《Food Hydrocolloids》：Multi-scale Elucidation of Ethanol-Induced Modifications in Soybean Protein Isolate: From Molecular Dynamics to Functional Properties
编辑推荐：
SPI经乙醇改性后，20-40%（v/v）浓度优化了结构，增强溶性和乳化性能（活性98.17 m2/g，稳定性99.91 min），40%乙醇时实现最佳效果，50%则因聚集降低功能，且有效稳定高内相乳液（包埋效率68.41%）。
张明浩|刘文荣|苗金珠|Blessing Titilayo Ajala|张双
中国黑龙江省哈尔滨市东北农业大学食品科学学院，邮编150030
摘要
尽管在提升大豆蛋白组分功能方面取得了进展，但直接使用乙醇对完整的大豆蛋白分离物（SPI）进行改性尚未得到充分研究，这限制了其在工业中的应用。本文系统地研究了乙醇在分子到宏观尺度上对完整SPI的改性作用，以阐明结构与功能之间的关系。在20–40%（体积比）的乙醇浓度下，蛋白质亚基的完整性得以保持；然而，氢键的断裂导致蛋白质构象变得松散无序，暴露出疏水性和带电残基。40%乙醇处理后，蛋白质结构变得松散，溶解度提高了35.98%，柔韧性增强，界面张力降至10.0 mN/m，从而提高了乳化性能（活性：98.17 m2/g，稳定性：99.91分钟）和起泡性能（容量：75.99%，稳定性：30.45%）。相反，50%乙醇可能通过疏水相互作用和二硫键的形成促进蛋白质聚集，降低了其功能性（P < 0.05）。值得注意的是，用40%乙醇改性的SPI能有效稳定高内相油水乳液（油相体积分数为80.5%），显著提高了虾青素包封效率（68.41%）、抗应力能力（光、热和储存条件）以及生物利用度（23.95%）（P < 0.05）。本研究表明，乙醇介导的SPI改性是一种实用的工业方法。
引言
消费者对清洁标签和可持续成分的需求不断增加，推动了植物蛋白的全球增长（Halavach, 2024; Salman M, 2025）。大豆蛋白分离物（SPI）的蛋白质消化率校正后的氨基酸得分为1.00，在营养价值上可与牛奶、乳清和鸡蛋等高质量动物蛋白相媲美（Sharma et al., 2025）。其广泛的可用性、多功能性以及作为纳米载体系统的潜力引起了学术界和工业界的极大兴趣（Hadidi et al., 2023; Purba & Suswati, 2025）。SPI大约含有23%的β-伴大豆球蛋白、46%的伴大豆球蛋白和31%的亲脂蛋白。结构上具有灵活性的β-伴大豆球蛋白由非二硫键连接的α、α′和β亚基组成（Samoto et al., 2007），具有高水溶性、快速的气水界面吸附能力以及优异的乳化和起泡性能（Ashaolu, Greff, & Varga, 2025）。相比之下，通过二硫键连接的伴大豆球蛋白六聚体会形成凝胶（Sui, Zhang, & Jiang, 2021），而亲脂蛋白通过与β-伴大豆球蛋白和伴大豆球蛋白的疏水相互作用协同增强凝胶和乳液的稳定性（Huang et al., 2025）。这些功能特性受分子特性如表面电荷、疏水性、分子量、等电点和结构状态（无论是天然状态还是变性状态）的影响（Hadidi, Tan, Assadpour, Kharazmi, & Jafari, 2023）。
