pH与离子强度对鹰嘴豆水(aquafaba)功能特性及界面流变学行为的调控机制研究

本研究针对脉冲加工废水回收利用难题，以鹰嘴豆水(aquafaba)为对象，系统探究pH(3.0-5.0)和离子强度(10-100 mM)对其功能特性(FC/FS/EAI/ESI)、结构特征(α-螺旋/β-折叠)及界面流变行为的影响。发现pH 4时泡沫性能最佳，pH 5时乳化活性最高，离子强度通过改变蛋白质构象提升界面吸附速率，首次阐明吸附速率主导A/W界面发泡性能而分子间相互作用决定O/W界面乳化特性的机制，为植物基食品开发提供理论支撑。

　　

在食品工业追求可持续发展的背景下，脉冲类作物加工产生的废水处理成为亟待解决的环保难题。这些富含蛋白质和多糖的液体副产物——尤其是鹰嘴豆烹煮液(aquafaba)，因其出色的发泡和乳化特性被视为潜在的鸡蛋替代品。然而，其功能表现受环境参数显著影响，特别是pH和离子强度如何通过分子层面调控界面行为尚不明确。来自布尔萨工业大学和伊斯坦布尔工业大学的研究团队在《Journal of Molecular Liquids》发表的研究，首次系统揭示了这些关键参数对aquafaba多尺度特性的影响规律。

研究采用功能特性测试(FC/FS/EAI/ESI)、zeta电位分析、圆二色谱(CD)和界面剪切流变学等技术，重点考察了接近蛋白质等电点(pH 3.0-5.0)和避免盐析效应(10-100 mM NaCl)的条件范围。

功能特性
通过测定不同条件下的FC(发泡能力)、FS(泡沫稳定性)、EAI(乳化活性指数)和ESI(乳化稳定性指数)，发现pH 4时FC(156%)和FS(84.5min)达到峰值，而EAI在pH 5最高(25.6 m²/g)。离子强度增加虽降低zeta电位绝对值，但通过促进α-螺旋形成(CD显示从18.3%增至27.1%)提升了界面吸附速率。

流变学特性
旋转流变仪检测显示典型的剪切稀化行为，在等电点附近呈现类牛顿流体特性。界面剪切流变学揭示A/W界面弹性模量(G')与FS呈正相关(r=0.89)，而O/W界面粘性模量(G")决定ESI，证实发泡性能受吸附速率主导，乳化特性则取决于吸附分子间相互作用。

结构表征
圆二色谱分析表明离子强度增加使α-螺旋含量提升9.8个百分点，同时β-结构减少12.3个百分点，这种构象变化使蛋白质疏水核心更易暴露，解释了对界面吸附动力学的促进作用。

该研究创新性地建立了pH/离子强度-aquafaba分子构象-界面流变特性-功能表现的四级关联模型，不仅为脉冲加工废水的高值化利用提供了理论依据，更通过阐明环境参数对植物蛋白界面行为的调控机制，指导开发性能可控的清洁标签食品。特别值得注意的是，研究发现离子强度通过改变蛋白质二级结构而非单纯静电屏蔽影响功能特性，这一发现对理解其他植物蛋白体系具有普适意义。研究提出的"界面性能双路径调控理论"——即A/W与O/W界面分别受吸附速率和分子相互作用主导，为精准设计替代蛋白产品提供了新范式。