《Food Chemistry》：Cyclodextrin hydrophobic cavity size directs soy protein thermal stability and gelation behavior
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摘要提高高蛋白大豆蛋白溶液（SPs）的热稳定性至关重要。环糊精（CDs）因其独特的疏水空腔，常被用作食品体系中的稳定剂。本研究考察了具有不同空腔大小的环糊精（α-CD、β-CD和γ-CD）及预加热处理对大豆蛋白（SPs）热稳定性的影响。结果表明，所有环糊精均提高了复热稳定性，
摘要
提高高蛋白大豆蛋白溶液（SPs）的热稳定性至关重要。环糊精（CDs）因其独特的疏水空腔，常被用作食品体系中的稳定剂。本研究考察了具有不同空腔大小的环糊精（α-CD、β-CD和γ-CD）及预加热处理对大豆蛋白（SPs）热稳定性的影响。结果表明，所有环糊精均提高了复热稳定性，但其效果具有空腔大小依赖性。较大的空腔增强了与暴露疏水基团的结合并增加了静电斥力；γ-CD将表面疏水性从197.38降至148.74。添加环糊精还显著抑制了凝胶化，降低了G′、延缓了凝胶形成并增加了水的流动性，其中γ-CD的效果最强。这些结果确定了空腔大小是环糊精介导稳定作用的关键结构参数，并确立了γ-CD作为配制热稳定高蛋白液态大豆食品的最佳稳定剂。
引言
消费者对高蛋白食品的需求加剧了对能够带来营养益处的植物蛋白的研究（Zhang, Lin, et al., 2025）。这类食品能提供必需氨基酸，同时有助于消化健康和体重管理（Aleixandre & Miguel, 2016; Xu et al., 2020; Zarrinpar, 2022）。大豆蛋白（SPs）在众多植物蛋白中脱颖而出，是一种成本效益高、功能性强且被广泛用于饮料中的成分（Liang et al., 2016）。然而，其在高蛋白饮料中的应用受到一个关键缺点的限制：加热和高温灭菌即使在低浓度（6.5% w/v）下也能引发蛋白聚集和凝胶化（Chen et al., 2017; Renkema et al., 2002; Wu et al., 2017）。热变性使SPs分子展开，暴露出埋藏的疏水斑块和反应性巯基，驱动分子间交联和网络形成（Phan-Xuan et al., 2013）。由此产生的凝胶会导致不可接受的沉淀、粘度改变和口感下降，损害产品质量并限制商业可行性。因此，解决这一热不稳定性问题对于开发货架期稳定的SPs饮料至关重要。
蛋白在热加工过程中的聚集行为受其固有性质的强烈影响，如变性程度和活性位点的可利用性（Zou et al., 2025）。预热处理是一种有效的方法，通过改变粒径分布、变性程度和聚集动力学来修饰这些固有性质，从而改善SPs对后续热挑战的抵抗力（Wang, Burton Navicha, et al., 2021）。
环糊精（CDs）提供了一种互补的稳定机制。这些环状低聚糖具有疏水内部空腔，能够包裹蛋白上暴露的非极性残基。β-CD已在各种食品基质中展示了这种能力（Cheng et al., 2023），通过与部分展开蛋白上的芳香族氨基酸相互作用实现（Niccoli et al., 2017）。一个相关的例子是Li et al. (2016) 的工作，他们证明β-CD通过包裹苯丙氨酸残基，有效地防止了牛血清白蛋白（BSA）在泡沫分级过程中的聚集。类似地，β-CD可以抑制蛋白在复性过程中的聚集，并与各种客体分子形成包合物（Anand & Mukherjee, 2013）。近期的综述进一步强调了环糊精-肽/蛋白共轭物抑制聚集的潜力，在食品和制药行业的蛋白稳定化方面展现出有前景的应用（?agiewka et al., 2021a）。与SPs体系直接相关的是，我们近期的研究（Zhang, Zhu, et al., 2025）证明β-CD（在0.5%–3.0%，w/v）通过结合其疏水区域，显著减少了预热大豆蛋白的热聚集。
