富含半乳糖醛酸的五味子多糖改善大豆蛋白水解物乳化性能的机制：来自界面行为和分子相互作用的见解

《Food Research International》：Mechanism of galacturonic acid-rich Schisandra Chinensis polysaccharide in improving emulsifying properties of soy protein hydrolysate: Insights from interfacial behavior and molecular interactions

棱子条第一种异多糖（PSCP）结构首次系统解析，证实其富含半乳糖醛酸（Gal A），通过静电排斥和增强界面粘弹性显著提升大豆蛋白水解物（SPH）的乳化性能。最佳条件为PSCP浓度1 mg/mL、pH 6.0、离子强度0-200 mM。分子动力学模拟和光谱分析表明PSCP与SPH的7S/11S球蛋白通过氢键、静电作用及范德华力形成稳定复合物，促进乳化活性与稳定性协同提升。

　　

Jingwen Bai|Hongqian Gou|Yujia Guo|Peng Guo|Huifang Cao|Yu Yang

中国东北农业大学艺术与科学学院，哈尔滨 150030

摘要

在本研究中，我们鉴定出五味子多糖（PSCP，纯度85.19%）是一种酸性杂多糖，具有优异的稳定性和良好的流变性能。我们首次通过多种分析技术系统地阐明了PSCP的结构，发现其特征片段为：[→4)-α-D-GalpA-(1?→?4)-α-D-GalpA-(1?→?4)-β-D-Glcp-(1→]。PSCP显著增强了大豆蛋白水解物（SPH，水解度6%）乳液的乳化性能。当PSCP浓度为1?mg/mL、pH值为6.0、离子强度在0–200?mM范围内时，SPH乳液的乳化性能达到最佳。富含半乳糖醛酸（Gal A）的PSCP增加了液滴表面的负电荷密度，从而促进了强烈的静电排斥作用并抑制了液滴聚集。界面张力和流变分析表明，PSCP降低了平衡界面张力，增强了界面压力和吸附动力学，并提高了界面膜的粘弹性能（增加了G'和G"），以及结构完整性，这些都有助于提高乳化活性和稳定性。实验分析显示，PSCP与SPH中的7S/11S的结合是自发的且放热的，这一过程受到氢键、静电相互作用和范德华力的驱动。分子动力学（MD）模拟证实PSCP可以与7S/11S形成稳定的复合物，并且PSCP诱导了7S/11S的二级结构变化，这与傅里叶变换红外光谱（FT-IR）的结果一致。这项工作不仅揭示了PSCP改善SPH乳化性能的机制，还为通过富含Gal A的多糖精确调控植物蛋白乳液提供了理论和实践基础。

引言

大豆是一种重要的粮食作物，也是植物蛋白的重要来源（Liu, Zhang, Wang等人，2021）。大豆蛋白分离物（SPI）作为一种高浓度植物蛋白（>90%），被广泛用于食品工业，如植物基酸奶、蛋糕和冰淇淋等（Bourouis等人，2024；Chen等人，2019；Liang, Chen, Zhang等人，2024）。然而，由于其较大的分子量、较低的溶解度和刚性的构象，SPI的乳化性能有限，这会对富含SPI的产品的质地和感官质量产生不利影响（Chen等人，2019）。因此，研究人员采用酶解方法制备了SPI水解物（SPH），以增强其乳化活性（Liang, Deng, Wang等人，2024）。值得注意的是，在适当的水解度（DH）下，SPH的溶解性、乳化活性、起泡能力和抗氧化性能可以显著提高（Islam等人，2022）。然而，Lopes-da-Silva和Monteiro（2019）发现，在适宜的水解条件下SPH的乳化活性显著增强，但乳化系统的稳定性明显下降。这种不稳定性归因于SPH颗粒之间的静电相互作用不足，导致乳液中的聚集和沉淀。

