《Food Chemistry》：Transglutaminase-mediated partial deamidation enhances thermal stability of chickpea and pea proteins and selectively improves foam expansion in chickpea protein solutions
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植物基饮料中微生物转谷氨酰胺酶（TG）处理鹰嘴豆和豌豆蛋白的脱酰胺主导反应，提升高温泡沫稳定性与功能特性，同时保留必需氨基酸，提供清洁标签解决方案。
Sofía D'Olivo | Rodrigo A. Contreras
智利圣地亚哥The Not Company的研发部门，科学研究实验室
摘要
本研究探讨了通过酶法改造鹰嘴豆和豌豆蛋白分离物，以提高其在高温泡沫饮料中的性能。蛋白质在有利于脱酰胺而非交联的条件下用微生物转谷氨酰胺酶（TG）进行处理，并通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、差示扫描量热法（DSC）、氨基酸分析及泡沫测试等方法评估了其结构、热稳定性和功能变化。TG处理增加了铵离子的释放，并使谷氨酰胺和天冬酰胺转化为谷氨酸和天冬氨酸，证实了以脱酰胺为主的反应机制。观察到了β-折叠结构的适度增加、依赖基质的热稳定性提升、持水能力下降以及持油能力的增强。从功能上看，处理后的蛋白质具有更高的泡沫生成能力和更长的泡沫半衰期，尤其是在鹰嘴豆蛋白中，泡沫膨胀率提高了10–15%，泡沫半衰期也得到了延长，这与界面弹性的增强一致。必需氨基酸得以保留。这些发现表明，可控的酶促脱酰胺是一种清洁标签策略，可用于提升豆类蛋白质在植物基咖啡饮料中的热稳定性和泡沫性能。
引言
全球向植物基饮食的转变加剧了消费者对可持续和健康意识饮料的需求（Sharma等人，2024年）。在这一背景下，专为特殊咖啡配制的植物基饮料（通常称为“咖啡师级”饮料）发展迅速，到2022年市场价值已超过100亿美元，并预计在未来十年内翻一番（Sharma等人，2024年）。然而，在加热、充气和蒸煮过程中再现乳蛋白的物理化学性能仍然是一个核心的配方挑战（Gupta等人，2025年）。
豌豆（Pisum sativum）和鹰嘴豆（Cicer arietinum）的蛋白分离物因其高蛋白含量、均衡的氨基酸组成和低过敏性而成为有前景的候选材料（Abu Risha等人，2024年）。然而，这些蛋白质在水溶液中存在一些局限性，如等电点附近溶解度低、储存过程中容易沉淀、热不稳定以及泡沫形成和保持能力较弱（Higa等人，2024年）。这些缺陷限制了它们在蒸煮或起泡饮料中支持微泡形成、气泡稳定性和耐热性的能力。
蛋白质在这些应用中的功能受分子结构、水合作用、表面行为和热响应特性的强烈影响（Alrosan等人，2022年）。通过化学和酶法修饰活性侧链（尤其是谷氨酰胺（Gln）、天冬酰胺（Asn）和赖氨酸（Lys）可以调节蛋白质的折叠、电荷分布、水合层和界面活性（Huang等人，2023年）。因此，酶法蛋白质工程提供了一种无需合成添加剂的精准且符合清洁标签要求的策略，以改善蛋白质的功能性能（Olatunde等人，2023年）。
微生物转谷氨酰胺酶（TG；EC 2.3.2.13）特别值得关注，因为它根据pH值、蛋白质浓度和酶负载的不同可以催化两种竞争反应：转酰胺作用（ε-(γ-谷氨酰)-Lys交联）和脱酰胺作用（在水存在下将Gln转化为Glu）（Y. Deng等人，2025年；Fuchsbauer，2022年）。在高底物浓度和接近中性的pH值下，转酰胺作用更占优势；而在稀薄水溶液、微酸性条件或赖氨酸供应有限的情况下，脱酰胺作用占主导。这两种途径都会引入共价修饰，从而影响净电荷、疏水性、溶解度、热行为和界面稳定性（Y. Chen等人，2023年）。
