双醛淀粉交联酵母蛋白凝胶的构建及其在吞咽障碍膳食管理中的应用：结构调控、IDDSI分级与定向肽设计

本研究针对酵母蛋白(YP)凝胶性能不足的工业应用瓶颈，创新性地采用双醛淀粉(DS)作为生物交联剂，通过EDC/NHS催化构建双交联网络凝胶。研究发现DS浓度依赖性地调控YP构象转变，显著提升凝胶机械性能，并获得符合IDDSI 5级标准的吞咽障碍食品。体外消化实验揭示DS介导的定向肽释放特性，为开发安全可持续的结构化营养食品提供新策略。

　　

随着全球人口持续增长（联合国预测2050年将达到97亿），环境恶化与资源短缺对粮食安全构成严峻威胁。蛋白质作为维持人体代谢稳态和免疫功能的关键营养素，面临严重的供应约束。开发新型替代蛋白已成为国际食品科学与生物制造领域的研究焦点。酵母蛋白（Yeast Protein, YP）因其双重营养与环境属性展现出显著优势：蛋白质含量高达35–60%（干基）、氨基酸评分高、低致敏性且几乎不含胆固醇；从可持续性角度看，酵母细胞 harvestable 性强，生物质生产无需耕地与淡水资源，温室气体排放极低；在食品加工中，YP富含风味增强肽，具有优异的乳化性和加工适应性，可用于可持续肉类似物、沙拉酱和烘焙产品。然而，工业提取的YP通常呈现紧凑的“闭合”构象，这严重限制了其在蛋白质加工中的广泛应用。课题组前期研究发现，10%（w/v）的YP溶液在单相体系中缺乏溶液稳定性，且在热处理（100°C）、酸性（pH 3.5）和碱性（pH 12）环境下均无法形成凝胶，这一根本缺陷制约了YP在饮料、乳替代品和蛋白质胶体营养体系等健康食品中的应用。

为突破这一局限，西北农林科技大学葡萄酒学院的研究团队在《LWT》期刊上发表了一项创新研究，通过双醛淀粉（Dialdehyde Starch, DS）交联技术成功构建了适用于吞咽障碍膳食的酵母蛋白凝胶体系。该研究采用多光谱分析技术（UV-Vis、荧光和FTIR光谱），系统探究了DS对YP溶液稳定性的调控机制、凝胶形成规律及营养释放动力学，为开发高性能酵母蛋白基功能材料奠定了理论与技术基础。

研究主要关键技术包括：通过超声处理制备YP溶液（8.9% w/v）并与不同浓度DS（2.5%-10%）复合；采用浊度分析、蛋白质溶解度测定、扫描电镜（SEM）和zeta电位评估溶液稳定性；通过交联度、表面疏水性、巯基含量和FTIR光谱分析分子相互作用机制；利用EDC/NHS催化构建双交联凝胶，并采用质构分析（TPA）和IDDSI框架评估吞咽特性；结合INFOGEST胃肠道模型进行体外消化实验，通过肽组学分析消化产物。

3.1. 溶液系统稳定性

浊度分析显示YP-DS复合体系吸光度显著高于YP（p < 0.05），且随DS浓度增加（2.5%-7.5%）呈浓度依赖性增强，表明DS通过增强分子间相互作用形成复合物并增大粒径分布。蛋白质溶解度实验表明DS添加导致可溶性蛋白含量显著降低（p < 0.05），这归因于席夫碱共价交联和非共价相互作用引发的蛋白质聚集。粒径分析显示YP-DS体系出现多尺度分布（0.07–0.5 μm和1.5–8 μm），且在10% DS浓度时出现<0.07 μm的新峰，表明相分离加剧形成小尺寸复合物。SEM显微结构显示DS分子有效填充YP网络孔隙，形成致密无孔的三维网络，高浓度DS导致YP聚集结构进一步解离。

3.2. YP与DS的分子相互作用机制

交联度分析表明YP-DS较YP具有更高的分子间/内交联度，但随DS浓度增加呈现非线性变化：2.5% DS诱导YP局部展开；5% DS引起构象重折叠；≥7.5% DS驱动二级结构广泛展开。表面疏水性显示低浓度DS（2.5%-5%）屏蔽YP疏水区域，高浓度（≥7.5%）暴露疏水片段，证实DS诱导YP经历“展开-重折叠-再展开”转变。巯基分析显示DS有效诱导YP结构展开，暴露分子内巯基，且二硫键不是主要稳定力。Zeta电位表明YP-DS复合物带负电荷，高浓度DS（7.5%-10%）导致电位绝对值降低，反映构象变化引起表面电荷重分布。FTIR光谱显示DS浓度增加导致淀粉螺旋结构结晶度降低（1047/1022 cm^-1比值下降），酰胺A区红移表明氢键增强。蛋白质二级结构分析显示β-转角和α-螺旋含量先增后减，β-折叠含量呈相反趋势，5% DS为临界转变点。荧光光谱证实DS通过静态淬灭机制与YP形成基态复合物，热力学参数（ΔG < 0, ΔH < 0, ΔS > 0）表明静电相互作用是主要驱动力。

3.3. 双交联凝胶的基本特性

TPA测试显示随DS浓度增加，凝胶硬度、胶粘性、咀嚼性和回弹性显著提升（p < 0.05），这归因于DS与YP在EDC/NHS催化下形成的双交联网络结构。IDDSI评估证实Gel-7.5%、Gel-10%和Gel-12.5%均符合5级标准，只需轻微咀嚼或舌压即可安全吞咽。与已报道的多糖-蛋白凝胶体系相比，Gel-7.5%具有更适宜的机械强度用于口咽期吞咽障碍食品。体外胃肠消化实验显示YP-DS凝胶体系TCA可溶性肽含量高于YP，质谱分析发现YP消化产生957种小肽，而Gel-7.5%仅检测到10种独特小肽，表明DS通过交联网络阻碍酶渗透并稳定蛋白质空间构象。活性预测显示这些独特肽段具有苦味特性，并呈现抗炎、抗病毒、群体感应和抗癌等多种生物活性，其中抗癌肽对乳腺癌、中枢神经系统肿瘤、结肠癌等9种癌症类型表现出抑制潜力。

该研究通过系统解析DS对YP构象的浓度依赖性调控机制，成功构建了具有优异机械性能和吞咽特性的双交联凝胶体系。研究发现DS通过静电相互作用、疏水作用、氢键和席夫碱共价键的协同效应，驱动YP二级结构发生显著转变：β-折叠含量增加、表面疏水性增强、蛋白质从“闭合”向“开放”构象转化。这些分子水平的变化促进了稳定双交联网络结构的形成，不仅显著改善了YP-DS复合凝胶的界面稳定性和机械强度，而且使其符合IDDSI 5级吞咽标准。更重要的是，体外消化实验揭示DS能定向调控YP的消化行为，释放出具有潜在生物活性的独特小肽，这与游离YP消化产物存在显著差异。该研究为开发高性能酵母蛋白基功能材料提供了新思路，不仅拓展了YP在食品工业中的应用范围，而且为可持续蛋白质利用技术创新提供了重要实践方案，尤其在吞咽障碍人群的膳食管理领域具有广阔应用前景。