混合发酵剂培养下豆类蛋白与乳蛋白凝胶特性对比：质地、流变学特性与蛋白质结构的深度解析

本研究针对植物基酸奶质地调控难题，通过对比传统发酵剂(TSC)、浓缩型发酵剂(CSC)和开菲尔发酵剂(KSC)对乳蛋白(MPI)与豆类蛋白(SPI/CPI)的发酵特性，发现SPI因高分子量和高β-折叠含量形成类布丁刚性凝胶，而KSC通过延长发酵时间促进蛋白质水解和疏水基团暴露，显著提升SPI/CPI粘弹性。该研究为无添加剂植物基酸奶开发提供理论支撑。

　　

随着健康饮食理念的兴起，植物基酸奶作为乳制品替代品备受关注。然而，豆类蛋白(SPI/CPI)较乳蛋白(MPI)功能特性有限，对加工环境敏感，且现有研究多依赖单一乳酸菌发酵或添加增稠剂，难以满足"零添加"消费需求。如何通过发酵工艺调控豆类蛋白凝胶特性，成为植物基酸奶开发的核心难题。

为解决这一问题，中国研究人员在《Food Chemistry: X》发表论文，系统比较了三种商业混合发酵剂（传统发酵剂TSC、浓缩型发酵剂CSC和开菲尔发酵剂KSC）对MPI、大豆分离蛋白(SPI)和鹰嘴豆蛋白(CPI)的发酵影响。研究发现：SPI因高分子量和48.88%的β-折叠/β-转角含量形成交联凝胶链，质地类似布丁；而KSC通过多菌种协同作用延长发酵时间，促进11S亚基水解和疏水基团暴露，使SPI/CPI粘弹性显著提升。该研究首次揭示了β-折叠含量与凝胶质构的关联机制，为无添加植物基酸奶开发提供新思路。

研究采用pH监测、扫描电镜(SEM)、流变学分析、质构测试、SDS-PAGE电泳、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、ANS荧光探针和荧光光谱等技术，从宏观到微观多维度解析蛋白质结构变化。

3.1 发酵pH动态
TSC/CSC发酵效率高于KSC，其中CPI最快达pH4.5，SPI最慢。KSC发酵SPI/CPI需15小时，但延长了蛋白酶作用时间。

3.2 凝胶微观形态
MPI形成簇状聚集结构，SPI呈现大孔径交联凝胶束，CPI则多为破碎凝胶块。CSC导致蛋白质沉淀而非凝胶，而KSC使SPI/CPI凝胶结构更接近MPI的簇状形态。

3.3 流变学特性
所有样品均呈现剪切稀化行为。SPI凝胶在高频振荡下保持优异粘弹性，但大应变(>100%)时易断裂；KSC显著提升CPI-KSC的G'值，改善其流变性能。

3.4 质构特性
SPI-TSC硬度(533.57g)和咀嚼性(127.48)最高，CPI样品则普遍较低，与SEM观察到的凝胶不完整性一致。

3.5 蛋白质分子量
KSC发酵显著降解SPI的11S亚基(40kDa)，CPI-KSC分子量降低更明显，而MPI-KSC变化不大。

3.6 二级结构
发酵使α-螺旋减少，TSC/KSC增加β-折叠/β-转角(SPI-KSC达48.88%)，CSC则相反。SPI高β-折叠含量解释其刚性凝胶特性。

3.7 表面疏水性
MPI发酵后疏水性增强，SPI变化不显著，CPI则明显降低，可能与蛋白酶敏感度差异有关。

3.8 三级结构
KSC使SPI/CPI荧光强度增强，Trp峰红移，表明疏水基团暴露；而TSC/CSC发酵导致芳香族氨基酸包埋。

该研究得出两大创新结论：一是豆类蛋白高分子量决定其形成大尺寸凝胶束而非MPI的簇状结构，通过延长KSC发酵或酶预处理可改善质地；二是β-折叠含量是调控凝胶质构的关键，高β-折叠(>48%)对应弹性凝胶，低含量则形成粘稠体系。这一发现突破了传统依赖增稠剂的改良思路，为通过发酵工艺精准调控植物基酸奶质地提供了分子层面的理论依据。研究不仅填补了豆类蛋白发酵凝胶形成机制的空白，更为开发符合清洁标签趋势的植物基酸奶产品指明了技术路径。