《Food Chemistry》：Origin and mitigation of catechins-induced discoloration during pea protein isolation while inhibiting off-flavor formation
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豌豆蛋白分离物（PPI）因其良好的营养特性、功能性质和可持续生产能力而被广泛应用于植物基食品中。然而，传统豌豆蛋白提取工艺通常涉及碱性增溶后等电点沉淀，该过程可诱导脂质氧化，尤其是在不饱和脂肪酸（USFAs）和残留脂质存在的情况下。这种氧化降解导致挥发性有机化
豌豆蛋白分离物（PPI）因其良好的营养特性、功能性质和可持续生产能力而被广泛应用于植物基食品中。然而，传统豌豆蛋白提取工艺通常涉及碱性增溶后等电点沉淀，该过程可诱导脂质氧化，尤其是在不饱和脂肪酸（USFAs）和残留脂质存在的情况下。这种氧化降解导致挥发性有机化合物（VOC）的形成，包括醛类（如己醛、壬醛）、醇类（如1-戊醇）和酮类，这些化合物产生不良的"豆腥味"和"青草味"异味，限制了消费者的接受度及其在温和风味食品基质中的应用。脂质氧化可通过脂氧合酶（LOX）催化的酶促途径发生，该酶将USFAs转化为氧脂素，后者进一步降解为挥发性物质；也可通过非酶促途径如自氧化和光氧化在氧气或光照存在下经自由基反应发生。由于两种途径均参与异味形成，完全抑制仍是一项重大挑战。在研究人员前期研究中，筛选了四种抗氧化体系：咖啡提取物、咖啡酸、儿茶素和Duralox?，以抑制豌豆蛋白分离过程中的脂质氧化和异味形成。儿茶素在抑制脂质氧化标志物如HODE和己醛方面尤为有效，这主要因为儿茶素表现出酶促和非酶促双重抑制作用，显著降低LOX活性和自由基形成。尽管在豌豆蛋白提取过程中添加儿茶素大幅改善了氧化稳定性并降低了青草味和豆腥味感知，但同时在回收的蛋白质中引入了明显的颜色加深现象，这限制了其应用，需要进一步理解和优化。酚类处理蛋白体系中的颜色发展已被广泛记录，且多与氧化反应相关。儿茶素在碱性条件下 specifically 发生氧化，导致形成各种发色化合物，尤其是醌类。鉴于这些相互作用机制的复杂性，综合代谢组学分析对于阐明酚类-蛋白体系中颜色形成的特定途径和化合物至关重要。因此，通过非靶向代谢组学分析追踪醌类的形成对于理解其生物合成起源、反应动力学及其在复杂基质中的作用，以及鉴定参与颜色发展和氧化过程的新中间体和反应产物至关重要。儿茶素氧化速率及相关的颜色变化受pH强烈影响，碱性条件下氧化更有利。该过程涉及儿茶素B环中邻苯二酚部分转化为邻醌，这是氧化途径的初始步骤。这表明蛋白质分离过程中使用的较高pH可能加速氧化途径并促进颜色加深。因此，调整增溶pH可能是缓解变色的一种实用策略，尽管该方法在豌豆蛋白体系中尚未被充分探索。作为替代缓解策略，使用多组分抗氧化体系以平衡氧化抑制和颜色稳定性已引起关注。结合具有不同氧化还原特性的抗氧化剂可通过调节系统内的氧化-还原平衡提供协同保护。在此方面，若干研究已探讨了互补抗氧化剂以缓解儿茶素褐变。此外，儿茶素衍生的邻醌可能与豌豆蛋白中存在的亲核氨基酸残基通过非共价或共价反应，可能导致色素在蛋白基质中的保留并影响抗氧化干预的有效性。因此，研究人员假设抑制醌形成或促进醌清除的条件，如降低增溶pH或添加亲核抗氧化剂，将减少氧化衍生发色团的积累，同时保持儿茶素抑制豌豆蛋白分离过程中脂质氧化和异味形成的能力。虽然SB是一种有效的醌清除剂，但其在食品系统中的实际应用可能受到法规要求、过敏原标签义务和消费者接受度的限制。