阐明乳酸菌在发酵豌豆饼过程中产生的右旋糖在改善质地和延缓老化方面的作用

《Food Bioscience》：Elucidating the role of in-situ-produced dextran by lactic acid bacteria in enhancing texture and delaying aging of fermented pea cake

本研究利用产可溶性支链寡聚糖（DX）的乳酸菌发酵豌豆粉制备发酵豌豆糕（FPC），发现发酵产生的DX显著改善FPC的质构（硬度降低24.26%，弹性增加6.18%）并延缓其老化。通过XRD分析发现DX能抑制豌豆淀粉结晶（结晶度增幅1.63% vs 对照组6.88%）。机制研究表明DX通过形成蛋白-淀粉-DX网络结构改良质构，同时通过结合淀粉链、固定水分及抑制蛋白聚集三方面实现抗老化。本研究为开发高蛋白低老化的植物基食品提供了新思路。

　　

Xinyi Wu|Ziyi Guo|Jingjing Zhan|Zijun Yang|Jike Shuai|Yan Xu

华中农业大学食品科学与技术学院，武汉，430070，中国

摘要

随着对植物蛋白来源需求的增加，研究重点转向了开发更多基于植物蛋白的食品产品。为此，本研究开发了一种新的食品——发酵豌豆饼（FPC），使用产生右旋糖酐（DX）的乳酸菌（LAB）作为发酵剂。评估了原位产生的DX对FPC质地和老化特性的影响，并阐明了这些影响的潜在机制。结果表明，原位产生的DX对FPC的质地有明显的改良作用，硬度降低了24.26%，韧性增加了约6.18%。XRD分析显示，在储存14天后，含有DX的FPC的相对结晶度增加较低（1.63%），而不含DX的FPC的相对结晶度增加较高（6.88%）。DX、豌豆蛋白和豌豆淀粉形成的网络结构解释了FPC质地的改变。同时，原位DX的抗老化效果可归因于三个方面：（1）DX固定水分子，减少了与豌豆淀粉结合的水的释放；（2）DX与豌豆淀粉之间的相互作用，阻止了淀粉链的结晶；（3）DX与豌豆蛋白之间的相互作用，抑制了淀粉分子的重新结合。本研究为开发具有理想质地和低回弹性的植物蛋白食品提供了新的见解，可能进一步拓展原位DX和豌豆粉在高蛋白植物基食品开发中的应用。

引言

随着全球人口饮食结构的不断升级以及肉类生产带来的沉重负担，消费者对肉类消费的需求正在下降，这促使人们探索植物基食品作为蛋白质来源来替代肉类（Wang et al., 2022）。最常用的植物蛋白来源是大豆（Fu et al., 2023），由于大豆蛋白的优良功能性，开发基于大豆的产品作为肉类替代品的兴趣仍在增加（Wang et al., 2025）。然而，由于对转基因大豆的安全担忧以及食用大豆蛋白可能引发的过敏反应，人们继续努力寻找更多的蛋白质来源以扩大植物基食品的选择（Ma et al., 2022）。豌豆（Pisum sativum L.），通常被称为干豌豆、青豌豆或田豌豆，是一种在全球大部分地区广泛种植的传统豆类（Boroojeni et al., 2018）。一般来说，豌豆种子含有20-25%的蛋白质和40-50%的淀粉，使其成为良好的蛋白质和淀粉来源（Wu et al., 2023）。食用豌豆被认为具有多种健康益处，人们对它们作为功能性食品的潜力越来越感兴趣（Wu et al., 2023）。

发酵饼——传统上由米粉制成——是中国大多数人的主要主食之一（Chen et al., 2024）。然而，由米粉（主要由米淀粉组成）制成的发酵饼蛋白质含量低，在储存过程中容易发生回缩，尤其是在低温（例如4°C）下（Wang et al., 2015）。这促使人们探索使用替代原料制作发酵饼的可行性。豌豆粉因其高蛋白质和淀粉含量而成为制作发酵饼的良好候选材料。迄今为止，关于使用豌豆粉作为发酵饼原料的研究非常有限。发酵饼的制备主要涉及两个过程：发酵和蒸汽加热。发酵过程赋予发酵饼特有的风味，并在蒸汽加热过程中产生气体，形成柔软的质地。为了启动发酵，本研究选择了乳酸菌（LAB）来发酵豌豆粉，因为它们在食品中的使用历史悠久，并且通常被认为是安全的（GRAS）。虽然可以通过用豌豆粉替代米粉来解决传统米粉发酵饼的营养不足问题，但由于豌豆粉的高淀粉含量，回缩问题仍然存在（Singh et al., 2005）。此外，豌豆淀粉中的高直链淀粉含量会导致基于豌豆粉的食品在加热后硬度高、弹性低（Haase & Kempf, 1991），这给质地带来了显著的挑战。因此，质地改良和延缓回缩是决定发酵豌豆饼（FPC）工业化两个关键方面（Ratnayake et al., 2002）。

