超声辅助的碱性处理促进了大豆蛋白分离物与阿魏酸之间的共价复合，形成了用于番石榴保鲜的涂层

《Food Chemistry》：Ultrasound-assisted alkaline treatment promoted covalent complexation of soy protein isolate with ferulic acid into coating formation for guava preservation

超声辅助碱处理制备的SPI-FA共价复合物显著改善食品包装性能，颗粒尺寸从175.94±7.24 nm降至66.78±1.81 nm，水阻隔性和抗氧化性提升，有效延缓 guava 储存中的品质劣变。

　　

马云泽|李健|张华江|李汉宇|徐琳娜|夏宁

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

采用超声波辅助碱处理方法制备了大豆蛋白分离物（SPI）与阿魏酸（FA）的共价复合物，并将其应用于食品包装中。实验结果表明，辅助处理显著降低了SPI-FA复合物的平均粒径（从175.94 ± 7.24 nm降至66.78 ± 1.81 nm），同时使粒径分布更加集中。超声波辅助处理使多酚接枝程度提高了15%。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析显示，FA通过共价键与SPI结合。对薄膜性能的评估表明，引入该复合物显著增强了其防水性、阻隔性能和抗氧化性能。在番石榴储存实验中，该复合涂层有效保持了果实的外观质量，并显著延缓了重量损失、可滴定酸含量和抗坏血酸含量的下降。因此，超声波辅助碱处理可能是制备蛋白质-多酚共价复合物的一种有前景的方法，为食品级活性包装提供了新的选择。

引言

基于石油的塑料包装不可降解以及增塑剂的迁移对环境中的物种生存和人类健康构成了巨大风险（Ghobish, Motti, Bissember, & Vamvounis, 2025; Sheriff et al., 2025）。为应对这一挑战，研究人员开发了多种可生物降解的包装材料，包括改性材料基包装、仿生结构包装和生物聚合物基包装系统（Dang, Cai, & Wang, 2025; Tan et al., 2024; Yeo et al., 2024）。其中，生物聚合物基包装通过构建可生物降解的活性阻隔网络来调节食品的重量损失和氧化，从而有效维持食品品质的稳定性（Lopez-Polo, Mu?oz-Shugulí, Pati?o Vidal, & Pati?o Vidal, 2024）。根据来源和性质，天然生物聚合物可分为三类：（1）来自植物和动物的天然聚合物，如蛋白质、多糖和脂质；（2）化学合成的生物聚合物；（3）微生物合成的生物聚合物（Bhavya & Raman, 2025）。在众多生物聚合物中，基于蛋白质的包装材料因其低成本、丰富的活性位点、良好的相容性和成膜性能而受到广泛关注（Ebrahimi et al., 2025）。

大豆蛋白分离物（SPI）是一种低成本且易于获得的蛋白质，主要由球蛋白和少量白蛋白组成。SPI的主要成分是7S（β-伴大豆球蛋白）和11S（大豆球蛋白），两者合计占其总蛋白质含量的约80%（H. Li et al., 2022; Nishinari, Fang, Guo, & Phillips, 2014）。由于其生物相容性、可生物降解性和优异的成膜性能，SPI在现代食品工业中得到了广泛应用（Fang et al., 2021; Yuan et al., 2025）。然而，由于其多聚体结构，SPI的粒径分布较大且不均匀。再加上其内在抗氧化活性较低，这些特性严重限制了其在食品活性涂层应用中的效果（Nishinari et al., 2014）。将多酚化合物掺入蛋白质溶液中是提高大豆蛋白抗氧化性能的有效策略。阿魏酸（FA）是一种从玉米和米糠等谷物中提取的天然多酚，具有无色透明和中性气味的特点。然而，其稳定性差、易受热和光的影响以及生物利用度低仍是需要进一步改进的局限性（Xu et al., 2025）。蛋白质与多酚的结合可以提高多酚的生物可利用性和稳定性，而多酚引入的功能基团也有助于改善蛋白质的性能（Y.-T. Xue et al., 2023）。Dai等人（2023）对SPI-儿茶素复合物进行了研究，发现儿茶素的共价结合改变了SPI的表面疏水性，显著提高了儿茶素的生物可利用性、热稳定性和抗氧化活性。类似地，Guo、Bao、Sun、Chang和Liu（2021）的研究表明，多酚的共价结合增强了SPI-单宁酸复合物的结构性能、抗氧化活性和凝胶形成特性。为了提高鱼油乳液的氧化稳定性，Feng、Cai、Wang、Li和Liu（2018）制备了卵白蛋白（OVA）与（+）-儿茶素的共价复合物，利用其抗氧化性能来增强储存稳定性。鉴于构建位点特异性蛋白质生物结合物的广泛应用价值，本研究旨在通过应用蛋白质-多酚共价复合物策略，在食品活性保鲜领域进行创新，从而扩展此类生物结合物在食品包装中的实际应用。

