《Food Research International》：Structural and techno-functional modifications of pea protein fractions by non-thermal technologies
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豌豆蛋白作为可持续蛋白源，其 techno-functional properties 通过非热加工技术（超声波、冷等离子体、高压处理等）的改性研究显著提升。重点分析 globulins（11S/7S）和 albumins 分 fractions 的结构特性及加工技术对其溶解性、凝胶性等的影响，为植物基食品开发提供理论依据。
作者名单：Raiane Rodrigues da Silva、Raimonda Celiesiute-Germaniene、Antanas Straksys、Ahmed Taha、Alain Doyen、Ant?nio Fernandes de Carvalho、Federico Casanova、Arunas Stirke
机构名称：功能材料与电子学系，立陶宛维尔纽斯物理科学与技术研究中心（State research institute Center for Physical Sciences and Technology），地址：Saul?tekio ave. 3，邮编LT-10257
摘要
动物源性食品的生产与温室气体排放、土地退化以及动物福利问题密切相关。鉴于人们对这一生产系统的环境和伦理问题日益关注，消费者逐渐采取更可持续的饮食习惯。这种转变包括减少动物源性产品的消费，转而选择植物性替代品，其中豆类作为蛋白质的来源备受青睐。豌豆蛋白因其高产量、低致敏性以及非转基因（non-GMO）特性而受到关注。豌豆蛋白主要由球蛋白（legumin 11S和vicilin 7S）和白蛋白2S组成，这些成分各自具有独特的结构和功能特性，这些特性会影响其在复杂食品配方中的表现。为了解决相关问题，非热处理技术（NTTs）如超声波（US）、冷等离子体（CP）、高压水力加工（HPP）和脉冲电场（PEF）被开发出来，用于调节蛋白质结构并改善其功能特性。尽管NTTs在改变蛋白质结构方面展现出巨大潜力，但目前相关研究仍较为有限，尤其是在这些技术对分离出的蛋白质组分及其在植物性食品配方中的应用效果方面。因此，本文献综述批判性地探讨了NTTs调节豌豆蛋白组分结构的潜力，从而增强其功能特性并扩大其在食品系统中的应用范围。
引言
人们对人类活动对环境影响的担忧日益增加，尤其是在农业食品领域，该领域是这些问题的主要贡献者（Valdelomar-Mu?oz & Murgado-Armenteros, 2024）。在这一领域面临的各种挑战中，动物源性食品的消费尤为突出，因为其生产过程会导致大量的温室气体排放、土地和水资源消耗以及森林砍伐（Nascimento, Odelli等人，2023）。为此，政策制定者鼓励消费者改变饮食习惯，提倡使用可持续的食品来源，尤其是植物性产品。此外，消费者对植物性饮食的健康和环境效益的认识不断提高，也推动了这一转变（Gil等人，2024）。
因此，植物性材料因其较低的碳足迹和丰富的营养成分而备受关注，尤其是其高蛋白质含量（Akharume等人，2021；Hertzler等人，2020）。在植物来源中，豌豆因其高产量、低致敏性以及非转基因特性而受到广泛关注。豌豆（Pisum sativum L.）是人类最早栽培的作物之一，目前在全球84个国家都有种植，是第二大种植作物（Lu等人，2020）。根据联合国粮食及农业组织的数据，2022年全球干豌豆产量约为1417万吨，主要生产国包括加拿大、俄罗斯、中国和乌克兰（Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2023）。
人们对豌豆的兴趣日益增加，主要源于其营养价值和在食品工业中的多种应用。根据品种、栽培条件和收获时的成熟度不同，豌豆种子含有60–65%的碳水化合物、23.1–30.9%的蛋白质和1.5–2.0%的脂质。豌豆种子还含有维生素、矿物质、植酸、多酚、皂苷和草酸等微量营养素（Lam等人，2018）。从蛋白质组成的角度来看，科学文献中越来越多地关注豌豆作为可持续蛋白质来源的研究。如图1所示，过去十年间关于豌豆蛋白的研究数量显著增加，这反映了人们对蛋白质提取方法、结构特性及其在食品系统中应用潜力的兴趣不断提升。
豌豆种子主要由球蛋白（49–70%）和白蛋白2S（15–25%）组成，还含有少量的醇溶蛋白和谷蛋白（Grossmann，2024）。从三维结构来看，这些蛋白质组分在溶解性和功能特性上存在差异。球蛋白主要负责凝胶化和乳化作用（Q. Shen等人，2023；Tahir等人，2024），而白蛋白则影响溶解性和起泡能力（R. Kornet等人，2022）。虽然醇溶蛋白和谷蛋白在豌豆蛋白的整体功能中的作用较小，但目前相关研究较少（Lam等人，2018）。然而，由于这些蛋白质的天然结构特性及其对提取方法的敏感性，其在食品系统中的应用受到限制，这可能对其溶解性、功能性和整体性能产生不利影响（Lam等人，2018；Tanger等人，2020）。此外，关于分离出的豌豆蛋白组分的利用研究也较为有限，限制了其在食品配方中的广泛应用。
