《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Processing Strategies to Enhance the Structural and Functional Properties of Proteins From Sweet Potato By-Products
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甘薯副产物是蛋白质和酚类化合物的潜在来源，具有有价值的功能特性。然而，由多酚氧化酶（PPO）驱动的酶促褐变限制了其稳定性和利用。本研究设计了加工条件，利用抗坏血酸（AA）、焦亚硫酸钠（MB）以及抗坏血酸联合50°C温和加热处理（AB50），实现受控的PPO部分
甘薯副产物是蛋白质和酚类化合物的潜在来源，具有有价值的功能特性。然而，由多酚氧化酶（PPO）驱动的酶促褐变限制了其稳定性和利用。本研究设计了加工条件，利用抗坏血酸（AA）、焦亚硫酸钠（MB）以及抗坏血酸联合50°C温和加热处理（AB50），实现受控的PPO部分失活，并与未接受任何抗褐变处理的对照样品（CT）比较。评估了这些处理对甘薯蛋白提取物结构、乳化和抗氧化特性的影响。AA处理改变了蛋白二级结构，并在降低蛋白溶解度的同时提高了乳化活性。MB促进了更高的抗氧化活性，这与蛋白和酚类含量增加相关。FTIR分析显示功能团变化，提示蛋白-酚类相互作用促成了处理后观察到的结构修饰。在各处理中，AB50表现出最佳综合性能，增强了乳化特性（EAI 14.86 vs CT的7.56 m2/g），改善了乳液稳定性并提高了抗氧化能力。这些效应与蛋白结构重排相关，包括表面电荷和游离巯基含量的变化。总体而言，结果表明AB50可替代焦亚硫酸钠，同时增强甘薯蛋白提取物的功能特性。因此，受控加工是提升甘薯副产物附加值、使其作为多功能食品配料的有前景策略。
研究背景与问题：甘薯（Ipomoea batatas L.）全球年产量接近93.5百万吨，约一半用于淀粉提取，产生含可溶性蛋白和生物活性物的废水，造成资源损失和环境污染。甘薯干物质含1.9–6.4%蛋白，甘薯蛋白（SPP）氨基酸组成较平衡，富含支链氨基酸和含硫残基；sporamin为主要储藏蛋白，占可溶性蛋白60%–80%，兼具营养与生物活性。但内源多酚氧化酶（PPO，催化酚类氧化并导致褐变的酶）可促使邻醌与氨基酸/蛋白反应形成褐黑色素，损害蛋白营养和功能。现有热、还原剂和抗氧化剂处理可灭酶，但热处理可能改变溶解度和乳化性；抗坏血酸（AA，还原型有机酸）可还原醌，却可能与氨基酸侧链作用改变构象；焦亚硫酸钠（MB，无机还原性抗褐变剂）可还原邻醌并裂解二硫键，但存在毒理担忧。对PPO失活处理如何影响SPP结构-功能关系认识有限。研究目的为比较MB、AA和抗坏血酸联合50°C温和加热（AB50）在约50%受控PPO部分失活下对甘薯副产物蛋白提取物结构、乳化和抗氧化特性的影响，并关联表面电荷、粒径、二级结构、热行为、蛋白氧化与溶解度、乳液和抗氧化性能。研究显示AB50综合最佳，可替代MB并提升副产物作为多功能食品配料的价值。
关键技术方法（不超过250字）：原料为当地市场甘薯块茎。切块后按1:10（w/v）浸入0.80 mM AA（25°C，180 s）、0.05 mM MB（25°C，180 s）或0.80 mM AA+50°C（AB50，180 s），CT为25°C无添加，并校准至约50% PPO失活。处理后加水打浆，4°C静置24 h沉淀淀粉，上清调pH 4.1过夜沉淀蛋白，离心后调pH 7.0并冻干。关键分析包括PPO活性、Kjeldahl蛋白、Zeta电位与流体力学直径、Folin-Ciocalteu总酚、FTIR、CD、DTNB游离巯基、DSC、Bradford溶解度、ABTS抗氧化、EAI/乳液稳定性/显微液滴尺寸及ANOVA-Tukey。
3.1 Zeta Potential and Hydrodynamic Size（Zeta电位与流体力学直径）：通过Zeta电位和粒径分析发现，所有样品呈pH依赖负电性；pH 7.0时MB最负（?36.93 mV vs CT ?26.30 mV），AA也偏低而AB50该趋势不明显；CT流体力学直径最大（237.77 nm），MB约151 nm；等电点（pI，蛋白净电荷为零的pH）为3.8–4.2。说明处理改变表面电荷和聚集倾向。
