LAB发酵豆奶凝胶的萌发调控性结构重塑：揭示其胃肠道消化命运及生物活性肽的释放机制

《Food Chemistry》：Germination-tunable structural remodeling of LAB-fermented soymilk gels: Unraveling gastrointestinal digestive fate and bioactive peptide release

本研究探讨发芽时间对LAB发酵豆浆凝胶结构及胃肠道消化的影响。通过分析0-3天发芽大豆的流变学、显微结构及分子间作用力，发现2-3天发芽能减弱凝胶弹性模量、增大孔隙尺寸，并改变分子间作用力。体外消化实验表明，2天发芽的凝胶在胃中崩解较快，肠道中溶出更多可溶性蛋白和肽，且通过亚基靶向降解产生更多生物活性肽。而3天发芽导致过度水解，生物活性肽结构破坏。因此，2天发芽时间优化了凝胶结构，提升消化效率和生物活性肽释放，为开发新型植物基乳制品提供策略。

　　

王雅琼|王毅|姚志杰|芮鑫|王培|谢崇|杨润强

中国江苏省南京市南京农业大学食品科学与技术学院全谷物食品工程研究中心，三亚研究院，邮编210095

摘要

本研究探讨了发芽时间如何影响乳酸菌（LAB）发酵豆奶凝胶的结构和胃肠道消化过程。选取发芽0-3天的大豆进行发酵，分析了其流变特性、微观结构、分子间相互作用以及体外消化情况。发芽过程降低了凝胶的粘弹性，增大了孔径，并使作用力从氢键转变为疏水相互作用。这可能是由于内源性蛋白酶活性增强以及7S/11S蛋白比例的变化所致。发芽处理的凝胶（尤其是发芽2-3天的）在胃中分解更快，在肠道中释放更多可溶性蛋白质，并产生更多肽类物质。肽组学分析显示，发芽2天（发酵得到的软质凝胶，FSG）通过靶向亚基降解产生了最具生物活性的肽；而发芽3天（发酵得到的超软质凝胶，FUG）则发生过度水解，导致特定生物活性基团的丢失。这些发现表明，控制发芽时间（2天）可以优化LAB发酵凝胶的结构，从而提高消化效率和生物活性肽的释放，为植物基乳制品的设计提供了新策略。

引言

豆奶作为一种广受欢迎的植物基乳制品替代品，因其富含高质量蛋白质、膳食纤维和生物活性化合物而受到青睐，同时解决了胆固醇含量和乳糖不耐受的问题（Qing等人，2019年）。然而，豆奶仍存在一些局限性：主要的大豆储存蛋白——甘氨酸蛋白（11S）和β--conglycinin（7S）具有高度球状结构，通过二硫键稳定（Fu等人，2024年）；抗营养因子如凝集素和胰蛋白酶抑制剂会降低蛋白质的生物利用度，并可能引起胃肠道不适（De Angelis等人，2017年）。这些因素影响了豆奶的消化性和消费者接受度。

改善豆奶品质的一个有前景的方法是采用乳酸菌（LAB）发酵，该过程可将豆奶转化为酸诱导的冷凝凝胶（Yin等人，2024年）。发酵还能产生生物活性肽并赋予其益生菌功效（Sun等人，2023年）。然而，许多LAB发酵的豆奶凝胶硬度过高、微观结构粗糙、持水能力低，且消化过程中蛋白水解速度慢。针对大豆分离蛋白（SPI）凝胶的研究表明，密度较大、结构较紧实的凝胶更难被酶分解：其较高的储能模量（G"）和紧密的网络结构阻碍了胃液渗透到凝胶内部，减缓了酶的进入和肽的释放（Wang、Sun等人，2023年；Yang等人，2021年）。比较胶体溶液与凝乳型凝胶的研究发现，凝乳型凝胶在早期释放的可溶性蛋白质较少，但在中后期消化阶段产生的肽更多（Rui等人，2019年；Wang等人，2022年）。

