高白蛋白-球蛋白比例会抑制绿豆蛋白分离物中凝胶网络的形成

《Food Hydrocolloids》：High albumin-globulin ratio impairs gel network formation in mung bean protein isolates

　　• 菜豆蛋白分离物中高比例的清蛋白与球蛋白会损害其凝胶化性能
• 清蛋白富集的凝胶表现出更多孔隙和异质的微观结构
• 球蛋白富集的凝胶显示出更加紧密且均匀的网络结构
• 在凝胶网络中，清蛋白与球蛋白之间没有协同作用
• 清蛋白和球蛋白在凝胶形成过程中仅有有限的协同效应
• 增加清蛋白含量会导致凝胶变得更弱、更易碎

**引言**
植物蛋白因其对环境的影响较小而受到越来越多的关注，被视为动物蛋白的可持续替代品（Crippa等人，2021年；Bryant，2022年）。在食品应用中，它们通常被用作高蛋白成分，如蛋白分离物，用于开发植物基仿制品。其中，植物基酸奶近年来特别受到关注，这得益于食品加工技术的进步，使得能够开发出具有理想感官和功能特性的高蛋白成分（Dhakal等人，2023年）。尽管技术有所进步，植物基酸奶仍在配方方面面临挑战，尤其是在实现与传统乳制品相似的质地方面。植物基产品往往具有较低的硬度、较弱的凝胶结构以及较低的乳脂质感，这可能对消费者的认知和接受度产生负面影响（Greis等人，2023年）。应对这些挑战需要更好地了解用于植物基酸奶配方的植物蛋白分离物的技术功能特性。在这些技术功能特性中，植物蛋白的凝胶化特性与酸奶的质地尤为相关。蛋白质凝胶化通常涉及热诱导的展开，随后通过蛋白质-蛋白质相互作用和聚集逐步形成三维网络。在酸奶生产过程中，发酵引起的酸化可以通过改变蛋白质的电荷和溶解度来进一步促进这些相互作用，因为pH值接近等电点。虽然乳蛋白凝胶化的机制已经得到了广泛研究，但控制植物蛋白凝胶化的因素仍知之甚少。因此，阐明蛋白质组成对植物蛋白分离物凝胶化特性的影响对于优化植物基酸奶的质地至关重要。

菜豆（Vigna radiata）因其强大的凝胶化能力而最近受到了关注（Jakobson等人，2023年），使其成为植物基酸奶配方的一种有前途的成分。菜豆种子含有约20-30%的蛋白质，主要由球蛋白（60-70%）组成，其次是清蛋白（5-16%）、谷蛋白（13.3%）和醇溶蛋白（0.9%）（Gupta等人，2018年；J. Yang等人，2023年；Chin等人，2024年）。菜豆球蛋白主要由8S蛋白（约89%）组成，7S蛋白（约3.4%）和11S蛋白（约7.6%）占较小比例（Mendoza等人，2001年；Itoh等人，2006年）。8S球蛋白是一种约150 kDa的异三聚体蛋白，不含二硫键，而7S和11S球蛋白含有通过二硫键连接的亚基（Mendoza等人，2001年；Itoh等人，2006年）。菜豆清蛋白包括分子量在10-19 kDa、25-27 kDa和接近80 kDa的结构蛋白和酶蛋白，其中25-27 kDa组分最为丰富（J. Yang等人，2023年；Lalagüe等人，2026年）。

在几种豆类蛋白中已经报道了清蛋白和球蛋白之间的技术功能特性差异。清蛋白通常具有较高的吸油能力（Ajibola等人，2016年；Osemwota等人，2022年），而球蛋白则表现出更高的持水能力（Mundi & Aluko，2012年）。此外，清蛋白还表现出稍高的乳化稳定性（Ajibola等人，2016年；Osemwota等人，2022年；Yang等人，2022a年；Shen等人，2025b年），并且据报道还具有更好的发泡能力和稳定性（Malomo & Aluko，2015年；Osemwota等人，2022年；Yang等人，2022b年；Shen等人，2025b年）。凝胶化能力似乎取决于蛋白质来源。实际上，芸豆球蛋白表现出更好的凝胶化性能，而青豆、非洲山药豆和豌豆的清蛋白则具有更好的凝胶性能（Mundi & Aluko，2012年；Ajibola等人，2016年；Kornet等人，2021年；Osemwota等人，2022年）。然而，分离组分的纯度和组成可能会影响这些结果。为了具体了解菜豆蛋白的特点并阐明清蛋白和球蛋白在凝胶形成中的各自贡献，之前的研究对纯化的菜豆清蛋白和球蛋白组分进行了表征，并评估了它们的凝胶化特性（Lalagüe等人，2026年）。这项工作提供了关于它们物理化学特性的宝贵见解，并揭示了它们在凝胶化行为上的显著差异。清蛋白的最小凝胶化浓度较低（4%），而球蛋白的最小凝胶化浓度为8%。然而，清蛋白形成的凝胶网络较弱，持水能力较低；而球蛋白形成的凝胶具有较高的弹性模量和更紧密的微观结构。稳定凝胶的主要相互作用也有所不同，球蛋白凝胶主要由疏水相互作用稳定，而清蛋白凝胶则由静电相互作用稳定。这些发现表明，清蛋白和球蛋白的相对比例可能会影响菜豆蛋白分离物的凝胶形成。

