羽扇豆球蛋白组分结构与功能特性研究：白羽扇豆与窄叶羽扇豆7S/11S球蛋白的物化特性及食品应用潜力分析

本研究针对羽扇豆蛋白组分功能特性不清、应用受限的问题，通过系统分离白羽扇豆和窄叶羽扇豆的7S（豌豆球蛋白）和11S（豆球蛋白）组分，深入解析其结构特性、乳化性、起泡性及消化特性。研究发现窄叶羽扇豆豌豆球蛋白（BLVL）在宽pH范围内具有卓越的乳化稳定性（95-100%）和起泡能力（75-85%），而白羽扇豆豆球蛋白（WLLEG）则表现出优异的凝胶特性。该研究为羽扇豆蛋白在植物基食品中的精准应用提供了理论依据和技术支撑。

　　

随着全球植物蛋白需求持续增长，羽扇豆（Lupinus spp.）因其高蛋白含量（达40%）、低抗营养因子和丰富膳食纤维等优势，成为替代大豆的重要作物。然而，与大豆和豌豆相比，羽扇豆的利用仍以动物饲料为主，人类食品应用开发相对滞后。这一现状主要源于对其主要贮藏蛋白——豌豆球蛋白（vicilin，7S球蛋白）和豆球蛋白（legumin，11S球蛋白）的结构与功能特性缺乏系统认知。尽管这两种球蛋白占羽扇豆种子总蛋白的80%，但物种间差异、分离纯化方法对其功能的影响尚不明确，限制了羽扇豆蛋白在食品工业中的精准应用。

为填补这一知识空白，加拿大曼尼托巴大学食品与人类营养科学系的Stanley Chukwuejim、Deepak Kadam和Rotimi E. Aluko教授团队在《Food Chemistry: X》上发表了最新研究，系统比较了白羽扇豆（Lupinus albus ‘Dieta’）和窄叶羽扇豆（Lupinus angustifolius ‘Boregine’）中vicilin和legumin组分的结构特性、理化性质及功能表现，揭示了物种特异性和蛋白类型对其功能性的显著影响。

研究采用碱性提取-等电点沉淀结合盐析分离法从脱脂羽扇豆粉中分离出vicilin和legumin组分，通过氨基酸分析仪、圆二色谱（CD）、差示扫描量热法（DSC）、激光粒度仪、zeta电位仪、荧光光谱等技术全面表征了蛋白的组成、结构、热稳定性及表面性质，并系统评估了其乳化、起泡、凝胶、持水持油能力及体外消化率等功能指标。

3.1 蛋白提取与分级

研究发现legumin组分的总得率（17.33–17.62 g/100 g）显著高于vicilin（7.01–8.17 g/100 g），表明白羽扇豆和窄叶羽扇豆中legumin均为主要贮藏蛋白。窄叶羽扇豆legumin（BLLEG）的蛋白回收率最高（49.93%），而白羽扇豆vicilin（WLVL）的蛋白纯度达96.99%，显著高于其他组分。

3.2 表面疏水性

白羽扇豆legumin（WLLEG）表现出最高表面疏水性（S₀=513.47），而白羽扇豆vicilin（WLVL）最低（315.54）。疏水性值与氨基酸组成中非极性氨基酸含量呈正相关，且显著影响蛋白的乳化及界面性质。

3.3 差示扫描量热法

热稳定性分析显示WLLEG的变性温度最高（T_d=106.17°C），而BLLEG最低（88.15°C）。值得注意的是，窄叶羽扇豆vicilin（BLVL）的热稳定性（T_d=102.45°C）高于其legumin组分，这一现象与常见豆科蛋白相反，可能与糖基化修饰有关。

3.4 体外蛋白消化率

所有组分的体外消化率（IVPD）介于83.94%至87.47%之间，其中BLLEG的消化率最高（87.47%）。低二硫键含量（5.68 μmol/g）和高色氨酸含量（0.88 g/100 g）可能是其易被酶解的主要原因。

