《Food Bioscience》：Structural modification of mung bean protein isolate via heat–pH shifting and limited enzymatic hydrolysis: Enhancing gelation of additive-free yogurt
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植物基酸奶开发：协同热-碱处理与酶解改性提升绿豆蛋白凝胶性能，研究通过温和热碱处理（50℃、pH10.5）结合有限蛋白酶解（菠萝蛋白酶）优化蛋白结构，显著提高溶解度（75.5%）、保水能力（78.6%）及凝胶流变特性，减少外源稳定剂需求，为清洁标签植物基酸奶提供新方法。
胡玉彤|王颖|孙晓红|王莉|蒋江
江南大学食品科学与资源国家重点实验室，中国江苏省无锡市214122
摘要
以豆类蛋白为基础的酸奶在不含添加脂肪或稳定剂的情况下通常具有较差的凝胶化能力，并且容易发生相分离。为了克服这一限制并扩展pH值调节在酸奶体系中的应用范围，研究人员开发了一种协同改性策略，将热碱处理（pH 10.5，50°C）与木瓜蛋白酶或菠萝蛋白酶引起的有限蛋白水解相结合。SDS-PAGE分析表明，木瓜蛋白酶诱导了可控的水解作用，同时基本上保留了中等分子量的蛋白质组分。与天然MBPI（溶解度：23.7%）相比，经过pH值调节和木瓜蛋白酶处理的MBPI溶解度显著提高（75.5%），形成的凝胶具有更高的持水能力（WHC，78.6%）和改善的粘弹性（G'/G''). 这种联合处理由于颗粒尺寸的减小而略微降低了凝胶硬度，从而获得了更适合酸奶产品的细腻凝胶结构。LF-NMR分析进一步证实了改性凝胶内部的水分分布更加均匀，表明形成了稳定且紧密的凝胶网络。总体而言，这些发现展示了一种有效的方法，可以改善植物基酸奶的质地限制，并支持开发高质量、无添加剂的发酵产品。
引言
畜牧业生产约占全球温室气体排放量的14.5%，并与森林砍伐和抗生素耐药性密切相关（Boettcher等人，2018年）。作为回应，植物基蛋白质作为可持续替代品应运而生，推动了植物基酸奶市场的迅速扩张（Thakur等人，2024年）。然而，目前的商业配方（例如Silk）主要依赖果胶、改性淀粉和胶体等外源性稳定剂来抑制相分离。尽管这些添加剂有效，但过量使用往往会导致不希望的感官缺陷，包括粘稠的质地，这与消费者对无添加剂产品的期望相悖。因此，探索具有天然凝胶能力的植物蛋白质成为了一种可行的策略，以摆脱对合成添加剂的依赖并开发无添加剂发酵产品。
在潜在的候选材料中，绿豆（Vigna radiata）因其平衡的营养成分和低过敏性而具有前景。其总蛋白质含量为25-28%，其中球蛋白占蛋白质总量的60-70%。尽管绿豆广受认可，但MBPI主要作为工业淀粉提取过程中的副产品而被利用。MBPI具有优良的成膜和凝胶化潜力，这归因于其内在的蛋白质组成。然而，由于其内在的结构刚性，MBPI在发酵凝胶中的应用受到限制（Du等人，2018年；Feng等人，2024年）。天然MBPI采用紧凑的球状四级结构，将疏水基团有效地埋藏在蛋白质核心内部，导致表面反应性有限和溶解度较低（Mendoza等人，2001年；Tang & Sun，2010年）。这种结构障碍阻碍了在酸化过程中的充分展开和分子间相互作用，最终导致酸奶基质中的相分离和分层（Shevkani等人，2015年）。
因此，适当的改性策略对于提高天然MBPI的构象灵活性至关重要，从而促进发酵过程中的蛋白质-蛋白质相互作用，减轻最终酸奶凝胶中的相分离和分层（Ashraf等人，2020年；Nie等人，2022年）。pH值调节已被证明是一种有效的调节蛋白质功能的技术。Jiang等人（2009年）指出，极端的碱性处理可以使蛋白质转变为“熔融球状”中间态。这种部分展开的构象有助于暴露埋藏的疏水基团并重新排列表面电荷，从而显著提高溶解度和乳化性能。对于MBPI而言，研究表明pH值调节破坏了紧密的球状结构，通过增强的疏水相互作用和二硫键增强了乳液稳定性和凝胶强度（Jeong & Cho，2024年；Wang等人，2022年）。
