《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Mechanistic insights into the modification of peanut protein by novel radio frequency roasting: Revealing multi-scale protein conformational changes
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花生蛋白射频烘烤改性研究：探讨150℃处理时间对多尺度结构和功能特性的影响，发现RF处理促进次级结构向无序转变（β-转角/无规则卷曲），增强表面疏水性及蛋白聚集，5-10分钟处理显著提升乳化性能，且优于传统热风烘烤。
彭泽康|徐超|张月|王德清|张安安|艾志平|刘彦宏
中国农业大学工程学院，邮政信箱194，北京清华东路17号，100083，中国
摘要
射频（RF）加热作为一种有前景的替代烘焙方法，可以有效改善花生油的质量并降解黄曲霉毒素。然而，在花生油加工过程中，RF烘焙对蛋白质的改性效果及其机制仍不清楚。本研究旨在探讨在150°C下保持0至15分钟时，RF烘焙对花生蛋白多尺度结构和功能特性的影响。结果表明，RF烘焙并未改变花生蛋白的一级结构。随着保持时间的增加，表面疏水性显著增强，二级结构从α-螺旋和β-折叠转变为β-转角和无规卷曲。内在荧光光谱的变化以及暴露的自由巯基和二硫键含量的变化表明，三级结构在烘焙后发生了重排和聚集。适度的RF烘焙强度（保持时间5-10分钟）显著改善了花生蛋白的乳化性能，但对泡沫性能没有显著影响。此外，RF烘焙的花生蛋白具有更好的乳化性能，并且形成的乳液颗粒尺寸更小。总体而言，这些发现为通过RF烘焙改性的植物蛋白在食品应用中的价值提供了新的见解。
引言
花生（Arachis hypogaea L.）是世界上最重要的油料作物之一，2024至2025年间占全球主要油料产量的7.6%（USDA，2026年）。在提取花生油的过程中，会产生大量的花生粕，这是一种副产品，其蛋白质含量约为47-55%（Feng等人，2020年）。花生蛋白富含必需氨基酸，被认为是一种高质量的营养来源，是传统动物蛋白的潜在替代品，且抗营养物质含量较低（Boukid，2022年）。然而，目前花生粕主要用于动物饲料，并且容易受到黄曲霉毒素的污染，导致蛋白质成分的利用率较低（Liu等人，2018年）。
众所周知，烘焙是通过热压技术进行油提取过程中的一个关键步骤，有助于改善花生油的风味、颜色和油产量，并实现黄曲霉毒素的降解（El Idrissi等人，2023年；Pankaj等人，2018年）。同时，强烈的热处理会对花生蛋白的结构造成极大的压力，可能导致蛋白质变性（如聚集、展开和重新排列），从而影响其功能特性（Chen等人，2018年；Hassan等人，2019年）。Zhang等人（2023年）证明，烘焙引起的二硫键重排和过敏原聚集物的化学改性改变了它们的致敏潜力。此外，烘焙显著改变了花生蛋白的三级结构，提高了其溶解性、乳化性和泡沫性能以及颗粒均匀性（Lao等人，2023年；Magalh?es等人，2025年）。Pan等人（2025年）还发现，烘焙可以通过使芝麻蛋白结构展开、暴露疏水基团和改变巯基状态来增强芝麻酱的胶体稳定性。因此，需要明确了解烘焙花生蛋白的性质（主要是结构和功能），以及结构变化与功能表现之间的关系，以便更好地开发其在食品工业中的应用。
与依赖热对流和传导的传统烘焙技术（如热风烘焙（HA）和红外烘焙（IR）相比，射频（RF）技术作为一种新兴的介电加热源，可以通过偶极子旋转和离子传导在材料内部产生热量，从而实现更高的加热效率和更深的渗透（Gao等人，2023年；Zhang等人，2022年）。最近，RF加热已被用作食品加工中一种有前景的替代烘焙方法，包括豌豆（Asavajaru等人，2025年）、腰果（Liao等人，2018年；Liao等人，2019年）、杏仁（Lian & Chen，2022年；Xu等人，2020年）和核桃（Jia等人，2023年），这些研究显示RF烘焙在改善产品风味、质地、保质期和感官质量方面优于传统烘焙方法。我们之前的研究系统评估了RF烘焙在花生油加工和降解黄曲霉毒素B1（AFB1）方面的可行性（Peng等人，2025年；Peng, Liu等人，2024年）。结果表明，适当增加花生含水量（20%）的RF烘焙显著提高了花生油的抗氧化能力、挥发性芳香化合物（尤其是吡嗪类）和储存稳定性，并实现了超过75%的AFB1降解。同时，RF烘焙还使AFB1降解率提高了18%，油产量增加了3.59%，油质更加均匀。关于RF热处理对蛋白质改性的作用，Das等人（2025年）发现RF预处理改变了花生蛋白的二级结构，增强了其吸油能力和乳液稳定性。多项关于玉米（Hassan等人，2019年）、荞麦（Xu等人，2023年）和大米（Dong等人，2023年）的研究也表明，RF加热可以促进蛋白质二级和三级结构的变化，而RF对蛋白质功能的改性效果与热强度密切相关。然而，目前的的研究主要基于温和的RF加热条件。作为一种提高花生油质量并增加蛋白质附加值的潜在策略，关于RF处理对花生蛋白改性的影响的信息仍然不足。
因此，本研究的目的是：（1）探讨RF烘焙处理对花生蛋白结构和功能特性的影响；（2）探索RF烘焙花生蛋白的多尺度结构变化与功能特性之间的相关性；（3）阐明RF烘焙对花生蛋白改性的潜在机制。这些发现将为扩大花生油提取副产品的利用范围以及RF技术在食品加工领域的应用提供有价值的信息。
材料与化学品
从中国北京当地市场采购了去壳花生仁（“小百花”品种，蛋白质含量23.33%±0.09%，脂肪含量49.36%±0.49%，初始水分含量8.29%（湿基）。根据Golani等人（2024年）的程序，用预定量的去离子水均匀调节了原始花生的水分含量，得到了目标水分含量为20%的样品，用于后续的烘焙实验。
粒径分布
图1和表1显示了RF烘焙对PPI粒径分布及其相应参数的影响。如图1所示，未烘焙和烘焙后的PPI样品的粒径分布均呈现单峰模式，这与Sun等人（2021年）的研究结果一致。然而，RF和HA烘焙后PPI的粒径分布峰值显著增加，分布范围变窄，表明分布更加集中。
结论
本研究表明，RF烘焙对花生蛋白的多级结构造成了显著的改性，并改变了其功能特性。随着保持时间的增加，有序的α-螺旋和β-折叠向无序的β-转角和无规卷曲的转变得到促进，表面疏水性显著增强。此外，RF烘焙还导致了三级结构的变化和蛋白质聚集体的形成。
CRediT作者贡献声明
彭泽康：撰写——初稿、方法学、数据分析、概念化。徐超：验证、软件使用、实验研究。张月：撰写——审稿与编辑、监督。王德清：撰写——审稿与编辑。张安安：撰写——审稿与编辑。艾志平：撰写——审稿与编辑。刘彦宏：撰写——审稿与编辑、资源协调、项目管理和资金争取。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（编号：31772088）的支持。
