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酵母蛋白通过低甲氧基果胶复合与超声波处理的顺序调控可优化其分散性、界面性能及风味。PEC→US序列使粒径最小（DLS 78 nm），ζ电位最负（-24.5 mV），分散蛋白分数最高（68.7%），并增强乳化/起泡活性（EAS 0.82，FoC 18.3）。分子光谱与硫键分析表明超声 unfolding结合果胶静电/空间稳定，促使β-折叠构象与巯基-二硫键网络重构，形成致密界面层，降低硫醚类挥发性物质（降幅达34%）。该序列设计为功能性微生物蛋白开发的通用策略。
塔尔哈·里亚兹（Talha Riaz）|袁玛（Yuan Ma）|夏志军（Zhijun Xia）|穆罕默德·莫埃德·汗（Muhammad Moeid Khan）|叶先江（Xianjiang Ye）|穆罕默德·阿提克·阿什拉夫（Muhammad Atiq Ashraf）|拉比娅·里亚兹（Rabiya Riaz）|傅星（Xing Fu）|金永国（Yongguo Jin）
中国湖北省武汉市华中农业大学食品科学与技术学院国家蛋品加工研发中心，邮编430070
摘要
酵母蛋白（YP）在中性pH值下会聚集，这限制了其分散性、界面性能和风味接受度。我们研究了低甲氧基果胶（PEC）络合与高强度超声（US）之间的处理顺序是否可以作为重新设计酵母蛋白的策略。准备了六种处理方案（原始酵母蛋白、缓冲液介导的对照组、仅超声处理、仅PEC处理、超声→PEC处理以及PEC→超声处理），并在pH 7.0的条件下对其进行了评估，评估内容包括胶体性质（动态光散射粒径/ζ电位、浊度、可分散蛋白比例）、界面吸附量（AP）和表面过剩量（Γ）、技术功能（乳化和起泡能力）、分子结构（表面疏水性、荧光特性、圆二色光谱、傅里叶变换红外光谱、–SH/S–S键）、以及挥发性成分（HS-SPME–GC–MS、电子鼻/电子舌分析）。结果显示，PEC→超声处理方案获得了最小的流体动力学直径和最负的ζ电位，显著降低了浊度，并提高了可分散蛋白的比例。在各处理组中，界面参数逐步改善（AP从20.5%增加到68.7%，Γ从1.05 mg m?2增加到3.35 mg m?2），同时乳化和起泡能力也得到提升。选择性溶解度实验表明，疏水性、静电作用和氢键作用均有所增强，这与空化作用暴露出疏水/阳离子基团并被PEC捕获的假设一致，从而形成了负电荷层，提供了疏水锚定和静电/空间排斥作用。光谱学和–SH/S–S键分析证实了PEC结合的、超声处理后的蛋白质发生了β-折叠和巯基-二硫键的重排。挥发性成分分析显示，PEC→超声处理后的样品中醛类和硫化合物含量减少，这与更致密的界面膜形成相吻合。总体而言，通过控制处理顺序（PEC→超声），可以制备出分散性更好、界面吸附量更高（AP和Γ值增加）、功能性和风味更优的食品级酵母蛋白。
引言
随着全球蛋白质需求的增加和可持续性问题的凸显，从动物和商品植物蛋白转向微生物蛋白的进程正在加速（Jiao等人，2024年）。在微生物蛋白中，酵母蛋白（YP）因其高蛋白含量、几乎完整的必需氨基酸组成以及低水和土地需求的发酵生产方式而独具优势（Ismail等人，2024年）。然而，YP成分通常具有强烈的聚集性、较低的水溶性以及明显的酵母类异味，这些特性影响了其在空气-水或油-水界面上的表现，从而降低了消费者的接受度（Timira等人，2024年）。若要广泛应用于高功能产品中，必须通过有针对性的分子设计和相互作用调控来克服这些缺点，而不仅仅是简单的配方调整。多糖-蛋白质络合是一种有效的策略，可以通过静电吸引、氢键作用和空间稳定作用来调节蛋白质在分散体中的行为（Ma等人，2024年）。低甲氧基果胶（PEC）是一种阴离子型、富含羧基的食品级多糖，能够调节蛋白质周围的局部电荷密度并形成空间屏障，抑制聚集（Yang等人，2024年）。然而，PEC对蛋白质溶解性和功能性的影响因系统而异：在某些体系中，单独使用PEC无法破坏顽固的蛋白质聚集体，甚至在不利pH值或离子强度条件下还可能促进再聚集（Zhang等人，2025年）。因此，需要结合额外的物理处理方法来破坏蛋白质的紧密结构并重新分配非共价和共价相互作用。
高功率超声（US）具有这种物理作用机制。声空化产生的微剪切、冲击波和界面湍流可以破坏弱键合，减小颗粒尺寸，并部分展开蛋白质结构，从而提高表面活性和溶解性（Bisht等人，2024年）。研究还表明，超声可以改变蛋白质与挥发性物质的相互作用和物质传递（Meerasri等人，2024年）。然而，仅靠超声处理获得的改善通常是暂时的，因为部分展开的蛋白质链在声场消失或静电排斥力减弱后可能会重新聚集（Lin等人，2025年）。因此，将超声与精选的多糖结合使用，可以稳定超声诱导的结构变化，并延长其功能和感官效果。这一设计原则（超声驱动的解聚/展开与阴离子多糖的快速空间稳定作用）应适用于其他在中性pH附近聚集的蛋白质。尽管当前研究主要针对酵母蛋白，但已有研究表明超声-果胶技术也能改善大豆蛋白分离物的稳定性和结构/溶解性。不过，对于不同的蛋白质体系，可能需要调整最佳的络合pH值、PEC与蛋白质的比例以及超声能量。