在现代工业中，添加外源性增稠剂（如植物基多糖）是最常用的质地改良方法。然而，食品添加剂的使用无法满足消费者对“减少添加剂”和“清洁标签”食品的日益增长的需求。这需要开发绿色、安全和高效的质地改良方法。右旋糖酐（DX）作为一种天然微生物多糖，在食品工业中有广泛的应用，可用作增稠剂、粘度增强剂和乳化剂，它是由LAB中的右旋糖酐糖苷酶以蔗糖为底物产生的。DX由通过α-(1→6)糖苷键连接的重复葡萄糖单元组成，主链上还有α-(1→2)、α-(1→3)和/或α-(1→4)键作为支链（Bounaix et al., 2009）。DX可以通过两种方式使用：原位——在发酵过程中直接在食品基质中产生；体外——单独合成，纯化后添加到食品基质中。原位DX作为一种更有前景的质地改良剂，因为它符合“清洁标签”的趋势，是LAB的代谢产物之一。此外，据报道原位DX在淀粉类食品（如小麦面包）中还具有抗老化效果（Bi et al., 2023; Xu et al., 2020; Zhang et al., 2018）。原位DX的这种双重功能为利用这种特殊方式生产的聚合物来解决FPC的质地和回缩问题提供了强有力的依据。值得注意的是，现有关于原位产生的DX的抗老化效果的研究主要集中在以小麦淀粉为基础的系统中，其中面筋形成了连续的粘弹性网络。相比之下，FPC代表了一个由球状豌豆蛋白和豌豆淀粉主导的独特且更复杂的基质。微生物多糖在这种多组分植物基系统中的行为及其与淀粉和蛋白质的相互作用是决定产品质量的关键但尚未充分探索的因素（Lynch et al., 2018; Woo et al., 2025）。具体来说，多糖和蛋白质在热处理过程中的相互作用可以调节蛋白质变性的动力学、聚集形态和复合凝胶的最终微观结构，从而决定宏观的质地特性。虽然这些相互作用在模型系统中已有充分记录，但在豌豆粉等植物基基质中的证据正在出现。例如，在酸性pH下，豌豆白蛋白已被证明会与阴离子豌豆多糖自发相互作用，形成由有利热力学驱动的复合物（Tran et al., 2025）。这表明多糖在复杂食品基质中调节豌豆蛋白行为具有很大的潜力。

在这项研究中，选择了Leuconostoc pseudomesenteroides DSM 20193来发酵豌豆粉并原位产生DX，因为它具有较高的DX生成能力（Xu et al., 2017）。通过蒸汽加热含有原位DX的发酵豌豆糊制备了FPC，并评估了原位DX对FPC质地特性和老化行为的影响。随后，研究了原位DX对豌豆淀粉短期和长期回缩的影响，以及其对FPC中豌豆蛋白多级结构的影响。基于这些结果，提出了原位DX对FPC的质地改良和抗老化效果的潜在机制。

材料

豌豆粉购自位于华中农业大学（武汉，中国）的超市。豌豆粉的主要成分包括：蛋白质（19.62% ± 0.12%）、淀粉（38.26% ± 1.0%）、蔗糖（2.3% ± 0.0%）、脂肪（3.9% ± 0.21%）、灰分（2.55% ± 0.05%）和水分（9.89% ± 0.045%），根据美国谷物化学家协会（AACC）的标准方法计算（57-10.01, 80-04.01, 30-10.01, 08-01.01, 和 44-01.01）。

产生DX的菌株Ln. pseudomesenteroides DSM 20193（Xu et

pH值和DX含量

根据图2A，发酵前豌豆糊的pH值为6.23 ± 0.12，由于Ln. pseudomesenteroides DSM 20193产生的有机酸（主要是乳酸和乙酸）的生物合成，发酵后pH值降至5.13 ± 0.22（Xu et al., 2017）。最终发酵豌豆糊的pH值仍在感官可接受范围内，证明了其作为FPC制备原料的适用性。

作为关键

结论

本研究评估了原位产生的DX通过LAB增强FPC质地和延缓其老化的效果，并提出了这些效果的潜在机制。DX通过与豌豆蛋白和豌豆淀粉形成网络结构来改善FPC的质地。原位DX的抗老化效果可归因于三个方面：（1）DX固定水分子，减少了与豌豆淀粉结合的水的释放；（2）DX与豌豆淀粉之间的相互作用，这

CRediT作者贡献声明

Ziyi Guo：研究、数据分析。Jingjing Zhan：研究。Zijun Yang：方法学、研究。Jike Shuai：方法学、研究。Yan Xu：撰写——审稿与编辑、监督、资源获取、资金争取。Xinyi Wu：撰写——初稿、研究

5. 资金支持

本研究得到了国家自然科学基金（编号：32202095）和国家级本科生创新培训计划（编号：202410504079）的支持。

利益冲突声明

我们确认本出版物不存在已知的利益冲突，也没有任何可能影响研究结果的财务支持。

我们确认所有列出的作者都已阅读并批准了手稿，且没有其他符合作者资格但未列出的人。我们进一步确认手稿中作者的顺序已得到所有人的批准。

我们确认