通过神经和细胞反应揭示人们对植物蛋白收敛性的感知

植物蛋白涩感源于其与唾液黏液蛋白的氢键结合，导致口腔润滑膜破坏，引发神经感知。通过感官评价、fNIRS神经成像和TR146-MUC1细胞模型，发现豌豆蛋白在15%浓度时涩感最显著，激活右侧前额叶皮层（DLPFC）并伴随黏液结合量增加，机制与单宁类似但依赖表面疏水性而非酚类含量。

　　
近年来，植物蛋白因其可持续性和营养价值备受关注，但长期阻碍其普及的是口感问题——尤其是难以接受的涩味（astringency）。这种口感问题不仅影响消费者接受度，还制约了植物蛋白在食品工业中的应用。2025年发表于《Scientific Reports》的研究团队，通过整合感官学、神经科学和细胞生物学方法，首次系统揭示了植物蛋白涩味的形成机制，为开发更易接受的植物基食品提供了科学依据。

### 一、植物蛋白涩味问题的背景与挑战
全球人口增长和动物蛋白消费带来的健康风险（如心血管疾病）与温室气体排放问题，促使植物蛋白成为替代方案。然而，植物蛋白制品常被描述为“干涩”“砂砾感”或“紧缩感”，这类负面口感导致消费者食用意愿低。传统研究多聚焦于酚类化合物（如单宁）的涩味机制，却忽视了植物蛋白本身的结构特性对口腔感知的影响。

### 二、研究方法创新：多维度交叉验证
团队采用“感官-神经-细胞”三位一体的研究框架，突破单一方法的局限性：
1. **感官评价**：通过 Rate-All-That-Apply（RATA）测试收集134名参与者的口感数据，量化了厚度、光滑度、颗粒感等9项触觉属性。
2. **神经成像**：利用功能性近红外光谱（fNIRS）监测受试者前额叶皮层（DLPFC）的血流变化，发现涩味感知与右侧DLPFC的激活显著相关。
3. **细胞实验**：构建唾液-口腔上皮细胞模型（TR146-MUC1细胞系），模拟唾液膜环境，检测植物蛋白与粘蛋白的结合能力。

### 三、关键发现解析
#### （一）感官特征与蛋白质类型的关联性
- **浓度效应**：无论豌豆蛋白（PPC）、土豆蛋白（PoPI）还是羽扇豆蛋白（LPI），当浓度从5%提升至15%时，涩味评分均呈指数增长。例如，高浓度豌豆蛋白（15 wt%）的涩感评分是低浓度（5 wt%）的2倍。
- **蛋白类型差异**：豌豆蛋白在高浓度下表现最差，其颗粒感（Graininess）和膜包裹性（Mouthcoating）评分显著高于其他两种蛋白。值得注意的是，豌豆蛋白在15%浓度下仍能产生“奶油感”（Creaminess），这与其高黏度特性相关。
- **混合蛋白的局限性**：1:1混合蛋白质虽能部分平衡氨基酸组成，但会加剧涩味和颗粒感。例如，豌豆-土豆蛋白混合物的涩味评分比单一蛋白更高。

#### （二）神经机制揭示：前额叶皮层的“涩味信号中枢”
- **DLPFC的特异性激活**：所有涩味样本（包括豌豆蛋白和单宁酸）均引发右侧DLPFC的显著血氧变化（Δ[HbO]升高），这与情绪处理和风险感知相关脑区高度重合。
- **时间动态特征**：神经响应呈现时间梯度，单宁酸在0-20秒引发快速负面反应（血氧下降），而豌豆蛋白的效应在20-40秒达到峰值，提示植物蛋白的涩味感知存在更长的潜伏期。
- **与味觉的分离**：尽管豌豆蛋白溶液在味觉上被描述为“甜”，但其神经响应与甜味皮层（如岛叶）无显著关联，证实涩味感知的独立性。

#### （三）细胞层面的分子机制
- **唾液膜破坏效应**：在TR146-MUC1细胞模型中，15%豌豆蛋白溶液导致唾液黏蛋白（MUC1）结合量下降37%，而等浓度乳清蛋白（WPI）仅减少8%。这种差异在TR146+唾液细胞模型中得到印证。
- **疏水相互作用主导**：扫描电镜显示豌豆蛋白在高浓度下形成直径2-5微米的聚集体，其表面疏水氨基酸（如缬氨酸、亮氨酸）含量比乳清蛋白高23%。这些疏水基团通过氢键与黏蛋白的糖胺聚糖链结合，形成不可逆复合物。
- **乳清蛋白的对比实验**：即使在高浓度（15%），乳清蛋白仍能维持稳定的黏蛋白结合量（仅下降12%），且未引发显著的血氧变化，佐证了植物蛋白的固有特性是涩味形成的主因。

### 四、突破性结论与工业应用启示
1. **涩味形成双路径假说**：
- **物理路径**：蛋白质颗粒在口腔形成物理摩擦界面（颗粒感+膜包裹性）
- **生化路径**：疏水表面与黏蛋白的强相互作用导致唾液润滑剂失效（干燥感+紧缩感）
2. **加工技术改进方向**：
- **微结构调控**：通过高压均质或静电吸附技术，将豌豆蛋白颗粒细化至100纳米以下，减少机械摩擦
- **表面改性**：采用酶解法去除50%以上的疏水氨基酸，或通过磷酸化修饰形成亲水涂层
- **复配策略**：与水溶性多糖（如黄原胶）按1:2比例混合，通过空间位阻竞争阻断黏蛋白结合
3. **感官优化时间窗**：研究显示，在摄入后20-40秒是涩味感知的关键窗口期，此时可添加风味修饰剂（如β-环糊精包埋苦味物质）进行干预。

### 五、研究局限性及未来方向
当前研究存在三方面局限：①未考察植物蛋白与其他成分（如膳食纤维、脂质）的交互作用；②神经响应的个体差异未充分解析；③细胞模型与人体口腔环境的差异（如唾液流速、温度变化）可能影响结论普适性。
未来研究可拓展至：
- 开发便携式fNIRS设备用于实时监测消费者口感反馈
- 建立植物蛋白-唾液膜相互作用的三维分子动力学模型
- 探索肠道菌群代谢产物对植物蛋白口感感知的影响

该研究首次证实植物蛋白涩味是神经-细胞-物理多因素协同作用的结果，为开发下一代植物基食品提供了理论指导。随着相关技术的进步，预计未来5年内将有30%以上的植物蛋白产品实现口感优化，显著提升消费者接受度。