尽管β-CD的稳定化作用已得到充分证实，但空腔大小对蛋白保护的影响仍不清楚。三种天然环糊精α-CD、β-CD和γ-CD分别含有6、7和8个葡萄糖单元（Sch?ffer et al., 2017）。这种结构差异导致疏水空腔逐渐增大，可能不同程度地增强它们与蛋白疏水区域相互作用的能力。研究发现，与α-CD和β-CD相比，γ-CD具有更大的空腔、更高的水溶性和更好的生物利用度，使其在食品和制药等各个行业中应用更为广泛（Aachmann, Otzen, Larsen and Wimmer, 2003a, Aachmann, Otzen, Larsen and Wimmer, 2003b）。此外，随着环糊精中葡萄糖单元数的增加，其表面极性官能团的数量也增加，导致静电相互作用增强并提高场强（CNDO-静电）。尽管存在这些机制性启示，但关于空腔尺寸如何调节SPs聚集和热稳定性的系统比较仍然缺乏。
我们假设，环糊精疏水空腔的大小是其效能的关键因素，最佳空腔尺寸通过平衡结合能力并减少蛋白聚集中的空间位阻来提供最大保护。基于这一假设，本研究系统比较了不同空腔大小的环糊精（α-、β-和γ-CD）结合预热处理对SPs热稳定性和凝胶性质的影响。通过表征蛋白结构和相互作用的变化以及监测粒径分布，研究了空腔大小对蛋白聚集的影响。此外，通过监测蛋白粒子的流动性、流变特性以及SPs体系内的水分分布来评估凝胶化过程。这为定制具有特定热稳定性和凝胶结构的SP基体系提供了新的见解。总体而言，本研究旨在建立一种以疏水空腔大小为导向的环糊精介导稳定策略，从而为提高高蛋白液态大豆体系的热稳定性提供理性依据。
章节片段
材料
脱脂大豆粉由山东玉王集团（中国德州）提供，用于分离SPs。α-CD（C36H60O30，分子量972.84 Da，纯度≥98%，聚合度6）、β-CD（C42H70O35，分子量1134.98 Da，纯度≥96%，聚合度7）和γ-CD（C48H80O40，分子量1297.12 Da，纯度≥98%，聚合度8）均由阿拉丁提供，而所有其他化学品均为分析纯。采用Wu et al. (2015)的方法
预热结合不同环糊精对热诱导大豆蛋白凝胶性质的影响
在分析热诱导凝胶性质之前，评估了冻干和再溶解后的蛋白回收率，以确认样品的可比性。如表S2所示，再溶解样品的蛋白含量与相应的改性样品相近，计算的回收率在98.24%至100.89%之间。回收率之间未观察到显著差异，表明再溶解未导致蛋白的明显损失。因此，
结论
本研究证明环糊精空腔大小在决定预热SPs的热稳定性方面起关键作用，其中γ-CD显示出最强的稳定效果。与不含环糊精的预热样品相比，γ-CD将表面疏水性降低了24.6%，并将绝对Zeta电位提高了64.5%，表明疏水屏蔽更加有效且静电斥力更强。预热将凝胶化时间从14分钟延至36分钟，添加环糊精后，在
CRediT作者贡献声明
作者：高玲怡：撰写 – 初稿，调查。张俊伟：调查。邹 Bowen：调查。万威：调查。朱建宇：撰写 – 审阅与编辑。纳晓康：撰写 – 审阅与编辑。杜明：撰写 – 审阅与编辑，监督。吴超：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 初稿，概念构思。
未引用参考文献
CNDO-静电，n.d
Guo and Xiao, 2021
Joshi, Shivach, Yadav and Rathore, 2014
Linde et al., 2010
Madadlou et al., 2020
Srisailam, Kumar, Srimathi and Yu, 2002
Sun, Song and Zheng, 2009
Zheng et al., 2023
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
我们衷心感谢以下机构提供的财务支持：国家自然科学基金委优秀青年基金（32322065），辽宁省"兴辽人才计划"项目（XLYC2203111）。
作者：高玲怡|张俊伟|邹 Bowen|万威|朱建宇|纳晓康|杜明|吴超