因此，SB在本研究中主要作为机制参考化合物纳入，以评估醌捕获在多大程度上可缓解豌豆蛋白分离过程中儿茶素诱导的变色。以往研究主要关注化学预防醌形成和褐变反应，而这些缓解策略对脂质氧化、挥发性物质形成和感官特性的影响仍知之甚少。此外，据研究人员所知，尚无研究系统评估豌豆蛋白体系中的这些关系，在抗氧化剂、酚类化合物、蛋白质及其对颜色稳定性和产品质量的综合影响之间的相互作用方面留下了重要的知识空白。综上所述，这些考虑突出了进行全面研究的必要性，整合化学干预和工艺优化以更好地控制脂质氧化同时避免豌豆蛋白提取过程中的颜色形成。这种综合方法可增进对酶促氧化、自由基介导氧化、儿茶素自氧化及其对颜色和感官质量综合效应之间关系的理解。基于此，本研究的目标为：（i）鉴定在儿茶素存在下豌豆蛋白提取过程中产生的可能导致颜色形成的关键化合物；（ii）评估儿茶素与不同抗氧化剂（包括SB、GA、Duralox?氧化管理混合物（迷迭香提取物、抗坏血酸、生育酚和柠檬酸的混合物））组合以及调整增溶pH在缓解豌豆蛋白提取过程中儿茶素诱导变色方面的有效性；（iii）评估这些修饰对脂质氧化、豌豆蛋白中挥发性豆腥味化合物形成及其感官特性的影响。本研究结果旨在支持开发抗氧化剂辅助提取策略，以增强植物基蛋白配料的氧化稳定性和感官质量。
研究背景：豌豆蛋白分离物（PPI）因其良好的营养特性、功能性质和可持续生产能力而被广泛应用于植物基食品中。然而，传统豌豆蛋白提取工艺通常涉及碱性增溶后等电点沉淀，该过程可诱导脂质氧化，尤其是在不饱和脂肪酸（USFAs）和残留脂质存在的情况下。这种氧化降解导致挥发性有机化合物（VOC）的形成，包括醛类（如己醛、壬醛）、醇类（如1-戊醇）和酮类，这些化合物产生不良的"豆腥味"和"青草味"异味，限制了消费者的接受度及其在温和风味食品基质中的应用。脂质氧化可通过脂氧合酶（LOX）催化的酶促途径发生，该酶将USFAs转化为氧脂素，后者进一步降解为挥发性物质；也可通过非酶促途径如自氧化和光氧化在氧气或光照存在下经自由基反应发生。由于两种途径均参与异味形成，完全抑制仍是一项重大挑战。在研究人员前期研究中，筛选了四种抗氧化体系：咖啡提取物、咖啡酸、儿茶素和Duralox?，以抑制豌豆蛋白分离过程中的脂质氧化和异味形成。儿茶素在抑制脂质氧化标志物如HODE和己醛方面尤为有效，这主要因为儿茶素表现出酶促和非酶促双重抑制作用，显著降低LOX活性和自由基形成。尽管在豌豆蛋白提取过程中添加儿茶素大幅改善了氧化稳定性并降低了青草味和豆腥味感知，但同时在回收的蛋白质中引入了明显的颜色加深现象，这限制了其应用，需要进一步理解和优化。酚类处理蛋白体系中的颜色发展已被广泛记录，且多与氧化反应相关。儿茶素在碱性条件下发生氧化，导致形成各种发色化合物，尤其是醌类。鉴于这些相互作用机制的复杂性，综合代谢组学分析对于阐明酚类-蛋白体系中颜色形成的特定途径和化合物至关重要。因此，通过非靶向代谢组学分析追踪醌类的形成对于理解其生物合成起源、反应动力学及其在复杂基质中的作用，以及鉴定参与颜色发展和氧化过程的新中间体和反应产物至关重要。儿茶素氧化速率及相关的颜色变化受pH强烈影响，碱性条件下氧化更有利。该过程涉及儿茶素B环中邻苯二酚部分转化为邻醌，这是氧化途径的初始步骤。这表明蛋白质分离过程中使用的较高pH可能加速氧化途径并促进颜色加深。因此，调整增溶pH可能是缓解变色的一种实用策略，尽管该方法在豌豆蛋白体系中尚未被充分探索。作为替代缓解策略，使用多组分抗氧化体系以平衡氧化抑制和颜色稳定性已引起关注。结合具有不同氧化还原特性的抗氧化剂可通过调节系统内的氧化-还原平衡提供协同保护。