现有研究表明，热辅助的碱性处理可以进一步增强pH值调节的效果（Diao等人，2022年）。然而，极端pH值调节的工业可行性受到几个缺点的限制。Wang等人（2018a）指出，长时间暴露在高碱性和高温下会导致赖氨酸丙氨酸（LAL）的形成，这是一种会降低营养价值的有毒化合物。此外，中和过程不可避免地会引入过多的盐分，这会给酸奶产品带来不希望的咸味。重要的是，虽然pH值调节可以改善凝胶化，但形成的凝胶往往具有过高的粘度和粗糙的质地，缺乏酸奶替代品所需的顺滑口感。其他研究人员单独使用酶水解也成功制备出了质地细腻、顺滑的豆类蛋白基酸奶。虽然单独的酶处理可以提高结构灵活性，但往往会在没有精确工艺控制的情况下损害凝胶网络的机械强度（Zhao等人，2016年；Li等人，2025年）。
为了解决这些问题，本研究开发了一种针对MBP的协同“温和热处理-PH值调节-蛋白酶”策略。采用温和的工艺（50°C，pH 10.5）通过增强分子流动性和静电排斥来诱导适度的蛋白质展开，从而最小化LAL的形成和盐分的引入，随后通过有限的酶水解来细化凝胶质地。SDS-PAGE、质地分析、动态流变学和LF-NMR被用来阐明凝胶基质中的分子机制和水分子的运动性。本研究的目的是证明这种蛋白质自我改性策略有效地消除了对外源性稳定剂的需求，为高质量、无添加剂的植物基酸奶提供了一种技术途径，具有优异的稳定性和感官特性。
材料
商业绿豆分离蛋白（MBPI，78.6%）购自山东双塔食品有限公司；木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶购自广西庞博生物工程有限公司；发酵菌粉Danisco Vege 022购自江苏丹尼斯科公司；盐酸、氢氧化钠、无水硫酸铜、十二烷基硫酸钠（SDS）、三羟甲基氨基甲烷和β-巯基乙醇均购自中国药科大学
MBPI的DH和溶解度
如图1A所示，通过pH 10.5下的热处理和酶水解处理，MBPI的溶解度显著提高（0.05倍）。特别是，经过pH值调节和木瓜蛋白酶处理的MBPI溶解度比天然MBPI高218%。溶解度的提高促进了蛋白质在水体系中的更好分散，使其在酸诱导的凝胶化过程中更加均匀地参与。
N-B基团的DH高于N-P基团可能归因于...
结论
本研究建立了一种协同改性策略，结合了温和的热碱处理和有限的蛋白水解，以优化MBPI在植物基酸奶中的应用。优化的工艺（50°C，pH 10.5）不仅促进了强健凝胶网络的形成，还通过避免蛋白质展开所需的苛刻条件提高了工业可行性。重要的是，有限的木瓜蛋白酶水解调节了凝胶基质的流变性能，减少了...
CRediT作者贡献声明
胡玉彤：撰写——原始草稿、可视化、方法学、研究、数据分析、数据管理。王莉：监督。蒋江：监督、资源获取、方法学、资金筹集、概念构思。王颖：验证、研究。孙晓红：撰写——审阅与编辑
未引用参考文献
Feng等人，2024年；Larson和Wei，2019年；Li等人，2025年；Liu等人，2022年。
竞争利益声明
一篇题为“通过热-PH值调节和有限酶水解对绿豆分离蛋白进行结构修饰：提高无添加剂酸奶的凝胶化能力”的手稿正在《食品生物科学》（Food Bioscience）期刊上作为研究论文提交。据我们所知，列出的作者没有财务或其他方面的利益冲突。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2021YFD2100404）、中国农业研究系统项目（CARS-08-G19）以及新疆维吾尔自治区重大科技项目（2022A02009-4）的财政支持。