TG介导的脱酰胺作用会引入额外的羧酸基团（–COO?），降低等电点并增强静电排斥力。这些变化可以改善分散性、水合作用和界面吸附，而不会产生强交联所导致的严重聚集或凝胶化（Y. Liu等人，2022年）。相反，转酰胺作用会产生共价交联，增加分子量和刚性，通常形成更强的凝胶或基质，但溶解度和灵活性降低（Olatunde等人，2023年；Schlangen等人，2023年）。精确调节这两种机制之间的平衡可以合理地调控表面活性和结构流动性——这些特性对泡沫形成、稳定性和耐热性至关重要。
尽管TG已被广泛用于改善植物蛋白的凝胶化和乳化性能，但其对充气系统的影响研究较少（Yaputri等人，2023年）。稳定的泡沫需要快速的界面吸附、形成致密的粘弹性薄膜以及抵抗气泡聚集和重力排水（Cardello等人，2022年；Karamoko等人，2025年）。这些要求在咖啡师级饮料中尤为重要，因为蛋白质必须在蒸煮和拉伸过程中承受热应力和剪切应力，同时保持足够的界面弹性以支持微泡和拉花效果（Wüest等人，2025年）。现有的豆类蛋白分离物往往缺乏这些特性，因此需要寻找能够在不显著增加粘度或引起凝胶化的情况下提升界面弹性的方法。
以往大多数关于豆类蛋白的TG研究集中在聚合效应上，如凝胶增强（Yaputri等人，2023年）、通过共价网络稳定乳液（Glusac等人，2020年）或改善混合系统的消化性（Zhao等人，2023年）。相比之下，TG诱导的部分脱酰胺及其对高温泡沫稳定性的影响尚未得到充分研究。这代表了与植物基咖啡饮料应用特别相关的一个重要功能领域。
在本研究中，我们探讨了在促进部分脱酰胺且交联有限的条件下，微生物TG处理如何改变鹰嘴豆和豌豆蛋白分离物的结构、水合、热性能和泡沫特性。结构变化通过FTIR和氨基酸分析进行评估；热稳定性通过在水性和富油分散体系中的DSC进行测定；功能特性则通过溶解度、水合作用、界面泡沫性能和振荡流变学进行考察。我们假设可控的脱酰胺作用可以改善界面行为和热稳定性，同时保持氨基酸的完整性，从而获得更适合高温充气饮料系统的豆类蛋白质。
原材料和试剂
食品级豌豆和鹰嘴豆蛋白分离物（蛋白质含量≥85%，氮含量≥6.25%）由Dimerco S.A.（智利圣地亚哥）提供（详细信息见补充表S1）。两种商业微生物TG制剂（TG-B1和TG-B2）在配方和催化特性上有所不同，由制造商提供（详细信息见补充表S2）。所有对照样品均与TG处理样品同时进行相同的水合、孵育、热失活和干燥处理。
转谷氨酰胺酶活性筛选
为了确定最适合用于豆类蛋白改性的酶制剂，使用牛酪蛋白作为模型底物评估了TG-B1和TG-B2。两种制剂均能催化可检测到的铵离子释放，证实了其脱酰胺活性；然而，TG-B2在整个反应过程中始终产生更高的NH4+水平（图1a），表明其在测试条件下的催化效率更高。这一观察结果与商业产品批次间的变异性一致。
结论
本研究表明，在有利于部分脱酰胺的条件下应用微生物转谷氨酰胺酶TG-B2，可以改变鹰嘴豆和豌豆蛋白分离物的结构和功能特性，使其更适合高温泡沫饮料系统。TG-B2诱导了适度但一致的分子变化，如β-折叠结构增加、无序结构减少以及Gln/Asn向Glu/Asp的转化，同时保留了必需氨基酸并保持了流体特性。
CRediT作者贡献声明
Sofía D'Olivo：撰写初稿、数据可视化、方法设计、实验设计、数据分析、数据整理。
Rodrigo A. Contreras：审稿与编辑、结果验证、项目监督、方法设计、资金申请、数据分析、概念构思。
资助
本研究得到了The Not Company SpA的私人资助。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
感谢Javiera Manterola在DSC操作和培训方面提供的帮助。