在此方面，若干研究已探讨了互补抗氧化剂以缓解儿茶素褐变。此外，儿茶素衍生的邻醌可能与豌豆蛋白中存在的亲核氨基酸残基通过非共价或共价反应，可能导致色素在蛋白基质中的保留并影响抗氧化干预的有效性。因此，研究人员假设抑制醌形成或促进醌清除的条件，如降低增溶pH或添加亲核抗氧化剂，将减少氧化衍生发色团的积累，同时保持儿茶素抑制豌豆蛋白分离过程中脂质氧化和异味形成的能力。虽然SB是一种有效的醌清除剂，但其在食品系统中的实际应用可能受到法规要求、过敏原标签义务和消费者接受度的限制。因此，SB在本研究中主要作为机制参考化合物纳入，以评估醌捕获在多大程度上可缓解豌豆蛋白分离过程中儿茶素诱导的变色。以往研究主要关注化学预防醌形成和褐变反应，而这些缓解策略对脂质氧化、挥发性物质形成和感官特性的影响仍知之甚少。此外，据研究人员所知，尚无研究系统评估豌豆蛋白体系中的这些关系，在抗氧化剂、酚类化合物、蛋白质及其对颜色稳定性和产品质量的综合影响之间的相互作用方面留下了重要的知识空白。综上所述，这些考虑突出了进行全面研究的必要性，整合化学干预和工艺优化以更好地控制脂质氧化同时避免豌豆蛋白提取过程中的颜色形成。这种综合方法可增进对酶促氧化、自由基介导氧化、儿茶素自氧化及其对颜色和感官质量综合效应之间关系的理解。基于此，本研究的目标为：（i）鉴定在儿茶素存在下豌豆蛋白提取过程中产生的可能导致颜色形成的关键化合物；（ii）评估儿茶素与不同抗氧化剂（包括SB、GA、Duralox?氧化管理混合物（迷迭香提取物、抗坏血酸、生育酚和柠檬酸的混合物））组合以及调整增溶pH在缓解豌豆蛋白提取过程中儿茶素诱导变色方面的有效性；（iii）评估这些修饰对脂质氧化、豌豆蛋白中挥发性豆腥味化合物形成及其感官特性的影响。本研究结果旨在支持开发抗氧化剂辅助提取策略，以增强植物基蛋白配料的氧化稳定性和感官质量。研究人员开展了什么研究，得出什么结论，有什么重要意义：研究人员以黄豌豆（Pisum sativum L. var. Ingrid，2024年收获）为原料，采用碱溶等电点沉淀法提取豌豆蛋白，在提取体系中添加1000 ppm儿茶素，并结合不同抗氧化剂（0.1%和1.0% SB、0.1%和1.0% GA、75% Duralox?）或将增溶pH从8.5降至7.0，系统评估了这些策略对颜色、脂质氧化标志物（HODE和MDA）、挥发性有机化合物（VOC）、总酚含量（TPC）、自由基含量、LOX活性及感官特性的影响。结论表明：氧化型儿茶素二聚体是儿茶素诱导豌豆蛋白褐变的主要驱动因素；降低增溶pH至7.0可显著减轻变色，但也削弱了儿茶素抑制豆腥味挥发性化合物的效果；儿茶素与SB协同作用可同时减少褐变、氧化和异味；GA虽可限制氧化但引起浓度依赖性变暗；靶向抗氧化剂组合改善了豌豆蛋白分离物的感官质量。重要意义在于：该研究首次系统阐明了儿茶素在豌豆蛋白提取过程中诱导变色的分子机制，并提出了兼顾氧化稳定性和感官品质的抗氧化剂辅助提取策略，为植物基蛋白配料的质量提升提供了理论依据和技术支撑。论文发表在《Food Chemistry》。关键技术方法：研究人员采用碱溶等电点沉淀法提取豌豆蛋白（黄豌豆品种Ingrid，2024年收获，由Lantm?nnen AK提供）；采用CIELAB色度计测定蛋白表面颜色；采用非靶向代谢组学（UPLC-MSe，MS-DIAL处理，MetaboAnalyst 6.0进行PLS-DA分析）鉴定发色化合物；采用HS-SPME-GC-MS定量挥发性有机化合物（以乙基吡啶为内标）；采用LC-MS/MS定量HODE和MDA；采用Folin-Ciocalteu法测定总酚含量；采用电子顺磁共振（EPR）波谱定量自由基；采用分光光度法测定LOX活性；采用定量描述分析（QDA）由训练有素的感官评价小组（Kristianstad大学，9名评价员）进行感官评价。