《International Journal of Biological Macromolecules》：Modulation of protein–polysaccharide intermolecular interactions: Impact on structure and
in vitro digestibility of 3D-structured soy protein matrices
编辑推荐：
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水胶体调节SPI基质中蛋白质-多糖的相互作用。
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黄原胶与减少蛋白质水解相关。
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水胶体调节SPI基质中蛋白质-多糖的相互作用。
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黄原胶与减少蛋白质水解相关。
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瓜尔胶和海藻酸盐通过吸水作用增强了蛋白质的溶解性。
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静电作用和氢键影响蛋白质的消化率。
引言
吞咽困难（dysphagia）是老年人和某些患有特定疾病的人群中普遍存在的问题。它带来了严重的营养和健康风险，包括营养不良和吸入性肺炎。截至2024年，65岁及以上的人口占日本总人口的约29.3%，这一比例在全球范围内最高，凸显了日本在应对与年龄相关的健康挑战方面的领先地位[1]。在这个年龄段，肺炎（包括吸入性肺炎）是第三大死因，占所有死亡人数的9.7%[2]。这些问题凸显了预防措施的紧迫性，特别是对于那些吞咽困难且吸入相关并发症风险较高的个体。因此，通常建议采用适合吞咽困难的饮食方案，以确保安全进食并减少窒息和吸入的风险[3]。诸如日本吞咽障碍协会（Japanese Society of Dysphagia Rehabilitation）制定的“2021年日本吞咽障碍饮食标准”（JDD2021）和国际吞咽障碍饮食标准化倡议（International Dysphagia Diet Standardisation Initiative, IDDSI）等标准化框架，提供了适合吞咽困难人群的质地改良食品和增稠液体的分类标准[4],[5]。然而，现有的制造方法主要基于挤出和成型技术，这些方法仍然劳动密集，并且在精确控制材料的结构和功能特性方面存在局限性，这表明需要更先进的材料设计策略[6]。 新兴技术如三维（3D）食品打印技术因能够制造出具有可控几何形状和质地的定制食品基质而受到越来越多的关注[6]。除了加工优势外，这些系统的功能从根本上取决于其组成生物聚合物的物理化学性质[7]。特别是基于挤出的3D打印技术在材料沉积过程中涉及流动诱导的剪切和变形，这可能影响蛋白质的构象、分子间相互作用以及网络组织。这种加工引起的结构变化可能会进而影响基于蛋白质系统的功能行为[8]。此外，植物蛋白因其营养价值和多功能性而被广泛使用。其中，大豆蛋白[6],[9],[10]、豌豆蛋白[11],[12]和蘑菇粉[13],[14]已被应用于质地改良的食品系统中。特别是大豆蛋白，由于热变性会暴露出功能基团并促进蛋白质聚集和疏水相互作用，从而有助于凝胶网络的形成。这种结构的变化也提高了天然球形大豆蛋白的 printability（可打印性）。对于基于挤出的3D打印，形成的凝胶网络提供了层叠沉积过程中抵抗变形所需的机械强度和自支撑能力[15]。 水胶体，如黄原胶、瓜尔胶和海藻酸钠，在调节基于蛋白质的系统的结构和流变行为方面起着关键作用。这些多糖可以通过多种分子间力量与蛋白质相互作用，包括静电作用、氢键和疏水相互作用，从而影响网络的形成和基质内的水分分布。先前的研究表明，加入水胶体可以改善复杂食品系统的粘度、剪切稀化行为和结构稳定性[16],[17],[18]。然而，这样的修改也可能影响蛋白质的可及性和酶的介导作用，从而可能改变蛋白质的消化率。