3.5 巯基与二硫键

WLLEG的总巯基含量（71.34 μmol/g）和二硫键（24.82 μmol/g）最高，而BLLEG的二硫键含量最低（5.68 μmol/g）。这一差异直接影响蛋白的结构稳定性和凝胶形成能力。

3.6 最低凝胶浓度

BLLEG的最低凝胶浓度（LGC）最高（18%），而其他组分仅为7-8%，表明其形成自支撑凝胶的能力较差，可能与低疏水性和二硫键含量有关。

3.7 持水持油能力

WLVL的持油能力（OHC=6.81 g/g）显著高于其他组分，而legumin组分的持水能力（WHC≈2.13–2.20 g/g）普遍优于vicilin。这与蛋白的分子大小、表面特性及空间结构密切相关。

3.8 氨基酸组成

WLVL的含硫氨基酸（蛋氨酸+半胱氨酸）含量最高（2.92 g/100 g，氨基酸评分127%），而BLLEG的色氨酸含量最丰富（0.88 g/100 g）。这些差异直接影响蛋白的营养价值和功能特性。

3.9 溶解度与zeta电位

所有组分在pH 5（等电点附近）溶解度最低，呈现典型的U型曲线。在pH 7–8时，vicilin组分的溶解度达90–100%，显著高于legumin。Zeta电位分析表明，在pH 9时legumin组分带更高负电荷（-25至-27 mV），有利于静电稳定作用。

3.10 凝胶电泳与尺寸排阻色谱

SDS-PAGE和SEC分析证实了vicilin和legumin的特征条带和分子量分布。BLVL主要呈166 kDa（三聚体）和27 kDa（单体）峰，而BLLEG显示379 kDa（六聚体）主峰，表观结构完整。

3.13 粒径分布

WLVL的粒径最大（D_4,3=290 μm），而BLLEG最小（11.8 μm）。粒径差异与持油能力、热稳定性等功能表现密切相关。

3.14 内源荧光与圆二色谱

荧光光谱显示在pH 5时所有组分的荧光强度最低，与溶解度最低点一致。圆二色谱表明在pH 5时β-折叠结构显著增加（最高达45%），而在其他pH条件下无规卷曲为主要结构。

3.16 乳液形成与稳定性

BLVL在所有pH（尤其是pH 5）下均表现出优异的乳化性能，液滴尺寸最小（7–9 μm）且稳定性高（95–100%）。共聚焦显微镜图像证实其能形成均匀稳定的乳液体系。

3.18 起泡特性

BLVL的起泡能力（FC）最佳（75–85%），而WLVL的泡沫稳定性（FS）最高（65–80%）。这一差异源于BLVL的高表面疏水性（促进快速吸附）和WLVL的较高二硫键含量（增强膜稳定性）。

本研究通过多尺度结构表征与功能分析，揭示了羽扇豆vicilin和legumin组分的物种特异性差异：窄叶羽扇豆vicilin（BLVL）因其高表面疏水性、结构灵活性和卓越的乳化性，特别适用于酸性饮料、酱料和乳制品；白羽扇豆vicilin（WLVL）则凭借优异的持油能力和泡沫稳定性，在脂肪替代品和 aerated 食品中具有潜力；而两种legumin组分（尤其WLLEG）则因高热稳定性和凝胶性，适用于热加工肉制品和蛋白质网络构建。

该研究不仅为羽扇豆蛋白的精准应用提供了科学依据，也为其他豆科作物的蛋白资源开发提供了可借鉴的研究范式。通过针对性地选择物种和蛋白组分，食品制造商可优化产品质地、稳定性和营养品质，推动下一代植物蛋白配料的高值化利用。未来研究可聚焦于酚类去除策略、酶辅助提取工艺优化及中试级分离流程开发，以进一步提升蛋白得率与纯度，加速其产业化进程。