最近，研究探讨了蛋白质组成在决定分离物技术功能特性中的作用，特别是7S/11S球蛋白比例。例如，在豌豆蛋白中，较高的7S/11S比例与凝胶硬度增加有关，其中vicilin（7S）通过疏水相互作用主要参与凝胶网络的形成，而大多数11S蛋白未纳入凝胶基质（Gravel等人，2024年）。相比之下，在大豆蛋白中，增加11S/7S比例可以增强凝胶强度并加速凝胶形成，促进更紧密的凝胶网络，尽管7S组分有助于提高持水能力（Guo等人，2024年；Lu等人，2026年）。这些发现表明，清蛋白与球蛋白的比例也可能影响菜豆蛋白的凝胶化特性。

清蛋白与球蛋白的比例也可能因原材料（Hall等人，2017年）、品种和生长条件（Gueguen & Barbot，1988年）以及用于生产蛋白质成分的加工方法而异（Yang等人，2023年）。Yang等人（2023年）通过干法分级后碱溶解（pH 8.5）制备了菜豆蛋白成分。根据随后获得的清蛋白和球蛋白组分的蛋白质回收率，估计该成分的清蛋白与球蛋白比例为大约14/86。Chin等人（2024年）通过碱溶解（pH 9）后进行两次连续等电沉淀步骤（pH 4.5）制备了菜豆蛋白成分。根据SDS-PAGE谱图，面粉中的清蛋白与球蛋白比例约为8/92，第一次提取后降至约1/99，第二次提取后升至4/96。尽管不同菜豆品种之间存在一些差异，但提取过程对清蛋白与球蛋白比例的影响更大。此外，Dubois-Laurin等人（2026年）表明，通过超滤-渗滤法制备的菜豆蛋白分离物具有更高的清蛋白含量，这可能是分离物功能特性差异的原因。

因此，本研究旨在探讨清蛋白与球蛋白比例对菜豆蛋白分离物凝胶化特性的影响。制备了三种具有不同清蛋白与球蛋白比例（R4/96、R8/92和R14/86）的分离物，以研究它们的凝胶行为及其凝胶形成机制。

**材料**
菜豆种子从加拿大魁北克省Saint-Laurent的Phoenicia Group购买的。分析级试剂和化学品来自MilliporeSigma（美国马萨诸塞州Burlington）或Thermo Fisher Scientific（美国马萨诸塞州Waltham）。12% Mini-PROTEAN TGX无染凝胶和SDS-PAGE试剂来自Bio-Rad（加拿大安大略省Mississauga）。所有用于扫描电子显微镜（SEM）样品制备的材料均从Electron Microscopy Sciences购买。

**最低凝胶化浓度**
表1显示了清蛋白与球蛋白比例为4/96、8/92和14/96时MBPI凝胶的最低凝胶化浓度（LGC）。本分析中获得的凝胶的代表性图像见补充材料中的图S1。随着清蛋白比例的增加，LGC逐渐降低，从4/96比例的8.5%降至8/92比例的8.0%和14/96比例的7.5%。

**流变特性**
图1展示了储存模量（G'）和损耗模量（G'')的演变情况。

**讨论**
清蛋白与球蛋白的比例似乎影响了LGC（表1），随着清蛋白比例的增加，LGC逐渐降低。清蛋白与球蛋白比例为4/96时的LGC为8.5%，而8/92和14/96比例时的LGC分别为8.0%和7.5%。这一观察结果与先前报道的纯化清蛋白（4%）相比球蛋白（8%）的较低LGC一致，这归因于清蛋白较小的尺寸和更大的灵活性，从而导致其更容易形成凝胶。

**结论**
总体而言，结果表明，增加MBPI中的清蛋白含量有助于凝胶形成，但会削弱凝胶强度，这可能与凝胶形成过程中清蛋白和球蛋白之间的协同效应有限有关。确实，增加清蛋白含量会导致凝胶变得更弱、更易碎，并且宏观结构和持水能力发生显著变化。这些宏观特性与凝胶结构的显著改变直接相关。

**作者贡献声明**
Cindy Lalagüe：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，数据分析，概念化。
Laurine Panel：数据分析。
Guillaume Brisson：撰写 – 审稿与编辑，监督，资源提供，概念化。
Alain Doyen：撰写 – 审稿与编辑，监督，资源提供，资金获取，概念化。

**未引用文献**
Muller和Bazinet，2025年；Shen等人，2025年；Su等人，2015年；Yang等人，2022年。

**伦理声明**
本工作未涉及人类和动物的实验。

**利益冲突声明**
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

**数据可用性**
数据可应要求提供。

**声明**
- 本描述的工作尚未以预印本、摘要、已发表的演讲、学术论文或注册报告的形式发表。
- 本文未在其他地方接受出版审查。
- 本文的发表得到了所有作者的批准，以及进行工作的负责机构的默许或明确许可。

**手稿准备过程中使用生成式AI的声明**
在准备本工作的过程中，作者使用了ChatGPT和Claude来改进英文写作。使用这些工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对发表文章的内容承担全部责任。

**资助**
本研究由Mitacs（与Danone Canada的合作项目）通过Mitacs Accelerate Program（授权号IT37930）资助。

**利益冲突声明**
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

**致谢**
作者感谢Ugo Berthelot、Veronique Perreault、Diane Gagnon和Pascal Lavoie在实验中的技术支持以及他们的宝贵建议。作者还感谢Université Laval的IBIS显微镜核心设施的Alexandre Bastien在结果讨论中的宝贵帮助。最后，作者感谢Pierre Morin（Danone Canada）在讨论结果过程中的科学协助。

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