研究结果：3.1 增溶pH和抗氧化剂对缓解变色的影响：通过CIELAB色度分析表明，在儿茶素存在下将增溶pH从8.5降至7.0可显著减轻褐变（L*从39.33升至53.46，a*从17.44降至4.19）；添加0.1% SB进一步抑制变色（L*=63.41）；0.1% GA可适度改善颜色但1.0% GA导致显著变暗（L*=37.19）；Duralox?部分有效（L*=62.40）；所有处理ΔE*ab值均远高于商业参考样品，表明尚无处理完全达到商业产品颜色品质。3.2 儿茶素氧化所致颜色化合物的非靶向代谢组学表征：通过非靶向代谢组学分析表明，在pH 8.5+儿茶素条件下提取的蛋白中氧化型儿茶素二聚体（m/z 570–610区域，如脱氢二儿茶素及相关醌偶联衍生物）丰度最高且VIP得分>1.40，与红色显色密切相关；降低pH至7.0或添加SB可显著抑制这些代谢物，其中SB效果最强。3.3 修饰对挥发性有机化合物形成的影响：通过HS-SPME-GC-MS分析表明，儿茶素添加总体降低了VOC含量；SB在0.1%和1.0%浓度下均显著降低VOC水平（1.0%时降幅最大，壬醛降低达19倍），归因于SB与羰基化合物形成非挥发性亚硫酸氢盐加合物；0.1% GA与儿茶素协同降低VOC；降低pH至7.0显著减少总VOC。3.4 抗氧化剂混合对HODE和MDA形成的影响：通过LC-MS/MS定量表明，儿茶素显著降低HODE含量（从对照的2.53 μg·g?1 DW降至0.18 μg·g?1 DW）；SB和GA的添加未进一步降低HODE但亦未恶化脂质氧化；pH 8.5下MDA含量（36.5 μg·g?1 DW）高于pH 7.0（19.8 μg·g?1 DW）；Duralox?+儿茶素组合MDA最低（23.9 μg·g?1 DW）。3.5 总酚化合物：通过Folin-Ciocalteu法测定表明，儿茶素添加显著增加TPC（pH 8.5下9.02 mg GAE·g?1 DW，pH 7.0下6.63 mg GAE·g?1 DW）；SB添加降低了FC法测定的TPC（平均5.54 mg GAE·g?1 DW），归因于磺化反应改变儿茶素结构，但不反映抗氧化效能损失；GA+儿茶素TPC为6.65 mg GAE·g?1 DW；Duralox?+儿茶素TPC最低（1.67 mg GAE·g?1 DW）。3.6 电子顺磁共振自由基定量：通过EPR波谱表明，pH 7.0提取蛋白的自由基含量（3.73×101? spins·g?1 DW）低于pH 8.5（4.51×101? spins·g?1 DW）；儿茶素在pH 8.5下自由基含量（3.47×101? spins·g?1 DW）低于pH 7.0（5.92×101? spins·g?1 DW）；0.1% SB自由基含量较高（6.07×101? spins·g?1 DW）而1.0% SB较低（3.34×101? spins·g?1 DW）；GA+儿茶素和Duralox?+儿茶素维持较低自由基水平（3.47×101?和3.63×101? spins·g?1 DW）。3.7 抗氧化剂混合物对LOX活性的影响：通过分光光度法表明，对照组LOX活性最高（29.5 LOX units·g?1 DW）；儿茶素降低至12.3 LOX units·g?1 DW；儿茶素+0.1% SB降至最低（7.04 LOX units·g?1 DW）；儿茶素+GA为12.9 LOX units·g?1 DW；儿茶素+Duralox?