乙醇提供了一种非热处理、无残留物的方法来增强蛋白质的功能性（Hoon Lee, Kim, Kim, Song, & Choi, 2024）。其两亲性质可以调节溶剂极性，影响氢键、疏水相互作用和静电作用，最终改变蛋白质的构象（L. Peng, Xu, Li, & Tang, 2020）。这种构象变化在溶剂去除后通常仍然存在（Nikolaidis & Moschakis, 2018）。研究表明，乙醇可以改变纯化的大豆蛋白组分（如β-伴大豆球蛋白（L. Peng et al., 2020）和亲脂蛋白（Zhong et al., 2023）的界面性质，且这种影响依赖于蛋白质来源和成分的不同。对于β-伴大豆球蛋白，20–60%（体积比）的乙醇浓度会增加α-螺旋含量，同时稳定表面疏水性，增加ζ电位（>40%），并降低溶解度（>80%）（L. Peng et al., 2020）。亲脂蛋白在30%乙醇浓度下可逆重组，但在40%以上浓度下会过度聚集，从而影响乳化和稳定性（Zhong et al., 2023）。虽然单独纯化蛋白质组分成本高昂且不适用于大规模生产，但用85%乙醇处理脱脂大豆粉可以提高SPI的起泡能力和乳液稳定性（Hua, Huang, Qiu, & Liu, 2005）。直接用乙醇改性完整SPI可能是一种可行且高效的方法，这一策略已在乳清蛋白分离物中得到验证（Feng et al., 2022）。
尽管取得了这些进展，但乙醇对不同大豆蛋白组分的影响仍不完整，尤其是对完整SPI的影响。关于乙醇处理下的多尺度结构变化及其与界面和功能性能之间的关系，目前仍存在知识空白。本研究以完整SPI为工业相关底物，探讨了乙醇引起的结构演变，包括分子构象、表面疏水性、巯基含量（通过光谱和热分析测定）、形态和粒径（通过电子显微镜和动态光散射测定）。界面性能通过接触角和界面张力进行评估，而技术功能性能则通过乳化和起泡指数进行评价。相关性分析阐明了分子变化与功能之间的联系。改性的SPI进一步被用作高内相乳液（HIPEs）中的稳定剂，用于输送虾青素。通过关注完整SPI，本研究提供了关于结构-功能关系的见解，并推动了基于乙醇的清洁标签策略，以调节蛋白质的功能性。
材料与化学品
低温脱脂大豆粉（Glycine max (L.) Merr.）购自中国烟台的Zhao Yuan食品有限公司。乙醇（>99.9%，体积比）由天津的天利化学试剂有限公司提供，大豆油则来自哈尔滨的JIUSAN集团。其他试剂包括8-苯胺-1-萘磺酸（ANS）、2-硝基苯甲酸（DTNB）、DL-二硫苏糖醇（DTT）、虾青素、酶（胃蛋白酶，300,000 U/g；胰酶，4,000 U/g；脂肪酶，30,000 U/g）等。
SDS-PAGE
图1A显示了典型的SPI亚基条带，包括β-伴大豆球蛋白亚基（α′、α和β，分别约为75、63和48 kDa）、伴大豆球蛋白亚基（酸性和碱性，分别约为35和17 kDa）以及亲脂蛋白（脂氧合酶，约为97 kDa；膜相关蛋白，分别约为34、24、18和17 kDa），这与先前的研究结果一致（Sugiyama et al., 2023）。由于高磷脂含量，疏脂蛋白条带的显色可能较弱，降低了Coomassie染料的灵敏度（Samoto et al., 2007）。
结论
本研究采用多尺度分析方法系统研究了乙醇浓度（0–50%，体积比）对完整SPI结构和功能性能的影响。结果表明，20–40%的乙醇处理会破坏蛋白质-溶剂的氢键，导致结构无序、柔韧性增加、疏水性增强、溶解度提高以及界面性能改善，从而提升了乳化和起泡能力。在40%乙醇浓度下，
作者贡献声明
刘文荣：撰写初稿、方法学设计、实验研究。苗金珠：实验研究。Blessing Titilayo Ajala：实验研究。张双：指导工作、资金申请。张明浩：撰写、审稿与编辑、概念构思
未引用的参考文献
Basak and Singhal, 2025; O'Sullivan et al., 2016; Salman et al., 2025; Wang et al., 2023.
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。
数据可用性
数据可应要求提供。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国黑龙江省重点研发计划（项目编号GZ2024002）的支持。