另一方面，大豆种子的发芽是一种天然的、低成本的生物加工方法，能够提高蛋白质的消化性，减少抗营养因子，并部分水解储存蛋白（Liu、Fu等人，2024年）。发芽的早期阶段（0-3天）至关重要：发芽2天内可适度松解蛋白质结构，而超过3天则可能导致过度水解和不稳定的肽类生成，因此需要严格控制发芽时间（Wang、Wang、Fang等人，2025年）。发芽还会引起构象变化——如紧密结构的松解、疏水区域的暴露增加、二硫键的减少以及蛋白酶活性的增强——这些变化使大豆蛋白更容易被后续酶分解（Gao等人，2019年）。内源性蛋白酶的“预消化”作用改变了蛋白质的分子量分布，但过度水解可能会破坏蛋白质的两亲性，影响凝胶的形成。我们之前的研究表明，发芽24-72小时可显著降低豆奶中的大分子量蛋白质（Wang、Fan、Li等人，2025年）。最新研究显示，发芽处理能增加蛋白质的水解程度，降低凝集素和胰蛋白酶抑制剂的活性，并改善发芽豆制品的体外胃肠道消化性（Wang、Wang、Liu等人，2025年）。然而，目标不仅仅是增加肽的数量，而是生成能够在胃肠道环境中存活并发挥健康促进作用的特定肽类。

结合发芽和LAB发酵的优点和缺点，我们认为这种组合方法具有很大潜力：发芽可以“预松解”蛋白质基质，减少抗营养因子，生成更多部分水解的蛋白质，这些蛋白质在发酵过程中可形成硬度适中、微观结构更优的凝胶。这样的凝胶结构有助于酶的更好渗透，加快肽的释放速度，从而改善在模拟胃部和肠道环境中的消化效果。图S1展示了这一转变过程——从原始的紧密蛋白质经过发芽预处理，到发酵后形成多孔凝胶网络。但目前关于不同发芽时间对LAB发酵后凝胶结构的影响，以及这些结构差异如何影响消化动力学和肽释放模式的研究仍有限。

因此，本研究旨在填补这一空白。具体来说，我们将1）对发芽后的豆奶进行LAB发酵以形成凝胶，分析其流变特性（G'、G"和粘度）、微观结构（孔径和纤维厚度）以及分子间相互作用；2）利用体外动态胃肠道模型和肽组学分析，评估这些不同凝胶结构在消化过程中的表现——包括胃部分解速率、可溶性蛋白质/肽的释放动力学、特定蛋白质亚基的消化情况以及最终的肽谱。通过这些研究，我们希望找到能够产生具有最佳平衡性的凝胶的条件：即具有良好质地、消化性高和肽释放特性优化的凝胶，为工业生产营养优化型豆基凝胶提供实际指导。

材料与化学品

实验所用的大豆种子（Nan-Nong 69）由南京农业大学国家大豆改良中心提供，使用前储存在4°C环境中。分子量标准品购自上海Sangon Biotech公司。所有化学品均为分析级，购自美国密苏里州圣路易斯的Sigma-Aldrich公司。

大豆种子的发芽处理

精心挑选了完整、新鲜且无霉变的大豆种子，然后用去离子水（DIW）冲洗。随后将种子在1%（w/v）的消毒液中杀菌。

F(S)SM凝胶的外观、流变特性和蛋白质相互作用

发芽预处理显著增加了大豆中的小分子蛋白质含量，有利于乳酸菌（LAB）的快速利用。这一过程缩短了LAB发酵引起的凝胶化时间。如图S2所示，可溶性蛋白质含量的急剧下降表明发芽将整个发酵时间从6天缩短至4天，证实了该预处理方法的有效性。

结论

本研究显示，发芽时间对LAB发酵豆奶凝胶的结构和消化性能有重要影响。发芽过程松解了大豆蛋白质基质，改变了凝胶的微观结构和分子间相互作用。长时间发芽（1-3天）降低了凝胶的粘弹性，增大了孔径，并使作用力从氢键转变为疏水键。值得注意的是，FSSM-2达到了一个结构阈值，此时基质足够松散，有利于酶的催化作用。

作者贡献声明

王雅琼：撰写初稿、数据整理。王毅：正式分析。姚志杰：方法验证、概念构思。芮鑫：指导工作。王培：撰写、审稿与编辑。谢崇：撰写、审稿与编辑。杨润强：撰写、审稿与编辑、资源协调、概念构思。

伦理声明

本研究已获得南京农业大学伦理委员会的批准。

资助

我们衷心感谢中国自然科学基金（编号32472261）、海南省自然科学基金（编号324CXTD427）以及江苏省高等教育机构优先学术发展计划（PAPD）提供的财政支持。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本研究结果的已知财务利益或个人关系。