3.2 Chemical Characterization of the Extracts（提取物化学表征）：Kjeldahl与Folin-Ciocalteu分析显示CT、MB、AB50蛋白36.50%–38.93%，AA仅20.50%（约降45%）；总酚CT 9.96≈AB50 9.50>MB 8.82>AA 6.40 mg GAE/g；ABTS抗氧化MB最高895.04、AB50 866.16、AA 613.21、CT 565.32 μmol Trolox/L。说明AA降低蛋白/酚回收，AB50保持较高蛋白和酚并提高抗氧化。
3.3 FTIR：傅里叶变换红外光谱（FTIR，用于功能团分析）显示Amide I约1650 cm
?1；Amide II CT/MB/AB50约1590 cm
?1，AA移至约1550 cm
?1；Amide A及1410–1310 cm
?1酚类区域存在差异，且后者与总酚趋势一致。说明处理改变功能团和分子组织，提示非共价蛋白-酚相互作用。
3.4 Thermal Properties（热性质）：差示扫描量热法（DSC，用于热转变分析）显示MB的T
d 82°C高于CT 80°C但ΔH最低0.15 J/g；AA的T
d和ΔH降低、T
off 83.06°C；AB50 ΔH 0.35 J/g（CT 0.49 J/g）。说明MB/AA导致部分去稳定，AB50为有限展开并保留稳定相互作用。
3.5 Secondary Structure（二级结构）：圆二色光谱（CD，用于二级结构分析）显示MB的α-螺旋由CT 28%降至20.5%，AA降至24.1%，β-折叠/无规卷曲增加；AA CD信号低与其蛋白浓度低有关；CT与AB50组成相近。说明处理诱导构象改变，AB50减轻AA单独处理的结构破坏。
3.6 Protein Oxidation（蛋白氧化）：DTNB法显示游离巯基（–SH，蛋白中具还原活性的巯基基团）为AB50 33.34、MB 27.98、AA 27.74 μmol/g，均高于CT 25 μmol/g。说明受控PPO失活限制醌介导氧化，AB50促进内部巯基暴露并受酚类保护。
3.7 Functional Properties（功能特性）：
3.7.1 Solubility（溶解度）：Bradford法显示pH 2–10呈U型，pI≈4最低；处理使最小溶解度区变宽；AB50 pH 7约68%最高，AA最低约48%（pH 5，pI移至3.8）。说明AB50改善蛋白-溶剂相互作用，AA改变电荷分布。
3.7.2 Emulsifying Capacity and Stability（乳化能力与稳定性）：乳化活性指数（EAI，表征蛋白稳定油水界面的指标）显示CT 7.56、AA 11.83、AB50 14.86 m
2/g，AB50最佳；24 h后AB50 D[3,2] 12.97→15.31 μm、Span 0.91→0.61，CT D[3,2]约增至2倍、Span 1.14→3.52。说明处理提高界面活性，AB50乳液最稳定、聚结最少。
3.7.3 Antioxidant Activity（抗氧化活性）：ABTS法显示MB 895.04最高，AB50 866.16次之，均高于CT 565.32；AB50与较高游离–SH、酚/蛋白含量及溶解度相关，MB与结构修饰和亚硫酸盐抗氧化性相关。说明处理提高抗氧化，AB50接近MB且综合功能更优。
讨论部分总结：讨论将功能差异归因于处理引起的表面电荷、粒径、蛋白/酚含量、功能团、热稳定性、二级结构和游离巯基变化，并强调约50% PPO部分失活平衡酶控制与功能保留；AB50在乳化稳定和抗氧化间平衡最佳，MB抗氧化最高但巯基暴露和乳化性能不及AB50，AA虽蛋白/酚低仍维持一定界面功能。
研究结论翻译：本研究表明，基于受控酶失活的靶向加工策略有效增强了甘薯副产物蛋白的结构和功能特性，获得的提取物具有改善的乳化和抗氧化功能。尽管AA处理蛋白浓度最低，但仍保持相关乳化活性和稳定性，提示即使组成参数降低，适度结构修饰仍可促进界面功能。对照样品抗氧化性能和乳液稳定性较低，证实PPO活性对蛋白功能有负面影响。抗坏血酸与热联合使用（AB50）比单独处理更有效，在乳化性能和抗氧化活性之间提供最佳平衡。FTIR分析提示蛋白-酚类相互作用促成了与这些功能改善相关的结构重排。尽管MB测得最高抗氧化活性，AB50达到相近的抗氧化和酚类水平，同时在巯基暴露和乳化性能上超过MB。这些结果表明，AB50可提供与无机抗褐变剂相似或更优的功能性，同时避免使用亚硫酸盐添加剂，是蛋白配料生产中很有前景的清洁标签替代方案。总体而言，这些发现表明甘薯蛋白提取物可通过温和、靶向加工进行功能定制。该策略提升甘薯副产物附加值，并支持其作为多功能清洁标签配料应用于食品配方，而不依赖与环境和健康担忧相关的合成添加剂。
