《Food Chemistry: X》：The thermal aggregation behavior and functional properties of SPI-catechin complexes under spray-drying conditions
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为解决商业喷雾干燥大豆分离蛋白(SPI)因高温处理导致的溶解度降低、功能特性下降等问题，研究人员开展了SPI与儿茶素复合以调控其热聚集行为的研究。结果表明，适量儿茶素(1%, w/w)可有效抑制SPI的热聚集，将其转化为可溶性聚集体，并显著提升其溶解度(提高181.09%)、乳化活性、热稳定性和起泡稳定性。该研究为缓解工业化喷雾干燥过程中植物蛋白的功能劣化提供了新策略。
大豆蛋白，作为一种来源广泛、营养丰富的植物蛋白，在食品工业中扮演着重要角色。然而，为了便于储存和运输，商业化大豆分离蛋白的生产通常要经过一道关键的工序——高温喷雾干燥。这道“烈火考验”虽然能提高蛋白浓度、延长保质期，却也带来了一个棘手的副作用：高温会导致蛋白质结构变性、聚集，形成不溶性聚集体，从而导致其溶解性变差，乳化、起泡等功能特性大打折扣。这就像一块原本疏松多孔的海绵被高温烤成了硬块，吸水性和弹性都大不如前，极大地限制了大豆蛋白在各类食品中的应用潜力。为了“拯救”这些在干燥过程中“受伤”的蛋白，科学家们尝试了各种方法，其中，利用天然多酚物质与蛋白质结合来改善其性能是一个备受关注的方向。儿茶素，作为茶多酚的主要成分，因其富含羟基、易于与蛋白质结合的特性而成为候选“修复剂”。但以往的研究多集中于实验室冻干条件，对于模拟真实工业环境、温度超过140°C的喷雾干燥过程，儿茶素是否能保护大豆蛋白、如何保护，其背后的机制尚不清楚。为此，Juyang Zhao等人进行了一项深入研究，成果发表在《Food Chemistry: X》上。
为了探究儿茶素在喷雾干燥过程中对大豆分离蛋白的保护作用与机制，研究人员主要运用了以下几项关键技术：首先，他们制备了不同儿茶素添加量(0.25% - 1.75%， w/w)的SPI-儿茶素复合物，并在170°C入口温度下进行喷雾干燥以模拟商业过程。其次，通过圆二色谱、紫外-可见光谱、荧光光谱等技术系统表征了复合物的结构变化。再次，利用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳和差示扫描量热法分析了蛋白质的聚集状态和热稳定性。接着，通过离心分离并结合蛋白含量测定，量化了可溶性与不可溶性聚集体的含量。最后，系统测定了复合物的溶解度、浊度、乳化特性、起泡特性、凝胶强度、流变学等多项功能指标，并利用原子力显微镜观察了凝胶的微观形貌，通过化学试剂处理分析了凝胶网络中的分子间作用力。
3.1. Structural changes of SPI/catechin complexes under spray-drying conditions
研究首先从结构层面揭示了儿茶素的作用。圆二色谱分析显示，商业喷雾干燥使SPI的α-螺旋结构减少，无规卷曲增加，表明结构有序性下降。而加入儿茶素后，复合物的α-螺旋含量随儿茶素浓度增加而上升，在1%时达到最高(27.26%)，无规卷曲相应减少，说明儿茶素促进了SPI从无序向更有序的α-螺旋构象转变。紫外光谱和荧光光谱结果表明，儿茶素的加入导致了蛋白质三级结构的部分展开，使原本包埋的色氨酸等芳香族氨基酸暴露到更亲水的环境中，并且荧光猝灭机制分析表明，SPI与儿茶素之间主要通过疏水相互作用结合。SDS-PAGE电泳结果显示，儿茶素复合物样品在凝胶顶部出现了约180 kDa的新条带，表明形成了可溶性的寡聚体，而在对照组中，由于形成了不溶性聚集体，在电泳上样前的离心步骤已被去除。差示扫描量热分析进一步证实，添加儿茶素提高了SPI的热变性温度，在1%添加量时达到最高的81.90°C，表明其热稳定性显著增强。
3.2. Structural characteristics analysis of SPI-C aggregates
研究人员进一步分析了复合物中聚集体的特性。通过离心分离发现，随着儿茶素添加量增加至1%，分子量大于100 kDa的可溶性聚集体含量增加，而不可溶性聚集体含量减少。在1%儿茶素时，不可溶性聚集体含量降低了71.7%。这表明适量儿茶素能够将喷雾干燥诱导形成的不可溶性聚集体转化为可溶性聚集体，从而缓解热聚集行为。对可溶性聚集体的紫外和荧光光谱分析表明，其结构也发生了展开，并且与儿茶素之间的相互作用以静电作用为主，这与完整SPI-儿茶素复合物中以疏水作用为主的情况不同。
3.3. Functional characterization analysis of SPI-C complex
最关键的部分在于功能特性的改善。溶解度测试表明，1%儿茶素的添加使SPI的溶解度相比商业SPI显著提高了181.09%。浊度分析显示，在儿茶素添加量不超过1%时，复合物溶液浊度降低，透明度增加。乳化特性方面，1%儿茶素组的乳化活性指数比商业SPI提高了181.09%，乳化稳定性和起泡稳定性也得到显著增强。在凝胶特性上，0.25%儿茶素添加量展现出最优效果，其凝胶硬度最高，储能模量最大，原子力显微镜图像也显示其凝胶表面最均匀、致密、光滑。通过使用不同化学试剂破坏凝胶网络的实验发现，二硫键和疏水相互作用是维持凝胶网络的关键力量，而0.25%儿茶素强化了这些分子间作用力。
该研究的结论明确指出，在喷雾干燥过程中与大豆分离蛋白复合，儿茶素能有效干预其热聚集行为。其作用机制在于，儿茶素与SPI主要通过疏水相互作用结合，促使蛋白质发生从无规卷曲向α-螺旋的构象转变，部分展开三级结构，从而增强了其热稳定性。在最佳浓度(1%, w/w)下，儿茶素能显著缓解喷雾干燥诱导的SPI热聚集，将不溶性聚集体转化为可溶性聚集体，并大幅提升SPI的溶解度、乳化活性和起泡稳定性等功能。而在较低浓度(0.25%, w/w)下，儿茶素则能通过增强凝胶网络中的二硫键和疏水相互作用，最大化地提高SPI凝胶的强度、流变学性能和表面光滑度。
这项研究的意义重大。它不仅从分子层面阐明了儿茶素调控大豆蛋白喷雾干燥过程中热聚集行为的机理，更重要的是，提供了一种切实可行的新策略，即通过添加天然多酚来缓解工业化喷雾干燥对植物蛋白功能性质的破坏。这为开发高品质、高功能的商业化植物蛋白原料，拓宽其在健康食品、饮料、肉制品替代品等领域的应用，提供了重要的理论依据和技术途径。
