热处理改性翼豆蛋白的结构优化与发泡性能提升及其在植物基奶油中的应用研究

本研究针对植物蛋白功能特性不足的问题，通过热处理改性翼豆蛋白分离物(WPI)，系统探究其对乳化性、发泡性及奶油体系稳定性的影响。结果表明75°C加热45分钟可显著提升WPI的α-螺旋向β-折叠转化，使发泡率从11.67%提升至47.50%，与酪蛋白酸钠(SC)1:1复配时膨胀率达214.03%，为高品质植物基奶油开发提供新策略。

　　

论文解读
在追求健康饮食与可持续发展的浪潮中，植物基奶油正成为食品工业的新宠。然而，植物蛋白固有的结构复杂性导致其乳化性、发泡性等功能特性远逊于乳源蛋白，这成为制约高品质植物奶油发展的瓶颈。翼豆作为热带地区高蛋白作物（含量达38.1-45%），其蛋白分离物(WPI)虽具有优于大豆蛋白的发泡能力，但存在搅拌稳定性差的缺陷。如何通过物理改性突破植物蛋白的功能局限，成为海南大学等机构研究人员亟待解决的课题。

研究团队采用热处理这一经典食品加工技术，通过调控温度和时间参数（60-90°C，15-60分钟），结合SDS-PAGE电泳、圆二色谱、荧光光谱等技术，系统解析WPI结构变化规律。发现75°C加热45分钟(HWPI)能最大程度破坏α-螺旋氢键，使β-折叠占比提升37%，蛋白质分子柔性增强。这种结构重构使HWPI的乳化活性指数提高2.1倍，发泡率暴增306%，为后续奶油体系构建奠定基础。

材料与方法
实验以海南五指山产翼豆为原料制备WPI，通过差示量热扫描(DSC)确定热变性温度区间，采用流变仪测定乳液黏弹性，激光共聚焦显微镜(CLSM)观察脂肪球分布。奶油体系以氢化棕榈仁油(HPKO)为脂肪基，通过部分替代酪蛋白酸钠(SC)评估HWPI的应用效果，并与市售奶油进行膨胀率、质构特性等对比。

结果与讨论

1. 结构特性分析
   非还原SDS-PAGE显示HWPI在80 kDa和50 kDa处出现蛋白条带聚集，表明热处理诱导了β-伴大豆球蛋白(7S)亚基交联。圆二色谱证实α-螺旋含量从32.1%降至18.7%，而β-折叠从21.4%增至29.3%，这种构象转变暴露出更多疏水基团，显著提升表面活性。

2. 功能特性优化
   在75°C/45分钟条件下，HWPI的起泡能力达47.50%，较未处理组提升4倍（p<0.05）。乳化稳定性指数从58.3分钟延长至142.6分钟，归因于蛋白质分子柔性增强后更易在油-水界面铺展。

3. 奶油体系应用
   当HWPI与SC以1:1复配时，奶油乳液黏度达最优值（η=1.24 Pa·s），脂肪部分聚结率控制在42.3%。CLSM显示HWPI-SC复合物能有效包裹HPKO脂肪球（粒径d_4,3=3.2 μm），形成致密蛋白网络。最终产品膨胀率(214.03%)与市售奶油无显著差异（p>0.05），且在4°C储存7天后仍保持85%的泡沫体积保留率。

结论与意义
该研究首次阐明热处理通过调控WPI二级结构转化（α-helix→β-sheet）提升其界面活性的分子机制，创制出性能媲美乳源的植物基奶油。这不仅为翼豆这一热带作物开辟高值化利用途径，更为解决植物蛋白功能缺陷提供了普适性改性策略。相关成果发表于《Food Hydrocolloids》，为食品工业从"仿乳"迈向"超乳"的转型升级提供关键技术支撑。