蛋白质与多酚之间的相互作用主要有两种方式：共价结合和非共价结合。共价结合通常在碱性条件、酶催化或超声波处理下发生，形成的连接更加稳定，非常适合食品加工应用（Kim, Wang, & Selomulya, 2024; Y.-T. Xue et al., 2023）。在碱性条件下，空气中的氧气可以作为天然氧化剂缓慢氧化酚类化合物，生成醌中间体。尽管这一氧化过程相对较慢，但它比过氧化氢和铁氰化钾等无机氧化剂更具生物相容性和安全性。生成的醌中间体可以与蛋白质发生氧化偶联反应，形成稳定的C-N和C-S共价键。氧化偶联主要发生在蛋白质分子中的亲核功能基团上，尤其是赖氨酸和半胱氨酸残基，这些是蛋白质表面最亲核的侧链（Emmanuel, Nicolas, & Mathieu, 2010）。此外，碱性条件可以诱导蛋白质构象的松弛或部分展开，暴露出更多的亲核基团，从而增强其与多酚的结合效率（Kim et al., 2024）。然而，碱性处理的实际应用受到其相对较低的氧化效率和结合产率的限制。为了克服这些限制，人们提出了辅助处理策略来提高修饰效率（J. Chen et al., 2021）。高强度超声波处理作为一种安全、环保的新兴技术，在蛋白质修饰领域得到了广泛应用。超声波处理通过剪切和空化效应释放能量，促进蛋白质聚合物的解聚和结构展开，从而暴露出更多的自由基反应位点（F. Xue, Li, & Adhikari, 2020）。因此，基于超声波辅助碱处理的蛋白质-多酚结合效应的研究具有较大的吸引力和挑战性。辅助处理有可能克服传统修饰技术的效率瓶颈，同时提高成本效益和在食品加工中的实际应用性。据我们所知，目前尚无研究探讨超声波辅助碱处理对SPI-FA共价复合物结合效果的影响。因此，我们假设通过辅助处理实现SPI与FA的共价结合可能是改善低结合率并增强蛋白质功能特性的理想方案。

在本研究中，采用超声波辅助碱处理制备了SPI-FA共价复合物，并研究了不同参数下的超声波处理对复合物物理化学性质和蛋白质结构的影响。在此基础上，进一步引入海藻酸钠（SA）和甘油（GLY）构建了复合涂层系统。SA可以与SPI相互作用形成交联网络，从而增强涂层的阻隔性能；GLY作为增塑剂，提高了涂层的柔韧性，减轻了干燥引起的收缩和开裂。随后将这种复合涂层应用于番石榴，以评估其在实际食品保鲜中的应用效果。本研究旨在阐明辅助处理对多酚负载系统的作用机制，并为新型食品源基活性涂层的开发提供理论支持。

材料

SPI（干基含量≥90%）由中国临沂山松生物制品有限公司提供。高纯度FA（>99%）通过上海Macklin生化技术有限公司购买。海藻酸钠购自中国上海Aladdin生化技术有限公司。2,2-二苯基-1-吡啶肼（DPPH）和2,2′-偶氮双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（ABTS）购自德国Sigma–Aldrich公司。番石榴来自当地市场。

ζ电位和粒径

如图1a所示，SPI和SPI-FA复合物的粒径分布呈双峰分布，而经过超声波处理的样品则变为单峰分布。这种变化是由于SPI在自然状态下由聚合物组成，这些聚合物在超声波处理过程中由于空化效应而发生解聚（Csiszar, Szabo, Balogh, Fekete, & Koczka, 2021）。同样，Xin等人（2023）也观察到超声波处理引起了这种变化。

结论

本研究采用超声波辅助碱处理制备了SPI-FA复合物，并利用这些复合物制备了食品源基涂层。傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和差示扫描量热法（DSC）的结果表明，FA在SPI上负载良好，氢键和共价键是SPI-FA复合物结合的主要方式。通过超声波辅助碱处理制备的复合物显示出更高的共价接枝程度、溶解性和表面性能。

CRediT作者贡献声明

马云泽：撰写初稿、数据可视化、方法设计、实验设计、数据分析、概念构建。李健：方法设计、数据管理。张华江：撰写与编辑、监督工作、资源获取、数据分析。李汉宇：撰写与编辑、数据分析。徐琳娜：数据分析。夏宁：数据分析。

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。