初步证据表明，含有甘露聚糖的酵母系统具有这种协同效应，但尽管果胶具有独特的半乳糖醛酸骨架、可调的甲基化程度和电荷调节能力，果胶-YP之间的相互作用仍缺乏系统研究（Li等人，2024年）。特别是，处理顺序（络合发生在超声处理之前还是之后）尚未得到系统研究。将多糖添加和超声处理的顺序视为可控变量，可以为酵母蛋白的超分子结构提供理性设计的方法，而不仅仅是依靠经验性试验。从分子角度来看，超声处理后添加PEC可能会捕获不同的蛋白质构象；在超声处理前添加PEC时，结合的PEC可以保护新暴露的蛋白质结构免受空化过程中的再聚集。因此，我们假设相对于超声→PEC和单步处理，先与PEC络合再超声处理（PEC→US）能更有效地促进巯基-二硫键交换和蛋白质主链重排（螺旋结构→β-折叠结构），抑制再聚集，并显著改善溶解性、乳化和起泡性能以及风味。这些分子重排有望提高油-水或空气-水界面上的吸附动力学和表面堆积密度（AP和Γ值增加），增强界面膜的形成，从而改善乳液和泡沫的性能。
为了验证这一假设，我们在六种条件下制备了酵母蛋白：原始酵母蛋白（对照组）、缓冲液介导的调整（YP-BM）、仅超声处理（YP-US）、仅PEC处理（YP-PEC）、超声处理后添加PEC（YP-US-PEC）以及PEC处理后超声处理（YP-PEC-US）。通过互补的光谱学、热分析和显微技术，对这些蛋白质-多糖体系的分散行为（颗粒尺寸、ζ电位、可分散蛋白比例）、起泡和乳化性能（乳化活性和稳定性、起泡能力和稳定性）以及分子和超分子结构进行了表征。通过整合这些数据，我们试图建立处理顺序与酵母蛋白-PEC复合物的二级/三级结构、超分子组织变化及其分散行为和挥发性成分变化之间的关系。据我们所知，这是首次在相同条件下系统比较超声处理前后酵母蛋白果胶络合的研究，并量化了二级/三级结构、固态有序性、巯基-二硫键化学、胶体行为和挥发性成分的变化。
材料
食品级酵母蛋白粉购自Angel Yeast Co., Ltd.；低甲氧基果胶（LM-pectin，声明纯度99%）由山西南巴生物技术有限公司（中国山西吉县）提供。酵母蛋白主要由球形储存蛋白和代谢蛋白组成，而低甲氧基果胶（PEC）是一种部分甲基化的聚（α-1,4-半乳糖醛酸），含有丰富的羧基。
堆积密度
喷雾干燥粉末的堆积密度顺序为：YP > YP-BM > YP-US > YP-PEC ≈ YP-US-PEC > YP-PEC-US（表2），表明每一步修饰都会降低堆积效率。在堆积床中，较低的堆积密度意味着颗粒更小、更不规则且更多孔隙，因此相同质量占据更大的体积并含有更多空隙（Günal-K?ro?lu等人，2025年）。PEC络合与超声处理的结合有望进一步改善这些性质。结论
研究表明，在食品相关条件下，处理顺序是重新设计酵母蛋白的有效策略。通过先与低甲氧基果胶络合再超声处理，可以稳定蛋白质结构，产生具有更大净负电荷和更强静电排斥力的复合物。在pH 7.0时，这些改性的胶体性质得到改善，包括更小的流体动力学直径等。
作者贡献声明
塔尔哈·里亚兹（Talha Riaz）：撰写初稿、数据可视化、结果验证。袁玛（Yuan Ma）：方法设计、实验研究。夏志军（Zhijun Xia）：数据分析、概念构建。穆罕默德·莫埃德·汗（Muhammad Moeid Khan）：数据可视化、结果验证、方法设计、实验研究。叶先江（Xianjiang Ye）：实验研究、数据管理、概念构建。穆罕默德·阿提克·阿什拉夫（Muhammad Atiq Ashraf）：软件开发、方法设计、实验研究。拉比娅·里亚兹（Rabiya Riaz）：撰写初稿、结果验证、软件应用。傅星（Xing Fu）：撰写稿件、编辑审核、结果验证、项目监督、资源协调。未引用参考文献
Guo等人，2024年
Wang等人，2022年
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2024YFF1106200）、四川省食品微生物学重点实验室（FM 2025-03）以及农业农村部与中国农业科学院的农业研究体系（CARS-40）的支持。
关于手稿准备过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在研究过程中，作者使用了ChatGPT（OpenAI）来辅助英语编辑和提升文章清晰度。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审查和修改，并对发表文章的内容负全责。
