《Food Hydrocolloids》：Gelation Profiles of Pulse Proteins: Implications of Dry and Wet Extraction of Faba and Mung bean
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摘要本研究以热诱导凝胶化为模型，比较了通过干法分离和湿法分离得到的豆类蛋白浓缩物及其分离物的功能特性。研究重点分析了具有不同储藏蛋白组成的蚕豆和绿豆，尤其是二者中豆素与维西林的比例差异。通过对蛋白质的分子分析，发现蚕豆富含类似豆素的蛋白质，而绿豆则含有较多类似维西林的蛋白质。流变
摘要
本研究以热诱导凝胶化为模型，比较了通过干法分离和湿法分离得到的豆类蛋白浓缩物及其分离物的功能特性。研究重点分析了具有不同储藏蛋白组成的蚕豆和绿豆，尤其是二者中豆素与维西林的比例差异。通过对蛋白质的分子分析，发现蚕豆富含类似豆素的蛋白质，而绿豆则含有较多类似维西林的蛋白质。流变学温度梯度测试表明，分离物相比浓缩物具有更低的临界凝胶化温度和更高的凝胶强度。据我们所知，这是首次尝试确定干法分离豆类蛋白的临界凝胶点，同时运用广义分数开尔文-沃伊特粘弹性固体模型来描述其粘弹性，以及赫歇尔-布尔克利模型来分析凝胶的流动行为。蚕豆形成的凝胶结构可能比绿豆更为松散。从糊化曲线来看，由于含有碳水化合物，浓缩物相比分离物会呈现持续的粘度变化。在120°C时，蚕豆分离物的凝胶强度高于绿豆分离物，而在90°C时，由于主要储藏蛋白的变性温度不同——维西林约为80°C，豆素约为100°C，绿豆分离物的凝胶更为坚固。两种处理方式得到的浓缩物最终凝胶强度相当。这些研究结果有助于拓展豆类蛋白在工业领域的应用前景，比如作为肉类替代品或烘焙产品的成分，或是作为浓缩物的增稠剂。
引言
随着全球蛋白质市场的不断发展，豆类蛋白因其健康、生产成本低以及环境可持续性等优势，逐渐成为一种替代性蛋白质来源（Boye等人，2010；Zhu等人，2024）。从磨碎的豆粉中提取豆类蛋白通常采用湿法提取或干法分离两种方法。对于扁豆、绿豆、蚕豆或豌豆这类脂肪含量低、淀粉颗粒较大且蛋白质颗粒较小的豆类，干法分离更为适用，因为与大豆或羽扇豆这类高脂肪豆类相比，干法分离能更高效地实现分离（Schutyser & van der Goot，2011）。干法分离利用冲击研磨和空气分级技术，根据颗粒大小、形状和密度的差异，将豆粉分为富含蛋白质的细粒部分和富含淀粉的粗粒部分。而传统的湿法提取过程则是先在碱性条件下使蛋白质溶解，然后在pH 4.5 – 5时通过等电沉淀使其析出，最后经过洗涤和干燥得到高纯度的蛋白质分离物（Yang等人，2024）。尽管资源消耗较大的湿法提取被广泛使用，但干法分离作为一种更可持续的替代方法也逐渐受到重视，因为它在加工过程中不需要水，且无需加热或干燥等稳定化步骤，因此能耗更低（Fernando，2021；Pelgrom等人，2015；Schutyser等人，2025）。不过，干法分离得到的蛋白质浓缩物蛋白质含量仅为50 – 65%，而湿法分离得到的产品蛋白质纯度可超过85%（De Angelis等人，2024；Diedericks等人，2020；Schlangen等人，2022）。浓缩物中还含有不同比例的多糖（淀粉和纤维）、脂肪和灰分，因此不同提取方法会导致蛋白质功能存在差异。所以，量化提取过程及历史对豆类蛋白功能的影响非常重要，因为这直接决定了提取出的蛋白质组成。
豆类中的储藏蛋白主要由盐溶性球蛋白（70 – 80%）和水溶性白蛋白（10 – 25%）构成，此外还有少量可在酒精和酸中溶解的谷蛋白和醇溶蛋白（Cabanos等人，2024）。球蛋白可根据超速离心中的沉降系数进一步分类：由二硫键连接的分子量为350 – 400kDa的六聚体类豆素蛋白，以及由疏水键和氢键连接的分子量为150 – 180kDa的较小三聚体类维西林蛋白（Boye等人，2010；Gueguen & Cerletti，1994）。不同植物的豆类所含的球蛋白和白蛋白比例各不相同。例如，蚕豆含有两种主要的球蛋白：占总种子蛋白约55%的11S豆素蛋白，占7S维西林蛋白约18%，而非球蛋白类白蛋白则占约1 – 3%（Martineau – C?té等人，2022）。相反，绿豆的总储藏蛋白中约有25%为白蛋白，60%为球蛋白，其中7S豆素蛋白占球蛋白总量的3.4%，8S维西林蛋白占89%，11S豆素蛋白占7.6%（Li等人，2023）。植物蛋白的功能特性在很大程度上取决于储藏蛋白的组成和化学性质，尤其是豆素与维西林的比例被认为对豆类蛋白的凝胶化过程起着重要作用（S Shrestha, LV Hag等人，2023）。
