超声与转谷氨酰胺酶预处理对豌豆蛋白乳液凝胶结构及消化特性的影响机制研究

本研究针对植物蛋白凝胶性能优化难题，创新性地采用超声(ultrasound)和转谷氨酰胺酶(transglutaminase, TGase)预处理技术，系统探究了豌豆分离蛋白(PI)与浓缩蛋白(PC)乳液凝胶的结构特性、流变学性质及消化行为差异。研究发现预处理可显著提升PI凝胶弹性模量，而PC因高淀粉/纤维含量呈现复杂响应；核磁共振代谢组学揭示胃消化阶段存在差异代谢物释放，但肠道消化无显著限制，为植物蛋白在食品工业中的应用提供了重要理论依据。

　　

随着全球对可持续食品系统的需求增长，植物蛋白因其环境友好性和健康效益备受关注。豌豆蛋白(Pisum sativum L.)作为低致敏性、高营养的优质来源，在食品工业中的应用潜力巨大。然而，植物蛋白普遍存在凝胶性能差、消化率低等问题，严重制约其作为动物蛋白替代品的应用。特别是豌豆分离蛋白(PI)与浓缩蛋白(PC)因提取工艺差异导致组成显著不同——PI蛋白含量高达80%而PC含较多淀粉和纤维，这种本质差异如何影响其加工特性与营养释放，成为亟待解决的科学问题。

瑞典研究团队在《Food Hydrocolloids》发表的研究中，创新性地将物理（超声）与酶法（转谷氨酰胺酶，TGase）预处理相结合，系统考察了PI与PC乳液凝胶的构效关系。通过流变学测试、体外模拟消化结合核磁共振(NMR)代谢组学等技术，首次揭示了不同预处理对两类蛋白凝胶的差异化影响机制。

关键技术方法包括：1) 采用动态流变仪测定储存模量(G')评估凝胶强度；2) 邻苯二甲醛(OPA)法量化蛋白质消化率；3) ¹
H-NMR代谢组学追踪胃/肠消化阶段的代谢物释放动态；4) 使用市售豌豆分离蛋白(Pisane C9)和浓缩蛋白(F55x)作为实验材料。

【研究结果】
结构特性差异
TGase与超声协同处理使PI凝胶储存模量(G')提升最显著，因其促进ε-(γ-谷氨酰)赖氨酸交联并减小蛋白粒径；而PC凝胶因高淀粉/纤维的物理阻碍作用，未处理样品反而表现出更高G'值。电镜观察证实PI形成更均匀的三维网络结构。

消化行为解析
PI凝胶水解度(77%)显著高于PC(48%)，主要归因于PC中淀粉/纤维对蛋白酶的空间位阻。NMR代谢组学发现：胃消化阶段，TGase处理的PC凝胶葡萄糖释放量降低，而超声+TGase处理的PI凝胶甘氨酸释放减少；但肠道消化后所有样品营养释放趋同，表明加工处理不会造成最终营养障碍。

讨论与意义
该研究首次阐明PI与PC在凝胶形成机制上的本质差异：PI依赖蛋白质分子间作用力，而PC受非蛋白组分显著影响。这一发现为植物蛋白原料的精准选择提供了科学依据——当需要高强度凝胶时应优先选用PI，而PC更适合对弹性要求不高的应用场景。研究证实超声与TGase的协同处理能定向调控PI凝胶性能，这对开发新型植物基食品（如素食奶酪、肉制品替代品）具有重要指导价值。

特别值得注意的是，尽管预处理改变了蛋白质的初级结构，但最终消化率差异主要取决于原料类型而非处理方式，这一发现消除了对加工处理可能降低植物蛋白营养价值的担忧。研究采用的NMR代谢组学方法为食品营养研究提供了新思路，未来可扩展应用于其他植物蛋白系统的营养评估。该成果为食品工业实现"清洁标签"（减少化学添加剂）的同时优化产品质地提供了可行方案，对推动植物蛋白从实验室走向规模化应用具有里程碑意义。