LEN）通过减少杂味化合物（如己醛和1-辛烯-3-酮）的释放，同时促进宜人酯类（如乙酸乙酯和丙酸乙酯）的释放。本研究为设计具有特定风味的功能性食品提供了机制基础，阐明了VSCs在植物基乳液系统中作为风味调节剂和稳定剂的双重作用。
引言
大豆蛋白分离物（SPI）作为一种主要的植物基成分，因其高营养价值（富含必需氨基酸）、显著的功能多样性（如凝胶化、成膜）和有效的乳化性能，被广泛用于配方食品中，尤其是在植物基肉类替代品（PBMAs）中（C.-H. Tang, 2017; Zheng et al., 2022）。SPI作为主要原料，在PBMAs的实际生产中起着关键作用。先进技术，包括高水分挤出、高压均质化、3D打印和纺丝技术，已显著提高了模仿动物肉类的纤维质地和口感的效果（W. Tang et al., 2025）。然而，风味是消费者的主要感官线索，其接受度对PBMAs的市场可行性至关重要。这些产品的一个持续挑战是风味质量不稳定，常常表现为明显的豆腥味或不良气味，目标风味的包封效率低，以及肉香感知较弱（Yang et al., 2023）。SPI吸附和结合风味化合物的能力对其感官感知和消费者接受度有重要影响（J. Zhang et al., 2021）。因此，理解蛋白质-风味相互作用，特别是控制风味结合、保留和释放的机制，对于合理设计食品至关重要。
关键在于，这些感官问题通常源于SPI在胶体系统中的行为。SPI在商业PBMAs配方（如汉堡、肉末）中乳化复杂的脂肪-水-蛋白质基质。这些乳液凝胶的界面主导结构直接控制着风味的结合/释放动力学（Doi et al., 2019; Lei et al., 2025）。因此，解决PBMAs中的风味缺陷需要深入了解SPI与挥发性硫化合物（VSCs）在乳液环境中的相互作用，其中界面蛋白的构象决定了感官结果。SPI吸附风味化合物的能力已有充分记录；然而，现有研究往往忽视了胶体层面的影响。虽然已有大量研究探讨了SPI与标准风味类别（如醛类（Jia et al., 2024）和酮类（J. Xu et al., 2025）的相互作用，但在其与VSCs的结合行为方面仍存在基本空白。VSCs，包括硫化物（如二甲基二硫化物和二甲基三硫化物）、含硫杂环化合物（如硫氰酸烯丙酯）、硫醇（如甲基巯基丙烷）和硫氰酸酯（如异丁基异硫氰酸酯），赋予肉类替代品和发酵食品特有的鲜味、鲜味、葱味和蘑菇味（Luo et al., 2024）。它们通过潜在的二硫化物交换或硫醇配位表现出异常的反应性（Xie et al., 2020）。因此，理解SPI-VSC相互作用对于基础科学和实际解决快速发展的植物基肉类产业中的风味缺陷和杂味问题至关重要。然而，现有的SPI-VSC研究仅限于溶液相亲和力测量（X. Chen et al., 2023; Jin & Wei, 2023），忽略了三个关键方面：（1）结合的多尺度结构后果；（2）VSCs引起的胶体重组；（3）在SPI界面结构控制风味释放的乳液系统中的功能转化（Lei et al., 2025）。
因此，本研究旨在阐明SPI与三种代表性VSCs（DMD、DMT、LEN）之间的多尺度结合机制，并展示它们对乳液系统中SPI功能的影响。我们假设VSCs通过特定的非共价相互作用与SPI结合，引起可测量的构象和胶体变化，从而调节SPI在水包油乳液中的乳化性能和风味吸附动力学。为了验证这一假设，我们采用了一种综合方法，包括：（1）通过顶空固相萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）直接进行结合评估；（2）使用光谱技术（荧光、UV-Vis、CD）探测结构和微观环境变化；（3）胶体表征（Zeta电位、颗粒大小、AFM）；（4）计算分子对接预测结合位点和模式；（5）使用顶空气相色谱-离子迁移谱（HS-GC-IMS）评估SPI稳定水包油乳液中的乳化性能（EAI、ESI）和气味组成特征。通过将SPI-VSC分子相互作用与胶体重组和实际乳液性能联系起来，本研究为理解硫风味如何在不同尺度上影响大豆蛋白的重组提供了新的见解。这些发现有望显著推进具有优异风味控制和感官特性的SPI食品的合理设计。
材料
大豆蛋白分离物（SPI，蛋白质含量90%）购自源远生物技术有限公司（上海，中国）。硫氰酸烯丙酯（纯度98%）和二甲基二硫化物（纯度98%）由上海阿拉丁生化技术有限公司（上海，中国）购买。二甲基三硫化物（纯度98%）来自J&K科技有限公司（北京，中国）。上述三种挥发性硫化合物（VSCs）的理化性质和结构信息见表S1。
SPI的硫风味结合能力
使用HS-SPME-GC-MS定量分析了蛋白质对风味化合物的吸附行为。如图1A所示，三种VSCs在0.5 mM浓度下在SPI中的保留率分别为：硫氰酸烯丙酯38.42%，二甲基三硫化物14.53%，二甲基二硫化物10.43%。这些发现直接表明...
结论
本研究探讨了SPI与关键风味化合物（DMD、DMT、LEN）在溶液中的硫驱动分子结合机制，并将其应用于乳液设计。我们利用SPI的构象适应性提高了乳液稳定性和目标风味的释放。研究表明，VSCs通过与SPI的协同作用结合，这种结合涉及疏水力和氢键，结合亲和力顺序为LEN...
CRediT作者贡献声明
孙海兰：撰写——原始草稿、验证、软件、方法学、研究、资金获取、正式分析、数据管理。邱云珠：撰写——审稿与编辑、数据管理。钱逸蓉：数据管理。梁静怡：撰写——审稿与编辑。余泽宇：数据管理。陈晓：撰写——审稿与编辑、资金获取。赵丽燕：监督、资金获取、概念构思
未引用参考文献
Kong et al., 2024a; Sun et al., 2024.
资金来源
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：32472477）、江苏省的研究生研究与实践创新计划（项目编号：KYCX25_1027）、江苏省高等教育机构优先学术发展计划（PAPD）资助的项目基金，以及国家自然科学基金（青年项目，项目编号：32402279）的支持。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