许多研究探讨了通过技术手段修改蛋白质天然结构以改善其功能特性的方法，如传统加热、pH值调节和酶处理。其中，加热处理在食品工业中应用最为广泛。然而，这些方法可能会降低蛋白质的营养价值，并且不够可持续，例如热处理过程中需要消耗化石燃料，从而增加环境影响（Toepfl等人，2006；M. Yang & Wang，2025）。为了解决这些问题，非热处理技术（NTTs）如脉冲电场（PEF）、冷等离子体（CP）和高压水力加工（HPP）成为替代方案，因为它们更节能、成本效益更高，对营养成分的影响较小，且环境足迹更低（Jadhav等人，2021；Safwa等人，2023）。
从节能角度来看，非热处理技术与传统加热方法的比较取决于具体工艺目标、材料类型和其他处理参数，目前关于成本和能源效率的文献仍存在空白（Landi等人，2025；Raso等人，2022）。Toepfl等人（2006）指出，PEF和HPP等非热处理技术可以通过减少总体能耗来提高能源效率。Landi等人（2025）通过比较PEF与高温短时巴氏杀菌的效果证明，PEF可使电力和燃料消耗分别降低20%和60%，从而提高能源效率并减少约30%的温室气体排放。在HPP过程中，杀菌时的能耗也降低了20%（Toepfl等人，2006）。冷等离子体技术的能源效率更高，因为能量直接用于生成活性物质，能量损耗较低（M. Yang & Wang，2025）。较高的能源效率、更短的处理时间、较低的水消耗以及改善的产品质量和保质期可以抵消NTTs的初始和运营成本，使其在经济上具有可行性（Raso等人，2022；Toepfl等人，2006；M. Yang & Wang，2025）。
关于NTTs对营养成分的影响，尤其是对热敏感的营养素，这些技术对其稳定性几乎没有影响。由于NTTs的处理时间较短，通常在常温或低温下进行，因此能够保留食品的感官特性。然而，在长时间处理或高强度处理下，某些感官特性可能会发生改变（Jadhav等人，2021）。
在豌豆蛋白改性方面，PEF通过诱导结构重排和减少蛋白质聚集，提高了蛋白质的溶解性和乳化能力（Guo等人，2024；Melchior等人，2020）。同样，冷等离子体也被报道可以改善豌豆蛋白的溶解性并改变其表面疏水性，通过破坏分子间相互作用来改变其三维结构。这种效果归因于CP处理过程中产生的羟基（-OH）自由基，这些自由基会切割豌豆蛋白中的肽键和二硫键（Chuang等人，2025；Zhang等人，2021）。超声波因其通过声空化效应改变豌豆蛋白构象的能力而受到广泛研究，从而改善其功能特性（Nascimento, Queiroz等人，2023；Xiong等人，2018）。最后，高压水力加工根据施加的压力水平，可以促进豌豆蛋白聚集体的解离或诱导功能基团的暴露，从而扩展不同蛋白质（包括豌豆蛋白）的技术应用。已发表的研究表明，NTTs在改善豌豆蛋白的关键功能特性（如溶解性、乳化性、凝胶化和起泡性）方面具有巨大潜力，从而扩大其在食品配方中的应用范围。
然而，大多数研究都是针对整个豌豆蛋白进行的，忽略了不同组分（球蛋白、vicilin、legumin和白蛋白）在分子结构、氨基酸组成和功能潜力方面的差异。因此，本综述对豌豆蛋白组分进行了深入分析，特别关注球蛋白（legumin和vicilin）和白蛋白，并探讨了不同NTTs如何不同程度地调节它们的结构和功能特性。通过强调组分特异性响应，本综述为定制蛋白质功能性和开发下一代植物性和混合食品系统提供了新的见解。
豌豆种子中的蛋白质组分
豌豆中的蛋白质含量为23.1%至30.9%（Barac等人，2010；Shen等人，2022；Wu等人，2023），是仅次于碳水化合物的第二大丰富大分子。豌豆蛋白包含所有必需氨基酸，占总氨基酸含量的约23.6%，高于大豆和小麦（Asen等人，2023）。在必需氨基酸中，赖氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸含量较高，尤其是赖氨酸在豌豆中的含量显著高于其他作物
豌豆蛋白组分的功能特性
蛋白质的功能特性与其在食品中的应用密切相关。大量研究致力于理解和改善这些特性，特别是溶解性和形成胶体系统（如凝胶、乳液和泡沫）的能力（Asen等人，2023；Lam等人，2018）。这些功能特性受多种因素影响，包括豌豆品种，它会影响蛋白质的含量、组成和构象
非热处理技术（NTTs）
近年来，随着对更安全、更可持续和更高质量食品产品需求的增长，非热处理技术在食品工业中的应用显著增加。虽然传统热处理技术在灭活微生物方面有效，但也存在一些缺点，如会产生有害化学物质（如丙烯酰胺，Galani等人，2017），以及破坏热敏感营养素（如维生素和多酚），从而影响食品质量（Fadimu等人
结论与展望
本文献综述强调了NTTs（如超声波、高压水力加工、冷等离子体和脉冲电场）在调节豌豆蛋白组分结构方面的潜力。这些技术能够使蛋白质展开并暴露疏水侧链，从而改变蛋白质的溶解性、水分保持能力（WHC）和氧化还原稳定性（OHC），并增强关键功能特性（如凝胶化、乳化和起泡性，见表3）。这些改进不仅提升了豌豆蛋白的功能特性，还为食品工业提供了新的应用机会
作者贡献声明
Raiane Rodrigues da Silva： 负责撰写初稿和概念构思。
Raimonda Celiesiute-Germaniene： 负责审稿和编辑。
Antanas Straksys： 负责审稿和编辑。
Ahmed Taha： 负责撰写初稿。
Alain Doyen： 负责审稿和编辑。
Ant?nio Fernandes de Carvalho： 负责审稿和编辑。
Federico Casanova： 负责撰写初稿、监督和概念构思。
Arunas Stirke： 负责撰写初稿、监督和项目管理及概念构思。
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
我们感谢巴西高等人才培养协调委员会（CAPES）提供的财政支持（财务代码001）。