较高（16.08 LOX units·g?1 DW）。3.8 多变量统计：通过PCA分析表明，前三个主成分解释85.51%的总方差；LOX和HODE沿PC2正方向共线负载，与己醛、壬醛、2-戊基呋喃、1-戊醇和异戊醛等自氧化衍生醛类呈明显负相关；儿茶素+1.0% SB远离LOX/HODE轴和颜色坐标，同时远离醛类/呋喃簇，证实其在颜色保护和异味抑制方面的双重正面效果。3.9 感官分析：通过QDA表明，儿茶素添加降低了黄色度并增加了褐色度，SB可显著减轻褐变；儿茶素+1.0% SB青草味评分最低（22.8），但硫味评分最高（40）；SB降低了涩味（最低32.1 at 0.1% SB）和苦味（最低26.0 at 1.0% SB）并改善顺滑度；GA总体恶化感官品质，促进褐变、涩味、苦味并降低顺滑度；儿茶素添加未显著影响鲜味和甜味。讨论部分总结：研究人员讨论指出，儿茶素在碱性条件下经邻醌途径氧化形成脱氢二儿茶素等二聚体产物是褐变的主要原因；降低pH至7.0虽可减轻变色但削弱了儿茶素抑制豆腥味VOC的效果，可能与TPC保留率降低和自由基含量增加有关；SB通过Michael加成与醌类形成无色加合物、将醌还原为邻苯二酚以及捕获过氧化氢等机制有效抑制褐变，同时与儿茶素协同降低VOC和LOX活性；GA在低浓度下可稳定儿茶素但高浓度下促进深色色素形成；Duralox?因抗坏血酸的促氧化作用在抑制脂质氧化方面效果有限；感官分析证实儿茶素-SB组合在降低豆腥味和苦味的同时改善了口感，但SB的添加引入了硫味感知且其实际应用受法规和消费者接受度限制。研究结论翻译：本研究考察了在较低蛋白质增溶pH下将儿茶素与互补抗氧化体系（亚硫酸氢钠（SB）、没食子酸（GA）、Duralox?）组合在缓解豌豆蛋白提取（碱溶等电点沉淀法）过程中颜色变化和脂质氧化相关异味形成方面的有效性。非靶向代谢组学分析表明，酚类结构产生的氧化型二聚体产物是儿茶素存在下分离的豌豆蛋白中颜色变化的分子原因。在儿茶素存在下将增溶pH从8.5降至7.0显著缓解了儿茶素诱导的变色。然而，这一变化也削弱了其抑制与蛋白和脂质氧化相关的豆腥味挥发性化合物的效果，可能是由于蛋白分离物中TPC保留率降低以及EPR检测的自由基含量增加所致。在测试的互补抗氧化剂中，儿茶素与SB组合表现出最低程度的变色，但对脂质氧化标志物（HODE和MDA）、挥发性化合物和LOX活性具有最一致的抑制作用，同时与对照相比改善了感官属性如降低豆腥味和苦味。SB与儿茶素协同作用，增强了氧化控制并改善了口感。Duralox?尽管是多组分抗氧化配方，但在防止自由基积累、己醛形成和减轻LOX活性方面效果有限，可能是由于TPC较低。感官分析证实，抗氧化处理尤其是儿茶素-SB组合减少了不良风味 Notes 同时保持了可接受的滋味和外观。需要说明的是，尽管SB在缓解变色和抑制氧化方面被证明非常有效，但其在本研究中主要作为模型醌清除体系纳入，以研究醌捕获在控制豌豆蛋白分离过程中儿茶素诱导变色中的作用，而非作为商业应用的建议食品配料。其实际使用可能受到法规要求、过敏原标签义务和消费者对清洁标签配料偏好的限制。此外，SB添加与硫相关感官 Notes 增加相关。因此，未来工作应研究能够提供类似功能的天然来源或标签友好的醌清除体系。总体而言，研究结果强调了靶向抗氧化体系在提高豌豆蛋白分离物氧化和感官质量的同时对其颜色副作用最小的潜力。未来研究应侧重于优化抗氧化剂剂量并评估所得蛋白分离物的技术功能和结构特性，以确定其食品应用适用性。