例如，有报告指出，加入瓜尔胶和纤维素会降低营养物质的通过率和蛋白质的消化率[19]，而在大豆蛋白-黄原胶系统中增加生物聚合物的比例可以增强凝胶的强度，但会降低蛋白质的水解[20]。 尽管对蛋白质-多糖系统的兴趣日益增加，但以往的研究主要集中在提高3D打印食品的printability（可打印性）、流变性质、结构稳定性和质地特性上[16],[17],[18]。尽管这些研究证明了水胶体掺入的技术可行性，但调控蛋白质-多糖相互作用及其对消化行为影响的分子机制仍不够清楚。在伴随研究中，成功开发了经过水胶体改性的大豆蛋白基质，使其具有适合吞咽困难应用的物理化学、质地和printability特性[21]。然而，分子间相互作用、结构组织和蛋白质消化率之间的基本关系超出了先前研究的范围。因此，深入了解不同水胶体如何调节分子间力量和网络特性对于阐明这些生物聚合物系统的结构-功能关系至关重要。 本研究的目的是系统地阐明水胶体类型（瓜尔胶、海藻酸钠和黄原胶）及其浓度（1–2%，w/w）如何调节分子间力量，从而调节SBM（Soy Protein-Based Matrices）中的水合作用和体外蛋白质消化。特别关注的是确定水胶体特异性的静电作用、氢键、疏水相互作用和二硫键的变化如何与水分吸收、蛋白质结构特性、溶解性和水解相关。通过整合这些分子、结构和消化特性，本研究建立了水胶体介导的分子间相互作用与SBM中蛋白质消化行为之间的机械联系。这种从分子到消化的关系代表了本研究的主要贡献，并补充了我们之前的应用导向工作[21]。研究结果为通过选择和调整水胶体的浓度来定制结构化大豆蛋白基质提供了机制基础，支持了三维食品打印、质地改良食品、植物基肉类替代品和个性化营养产品的合理设计[21]。
章节摘录
材料与试剂
食品级大豆蛋白分离物（SPI；≥90%蛋白）由REDES有限公司（日本东京）提供。其他食品级原料，包括瓜尔胶、海藻酸钠和黄原胶，来自Marugo Corporation有限公司（日本埼玉），玉米淀粉则购自Life Abail有限公司（日本东京）。此外，食品级的魔芋粉来自Tomizawa Shouten有限公司（日本东京）。淀粉葡萄糖苷酶（3260 U/mL）购自Megazyme International Ireland有限公司。
吸水能力
如图1a所示，我们的研究发现WAC（Water Absorption Capacity）逐渐增加。所有含有水胶体的样品（G、S、X）的WAC显著高于对照组（p<0.05），除了S1和S2，这反映了蛋白质-水相互作用的增强。含有X的样品具有最高的WAC，并且WAC随浓度增加而增加，从X1的30.57±0.98%增加到X2的76.76±0.07%。这一发现与Dinani等人的研究结果一致[23]。
结论
本研究探讨了水胶体类型和浓度对基于大豆蛋白的基质中分子间力量和体外蛋白质消化率的影响。结果表明，不同类型的水胶体对蛋白质-蛋白质和蛋白质-多糖的相互作用有差异性的调节作用，导致不同的凝胶结构和消化行为。黄原胶产生了结构更为紧密的基质，同时降低了蛋白质的水解；而瓜尔胶和海藻酸钠则促进了基质的...
作者贡献声明
Thiraphong Aumasa：验证、方法学、实验设计、数据分析、初稿撰写。 Masatsugu Tamura：监督、审稿与编辑。 Yukiharu Ogawa：监督、项目管理、资金获取、概念构思、审稿与编辑。 Loraine C. Bainto-Ancheta：撰写、审稿与编辑。
资助
本研究得到了日本科学技术机构（JST）在“下一代创新研究支持”（SPRING）计划下的资助，以及JSPS KAKENHI（21H02312）和Konno and Restar基金会的大力支持。
利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。资助机构未参与研究设计、数据收集、数据分析或手稿撰写。作者对本文的内容和撰写负全部责任。
致谢
第一作者感谢千叶大学提供的All Directional Innovative Challenger Ph.D.项目（ALDIC-PhD）的支持。
Thiraphong Aumasa | Loraine C. Bainto-Ancheta | Masatsugu Tamura | Yukiharu Ogawa
