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为探究变性对植物蛋白技术功能特性的影响，研究人员以蚕豆球蛋白（Fg）为对象，研究热诱导预聚集对其热凝固凝胶特性的作用。发现 10 分钟热处理可改善凝胶能力，过长时间加热会因颗粒异质性削弱凝胶。该研究为工业加工设计提供新思路。
在食品工业向可持续转型的浪潮中，植物蛋白逐渐成为动物蛋白的理想替代者。然而，植物蛋白在加工过程中不可避免地会经历热变性，如干燥、灭菌等环节，这往往导致蛋白混合物中既有天然态又有变性（甚至聚集态）成分。目前，关于变性对天然植物蛋白技术功能特性（如凝胶化性能）的影响机制尚不完全明确，尤其是部分变性状态下蛋白颗粒异质性与功能之间的关联亟待探索。蚕豆作为一种高蛋白、低成本且低过敏原的豆类作物，其球蛋白（Fg）的凝胶特性在食品应用中潜力巨大，但此前研究仅局限于天然状态，缺乏对变性及聚集状态的系统分析。在此背景下，深入研究热诱导预聚集对蚕豆球蛋白凝胶化行为的影响，对优化植物蛋白加工工艺、提升产品质构特性具有重要的现实意义。
来自相关研究机构的研究人员开展了此项研究，旨在揭示热变性对天然蚕豆球蛋白凝胶化行为的影响规律，为工业蛋白分离和加工提供理论指导。研究团队通过控制热处理时间（95°C 下分别处理 0、10、30、60 分钟）诱导蚕豆球蛋白产生不同程度的预聚集，并将变性蛋白与天然蛋白按不同比例混合，系统分析了蛋白颗粒大小、表面疏水性、天然度等分子特性，以及凝胶微观结构和流变学性能。研究发现，适度的热诱导预聚集可显著改善蚕豆球蛋白的凝胶能力，而过度聚集则会因体系异质性增强而削弱凝胶性能。该研究成果发表在《Food Hydrocolloids》，为植物蛋白基食品的质构设计提供了新的技术路径。
研究中采用的主要关键技术方法包括：
- 动态光散射（DLS）：用于测定蛋白颗粒大小分布，分析热处理前后颗粒尺寸的变化。
- 差示扫描量热法（DSC）：评估蛋白天然度，通过热焓变化判断变性程度。
- 多光子激发成像：观察凝胶微观结构，直观呈现蛋白网络的连接性和均匀性。
- 剪切流变学测试：通过温度扫描、频率扫描和应变扫描，量化凝胶的机械性能和 viscoelastic 行为。
3.1 蛋白特性表征
- 天然度：DSC 结果显示，天然蚕豆球蛋白在 87.7°C 和 98.2°C 出现两个变性峰，分别对应豌豆球蛋白和豆球蛋白，表明其天然状态。而经 10 分钟以上热处理的样品均无变性峰，证实完全变性。
- 蛋白溶解度：天然 Fg 溶解度为 85.1%，热处理后溶解度略有下降（75%-82%），但仍远高于商业植物蛋白（约 5%），表明适度聚集未显著破坏溶解性。
- 颗粒大小：天然 Fg 主要为 11.7 nm 的小颗粒，热处理后颗粒增大且分布变宽，60 分钟处理组出现多峰分布，大颗粒（>1.2 μm）比例从 5.4% 增至 17.0%。
- 表面疏水性：10 分钟热处理使表面疏水性提高 3 倍，长时间处理因聚集导致部分疏水基团埋藏，疏水性下降但仍为天然态的 2 倍。
- SDS-PAGE：热处理诱导豆球蛋白 αβ 二聚体通过二硫键形成大聚集体，而豌豆球蛋白因不含半胱氨酸，主要通过疏水作用参与聚集。
3.2 热凝胶化与凝胶结构
- 凝胶形成能力：天然 Fg 在 14 wt% 浓度下无法形成自支撑凝胶，而所有热处理样品均可形成。混合样品中，10 分钟热处理组在任意比例下均能成胶，30/60 分钟组需至少 50% 变性蛋白。
- 微观结构：10 分钟热处理组凝胶结构均匀、连接紧密，而长时处理组因大颗粒存在呈现异质性。混合天然蛋白会降低结构连接性，加剧不均匀性。
3.3 凝胶流变学
- 温度扫描：95°C 下储存模量（G’）显著增加，凝胶形成主要依赖疏水作用和氢键。10 分钟热处理组 G’增长最快，表明凝胶化速率和刚度更高。
- 频率扫描：所有凝胶均表现出低频率依赖性，符合无序固体行为，与微观结构观察一致。
- 应变扫描：热处理组凝胶的线性粘弹性（LVE）区域应变范围更大（4.4%-5.3% vs 天然组 2.2%），表明更具拉伸性。10 分钟组 G’最高（650 Pa），长时处理组因异质性和填充效应呈现不同刚度变化。
4. 结论与讨论
本研究表明，热诱导预聚集对蚕豆球蛋白凝胶特性的影响取决于聚集程度和颗粒异质性。适度短时间热处理（如 10 分钟）通过暴露疏水基团、形成均匀小聚集体，显著增强蛋白 - 蛋白相互作用，从而提升凝胶的刚度、拉伸性和结构均匀性。而长时间处理产生的大聚集体虽可作为 “活性填料” 增强刚度，但会因体系异质性导致凝胶网络一致性下降。此外，天然蛋白与变性蛋白混合会引入结构缺陷，削弱凝胶性能。
该研究颠覆了 “蛋白变性必然导致功能下降” 的传统认知，揭示了部分变性状态下蛋白颗粒特性对功能的关键调控作用。研究结果为工业加工中通过控制热处理条件（如时间、温度）优化植物蛋白提取物的凝胶性能提供了科学依据，例如可通过限制聚集程度（如低温短时处理）或混合不同变性程度的蛋白，设计具有特定质构的食品基料。未来研究可进一步拓展至其他植物蛋白体系，并探索剪切、pH 等多因素协同作用对变性 - 聚集 - 凝胶化路径的影响，为植物基食品的多元化开发奠定理论基础。
