《Journal of Food Engineering》：Ostwald ripening in poloxamer-stabilized oil-in-water emulsions: influence of poloxamer triblock structure and ripening inhibitors
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超声辅助发芽改善豌豆蛋白功能特性研究。采用多频超声波处理（单频60kHz、三频20/40/60kHz、双频20/60kHz），双频处理使豌豆蛋白颗粒尺寸达449.23nm，显著降低ζ电位绝对值，改变二级和三级结构，提升溶解性（+25.53%）、持水性（+46.28%）和乳化性（+36.47%），同时提高体外消化率。结构-功能相关性分析表明双频超声最优，为豌豆蛋白食品应用提供新策略。
张志娟|李明辉|尹佳宇|徐慧聪|戴斌|段玉清|胡凯|蔡美红|张海辉
江苏大学食品与生物工程学院，镇江212013，中国
摘要
为了克服豌豆蛋白在食品应用中的局限性，本研究采用了多频超声波辅助发芽技术来增强其功能性。与单频超声波（SWF：60 kHz）和三频超声波（TWF：20/40/60 kHz）相比，双频超声波（DWF：20/60 kHz）在36小时发芽后使颗粒大小达到最大值449.23 nm，并且其ζ电位的绝对值显著低于未经处理的对照组（CTR）。此外，DWF增加了蛋白质的不规则卷曲和β-转角比例，从而降低了结构有序性并增强了分子柔韧性，并显著提高了表面疏水性和游离巯基含量（p<0.05）。这些结构变化显著改善了豌豆蛋白的溶解度、持水能力和乳化性能（分别提高了25.53%、46.28%和36.47%），而油结合能力和泡沫稳定性则显著降低（p<0.05）。此外，DWF还改变了蛋白质的氨基酸组成，并显著提高了其体外消化率。相关性分析证实了豌豆蛋白的结构和功能性质改善之间存在正相关关系。因此，双频超声波辅助发芽是一种通过改变蛋白质结构来提升其功能性能的有效方法，为其在食品开发中的更广泛应用提供了有前景的策略。
引言
豌豆蛋白因其高营养价值、低致敏性和成本效益而受到广泛关注（Mathew等人，2023年）。然而，由于天然豌豆蛋白本身溶解性差（Zha等人，2019年）、质地不佳、草腥味明显以及功能性能不理想（Mathew等人，2023年），其在食品中的应用受到限制。为了改良豌豆蛋白并提升其功能性质，人们采用了多种物理改性技术（如超声波、高压和热处理）、化学修饰方法（包括糖基化、酰基化和磷酸化），以及生物改良策略（如发芽、发酵、酶解和交联）（Akharume等人，2021年；Mathew等人，2023年；Zhang等人，2018年）。其中，发芽作为一种经济、安全且有效的方法，能够在不导致蛋白质变性的情况下改善其功能性质。
种子发芽是一个复杂的生理过程，蛋白质在其中起着不可或缺的作用（Ohanenye等人，2020年）。研究表明，豆类种子中的蛋白质含量与发芽时间呈正相关（James等人，2020年；Mao等人，2024年）。种子蛋白质的体外消化率受其结构性质的影响，同时抗营养因子（如单宁、植酸和蛋白酶抑制剂）的存在也会影响消化率（Becker & Yu，2013年）。发芽不仅可以激活内源性蛋白酶，进而通过酶解作用修饰蛋白质，还能显著降低这些抗营养因子的含量，从而提高蛋白质的消化率（Arshad等人，2023年；Y?lmaz等人，2025年）。Sofi等人（2021年）发现，发芽可以降低鹰嘴豆蛋白质的有序结构，同时显著提高其体外消化率、持水能力和乳化性能。Wang等人（2024年）也报道了发芽可以增加黑豆蛋白中11S球蛋白亚基与7S球蛋白亚基的比例，并显著改善了其发泡性和乳化性能。然而，最新研究表明，将发芽与其他加工技术结合使用可以进一步提升蛋白质的营养价值和功能性质（Li等人，2025年；Wang等人，2022年）。
作为一种环保的非热处理技术，超声波已被广泛用于改变蛋白质结构以改善其功能性质（Aghababaei等人，2024年）。尽管已有大量研究评估了超声波对发芽种子营养成分的影响，但很少有研究关注其在超声波辅助发芽过程中对分离蛋白质的影响。我们之前的研究表明，与单频（20 kHz）和三频（20/40/60 kHz）超声波相比，双频（20/60 kHz）超声波能有效促进大豆种子的发芽（Chen等人，2023年）以及大豆蛋白分离物的功能性质（Li等人，2025年）。同样，Zhou等人（2025年）报告称，双频（20/60 kHz）超声波结合发芽显著改善了小麦蛋白质的组成、构象、相互作用和结构。此外，双频（20/50 kHz）超声波还有助于降解植酸和单宁（Dai等人，2025年）。因此，可以推测双频超声波可能对豌豆蛋白的功能性质改良具有最显著的效果。然而，目前关于超声波辅助发芽的研究主要集中在单频处理上，对多频处理方法的关注较少，这一假设需要进一步验证。
因此，本研究的目的是探讨多频超声波结合发芽对豌豆蛋白分离物的结构、功能性质和体外消化性质的影响，并探索其潜在机制。研究结果将为提高豌豆蛋白分离物的质量提供有效的加工策略，并阐明通过结构改良性实现功能改善的机制。
原材料和试剂
彩色斑点豌豆种子购自山西山彦农业发展有限公司（中国山西）。所有用于分析的化学品，包括磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、Tris、甘氨酸、乙二胺四乙酸、尿素、1-苯胺萘-8-磺酸（ANS）、盐酸和氯化钠，均为分析级，购自中国国家医药有限公司（上海）。
样品制备
彩色斑点豌豆种子经过筛分处理
颗粒大小和电位测量
颗粒大小和电位是影响蛋白质功能性质的关键分子参数。如图1所示，发芽和多频超声波处理显著改变了豌豆蛋白分离物的颗粒大小和ζ电位。与GPI相比，无论是36小时还是60小时的发芽处理，CTR组的颗粒大小都更大。36小时发芽后，DWF组的颗粒大小达到最大值449.23 nm，显著高于其他组（p<0.05）
结论
本研究表明，不同频率模式的超声波辅助发芽可以改变豌豆蛋白的结构，从而进一步改善其功能性质和体外消化率。在所评估的处理方法中，双频超声波的效果最为显著。双频超声波改变了豌豆蛋白的关键结构特征，包括ζ电位以及二级和三级结构，从而增强了其功能性质
作者贡献声明
张志娟：撰写初稿、验证、方法学设计、实验研究。李明辉：验证、实验研究。尹佳宇：方法学设计、实验研究。徐慧聪：验证。戴斌：验证。段玉清：监督、资金获取。胡凯：实验研究。蔡美红：验证。张海辉：撰写、审稿与编辑、监督
未引用参考文献
Y?lmaz Tuncel等人，2025年。
利益冲突声明
作者声明与本研究无利益冲突。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2024YFD2100304）和国家自然科学基金（32072354）的资助。
