柔性结构在大豆蛋白-透明质酸稳定泡沫中的作用：作为无麸质蛋糕中蛋清替代品的应用

《Food Hydrocolloids》：Role of flexible structures in soy protein–hyaluronic acid stable foams: Application as egg white substitutes in gluten-free cakes

　　• 酶解和透明质酸协同增强了大豆分离蛋白的泡沫特性。• SPH-HA形成了具有优异界面吸附性能的“柔性网络”结构。• SPH:HA=15:4（H4）在无麸质蛋糕中替代了50%的蛋清。引言蛋白质的发泡能力是蛋糕、面包和饼干等焙烤食品的关键参数之一。优异的发泡性能通常与最佳焙烤产品质量和消费者接受度密切相关（M. Zhao et al., 2022）。目前，蛋糕及其他焙烤产品中泡沫的形成和稳定性主要依赖于蛋清的发泡特性（Stark et al., 2026）。然而，鸡蛋生产不仅成本高昂，还会产生大量温室气体排放和其他环境负担。同时，焙烤食品的结构完整性依赖于小麦粉中的麸质蛋白，这些蛋白能有效截留气体并形成稳定的网络骨架（Xu, et al., 2020）。然而，摄入含麸质谷物会引发麸质不耐受或乳糜泻患者的免疫反应，对这些患者而言，无麸质饮食仍是主要治疗策略（F. Zhao et al., 2022）。在无麸质焙烤食品中，气体保留主要依赖于蛋白质的发泡能力和气-水界面稳定性（Sahagún et al., 2018）。当植物蛋白部分或完全替代蛋清时，蛋糕常表现出比容较低、内部结构致密、气孔粗大以及在焙烤过程中结构塌陷等问题（Amagliani et al., 2021）。因此，增强植物蛋白的发泡特性是改善无麸质蛋糕整体质量的重要前提。大豆蛋白因其高蛋白质含量和均衡的氨基酸组成，在焙烤产品中作为蛋清的全替代或部分替代具有巨大潜力（Liang et al., 2026）。大豆分离蛋白的无麸质特性和优异功能特性使其成为无麸质配方中研究最多的蛋白源之一（Masure et al., 2019）。它既可作为无麸质蛋糕的关键结构成分，也可作为提升营养的蛋白质（Espinosa-Ramírez et al., 2018）。发泡能力是蛋白质典型的界面功能特性（Lian et al., 2026b）。它涉及蛋白质快速迁移至气-水界面、吸附、构象重排以及形成黏弹性界面膜，这些主要取决于分子的柔性（Y. Zhao et al., 2026）。随后，这些蛋白质可形成黏弹性界面膜，有效延缓液体排液和气泡聚并，从而增强泡沫的稳定性。然而，与蛋清相比，大豆分离蛋白的发泡性能较差，这通常归因于其致密且刚性的分子结构（J. Li et al., 2026）。Gu等（2021）研究表明，酶解将蛋白质分解为分子量较低、表面活性更高的肽段，从而增强界面吸附和泡沫稳定性。Lyu等（2023）报道，酶解显著提高其构象柔性并降低气-水界面张力，促进空气进入液相。泡沫通常是热力学不稳定的，酶解获得的蛋白质泡沫稳定性有限，难以直接应用于食品工业（Chen et al., 2025）。一种经济有效的增强泡沫稳定性的策略是将多糖直接物理共混入连续相，因为这同时改善了连续相的黏度和气-水界面特性。例如，羧甲基纤维素（X. Zhu et al., 2020）、瓜尔胶（Han et al., 2024）和海藻酸钠（Sun et al., 2026）等天然多糖已被广泛用于增强蛋白质的发泡特性。透明质酸（HA）富含羟基和羧基，可通过氢键等非共价相互作用与蛋白质结合，有效增强泡沫结构完整性（Lin et al., 2025）。一方面，带电荷的多糖可通过静电相互作用和氢键与蛋白质结合，形成可溶性复合物。这些复合物增加连续相的黏度，从而延缓泡沫排液。另一方面，非共价相互作用促进蛋白质和多糖在气-水界面共吸附，形成更稳定的弹性界面膜，显著增强抵抗气泡聚并和歧化的能力。尽管如此，大多数以往研究集中于改善蛋白质的发泡性能，对工业应用的系统性指导有限。特别是，HA调控大豆蛋白及其Flavourzyme酶解物的发泡特性和界面行为的机制尚不明确，其在无麸质蛋糕中作为蛋清替代物的应用尚未见报道。本研究中，以大豆分离蛋白（SPI）或大豆蛋白水解物（SPH）为主要发泡剂，添加透明质酸（HA）形成SPI-HA/SPH-HA复合泡沫体系。首先对复合物进行结构表征和光谱分析，以阐明相互作用和构象变化。随后，采用界面吸附动力学测量、多重光散射和光学显微镜检查其气-水界面行为和协同泡沫稳定机制。最后，将优化后的复合泡沫作为无麸质蛋糕中的蛋清替代物。本研究探讨了“蛋白水解物-多糖-泡沫”策略在无麸质焙烤食品中的可行性，包括面糊特性以及蛋糕的外观、理化性质和质构特征。章节片段材料低变性脱脂大豆片购自益海嘉里（中国哈尔滨）。透明质酸（>99%；分子量400–800 kDa）购自麦克林（中国上海）。酶制剂（Flavourzyme? 500 MG）购自诺维信公司（诺和诺德，丹麦巴格斯韦尔德）。其他试剂均为分析纯。大豆分离蛋白/水解物的制备采用碱提取酸沉淀法从低变性脱脂大豆片中提取大豆分离蛋白（SPI）。傅里叶变换红外光谱分析FTIR光谱可用于表征分子结构特征和相互作用机制（Wen et al., 2024）。如图1A和1B所示，随着HA质量比的增加，SPI和SPH的特征峰位置发生变化。在SPI-HA和SPH-HA复合物中，酰胺A带（3400–3500 cm?1）来源于N-H和O-H伸缩振动，观察到一个宽峰。随着HA质量比的增加，SPI-HA和SPH-HA中酰胺A带的峰位置发生偏移。结论本研究系统探讨了酶解与HA联合改性SPI的结构特征、界面行为和发泡特性，及其在无麸质蛋糕中的应用。酶解增加了SPH表面的极性基团数量，这些基团与HA形成更强的氢键，并构建“柔性网络”结构，从而增强蛋白质柔性。同时，HA的添加增加了连续相的表观黏度。CRediT作者贡献声明姜连洲：资源，概念化。王欢：写作—审阅与编辑，监督，资金获取，概念化。佟晓红：资源，资金获取，概念化。陈硕舟：调查。丁浩伦：数据管理。曹晶：软件，调查。刘诗：写作—初稿，方法学，调查，概念化。未引用参考文献Liu et al., 2026; Wang et al., 2026; Zhao et al., 2022; Zhu et al., 2020.利益冲突声明? 作者声明，不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。致谢我们感谢本研究由以下基金资助：国家自然科学基金（32472384）和黑龙江省自然科学基金（LH2024C028）。刘诗|曹晶|丁浩伦|陈硕舟|佟晓红|王欢|姜连洲