蛋白质的凝胶化等功能对食品的质地、结构稳定性具有重要影响，且与流变学特性密切相关（Ma & Chen，2023；Zayas，1997），这些特性最终会影响食品的咀嚼体验和加工性能。研究表明，类似维西林的蛋白质通常比类豆素蛋白具有更强的凝胶化和更高的凝胶强度，这一现象在豌豆蛋白（Nicolai & Chassenieux，2019）、班巴拉花生蛋白（Alabi & Amonsou，2024）以及肾豆蛋白（Shevkani等人，2015）中都有体现。豆类蛋白分离物的热诱导凝胶化主要是通过变性的蛋白质分子聚集并重新结合，从而形成颗粒状凝胶网络来实现的（Nicolai & Chassenieux，2019；Tiong等人，2024）。而在蛋白质浓缩物中，由于存在淀粉和膳食纤维，可能会形成混合生物聚合物复合凝胶。先前的研究显示，干法分离得到的浓缩物能够形成更坚固、更接近固体状的凝胶，且抗变形能力更强于湿法提取得到的分离物。然而，豆素和维西林储藏蛋白的组成对干法分离豆类蛋白浓缩物的凝胶化机制和流变学特性的影响目前仍不十分清楚。
针对这一问题，最近有一篇综述（Nam等人，2026）全面总结了豆类蛋白的热诱导凝胶化现象，包括比较了干法分离和湿法分离豆类蛋白的蛋白组成、主要储藏蛋白的影响，以及通过流变学分析得出的凝胶化机制。为了进一步深入理解这一现象，本研究聚焦两个关键问题：首先，利用蚕豆和绿豆蛋白研究了球蛋白组成的差异，这两种豆类由于干法分离和湿法提取的不同工艺，其豆素和维西林含量存在显著差异。通过温度梯度测试、频率扫描和流变曲线等多种流变学方法，分析了这两种蛋白的热诱导凝胶化性能。其次，通过频率扫描详细研究了凝胶化点，试图找出与频率无关的临界凝胶点。期望通过对分离后豆类蛋白流变学特性的深入了解，为不同储藏蛋白含量的豆类蛋白的临界凝胶化特征提供科学依据，进而拓展其在工业领域的应用潜力。
章节节选
试剂
氢氧化钠（NaOH）、盐酸（HCl）溶液（浓度≥30 – 50%），以及分析级化学品和试剂，包括二水合磷酸二钠（Na2HPO4?2H2O，纯度≥98.5%）、二水合磷酸一钠（Na2HPO4?2H2O，纯度≥99%）、氯化钠（NaCl，纯度≥99%），还有15 – 600 kDa范围的蛋白质标准混合物（编号#69385），均购自德国达姆施塔特的Sigma – Aldrich公司。4倍Laemmli样品缓冲液（含277.8 mM Tris – HCl，pH值为6.8，44.4%体积比的甘油，4.4%的LDS以及0.02%的溴酚蓝），10倍Tris/
SEC和SDS PAGE分析
如图1所示，通过SEC技术分析了蚕豆浓缩物（FBPC）、蚕豆分离物（FBI）、绿豆浓缩物（MBPC）和绿豆分离物（MBI）的蛋白质分子尺寸分布。除了FBPC之外，分离物和浓缩物的蛋白质尺寸分布较为相似，FBPC在22ml处的吸光度明显高于FBI，这是因为FBPC中含有更多分子量约为10kDa的较小分子。在9ml的洗脱体积下，FBI和MBI都含有大量分子量超过650kDa的大分子蛋白聚集体，这些
结论
本研究对比了干法分离得到的浓缩物与湿法提取得到的分离物的蛋白质组成和分子结构，以及富含豆素和富含维西林的豆类蛋白的凝胶化行为。SEC和SDS-PAGE分析结果显示，蚕豆富含类似豆素的蛋白质，而绿豆则含有较多类似维西林的蛋白质。研究还采用了不同的流变学模型来描述浓缩物凝胶的特性；其中广义分数开尔文-沃伊特固体模型被用于
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
CRediT作者贡献说明
Daniel Skylas： 文章撰写与修订、研究指导、方法设计。Rishabh More： 文章撰写与修订、研究指导、方法设计。Sushil Dhital： 文章撰写与修订、研究指导、资金筹集、概念构思。Stefan Kasapis： 文章撰写与修订、研究指导。Yurina Nam： 文章撰写与修订、初稿撰写、方法设计、实验研究、数据整理、概念构思
未引用参考文献
Jiao Ge等人，2023；Shrestha等人，2023；Shrestha等人，2023；Shrestha等人，2023；Winter，2001。
资金来源
本研究未获得公共部门、商业机构或非营利组织提供的任何特定资助。
利益冲突声明
? 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
致谢
作者感谢AEGIC提供的支持。在撰写本文期间，作者使用了Co-pilot工具来提升手稿某些部分的可读性和语言表达质量。在使用该人工智能工具后，作者对内容进行了必要的审核和修改，并对最终发表的文章内容承担全部责任。
Yurina Nam|Rishabh More|Daniel Skylas|Stefan Kasapis|Sushil Dhital
澳大利亚生物资源加工研究所（BioPRIA），莫纳什大学化学与生物工程系，澳大利亚维多利亚州克莱顿市，邮编3800