在多糖-蛋白质复合物中，多糖提供了空间阻碍和静电排斥作用，使蛋白质能够有效地附着在疏水表面上，从而提高整体稳定性（Wei & Huang，2019）。Zang等人（2019）发现，果胶和米糠蛋白水解物通过结合静电和空间排斥作用显著提高了乳液稳定性。此外，果胶与SPI之间的氢键或疏水相互作用也显著改善了SPI的乳化性能（Xie等人，2024）。Liang等人（2023）报告称枸杞多糖（LBP）通过静电和疏水相互作用提高了SPI凝胶的热稳定性。值得注意的是，果胶和LBP具有共同的特点，如高乌洛酸含量和中等分子量。总体而言，多糖的结构特性对其功能性能起着重要作用（Li等人，2018）。根据现有文献推测，富含羧基和羟基的Gal A多糖可以与蛋白质相互作用形成多糖-蛋白质复合物，在油滴表面形成一层额外的保护层，防止油滴聚集和合并（Qiu等人，2024）。来自中国黑龙江省的五味子因其优良的质地、高药用价值和丰富的产量而被称为一种 authentic 药用材料。五味子多糖是五味子的主要活性成分。初步研究表明五味子多糖与果胶和LBP在结构上具有相似性（Li等人，2018；Zhang, Zhou等人，2022）。因此，五味子多糖不仅具有独特的地理资源优势，而且在增强大豆蛋白乳化性能方面也显示出广阔的应用潜力。迄今为止，尚无关于五味子多糖的精细结构及其对SPI水解物（SPH）乳化性能影响的报道。我们推测五味子多糖与SPH相互作用形成稳定的复合物，从而显著提高了乳液的乳化性能。

在本研究中，我们采用超声辅助纤维素酶法提取了五味子多糖，并确定了该多糖的物理化学性质和结构特征。同时，通过酶解制备了适当的SPH。随后，研究了在不同条件（多糖浓度、pH值、离子强度）下五味子多糖对SPH乳液乳化稳定性的影响。最后，结合了多维实验分析（光谱、微观形态、界面和热力学评估）和计算化学模拟。通过这种综合策略，我们初步阐明了五味子多糖通过与7S/11S球蛋白相互作用来改善SPH乳化性能的潜在机制。这一发现不仅为开发高稳定性的SPI基乳液提供了基础，也为揭示多糖与蛋白质水解物之间的内在结构-功能关系奠定了基础。

材料与化学品

详细信息请参见支持信息第1.1节。

PSCP的制备、物理化学性质和结构表征研究

详细信息请参见支持信息第1.2–1.4节。

大豆蛋白水解物的制备

为了水解SPI，我们使用了三种常用的食品级蛋白酶：微生物来源的碱性蛋白酶、微生物来源的中性蛋白酶和植物来源的菠萝蛋白酶。通过比较不同来源的蛋白酶，本研究旨在评估酶源对

PSCP的物理化学性质

如图S4A所示，HPLC色谱图中PSCP的峰为单一且对称，表明PSCP是一种均质多糖（M_w: 9.5?×?10⁴?Da）。表S2显示，PSCP中高含量的乌洛酸（34.92?±?0.96%）证实了其潜在的抗氧化活性。PSCP表现出相对良好的溶解性（23.15?±?0.73?mg/mL）、较小的颗粒大小（198.40?±?25.68?nm）和ZP（?15.16?±?1.96?mV），因此不易聚集。

结论

在本研究中，我们采用超声辅助纤维素酶法制备了五味子多糖（PSCP）。PSCP由六种单糖组成，鉴定出了八个残基：→5)-α-L-Araf-(1→, →2)-α-L-Rhap-(1→, →4)-β-D-Glcp-(1→, →4)-α-D-GalpA-(1→, →3)-β-D-Galp-(1→, →6-α-D-Glcp-(1→, →3,6)-α-D-Manp-(1→, 以及T-α-L-Araf-(1→)。确定了SPH制备（碱性蛋白酶，DH?=?6%）和乳液形成（1?mg/mL PSCP，pH?6.0）的最佳条件。

CRediT作者贡献声明

Jingwen Bai：撰写 – 原稿。 Hongqian Gou：方法学、数据管理。 Yujia Guo：方法学、实验研究。 Peng Guo：验证、软件操作。 Huifang Cao：验证、软件操作。 Yu Yang：撰写 – 审稿与编辑。

未引用的参考文献

Pettolino, Walsh, Fincher and Bacic, 2012

Wang, Li, Hao and Xu, 2024

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号31600276）和国家生猪产业技术体系子课题（编号CARS-35-001）的财政支持。