超声提取的红葡萄籽蛋白作为蛋糕配方中的部分鸡蛋替代品

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Ultrasound-Extracted Red Grape Seed Protein as a Partial Egg Replacer in Cake Formulation

　　

蛋黄是蛋糕中关键的多功能配料，有助于结构形成、乳化、起泡和色泽，但由于可持续性、健康和饮食考虑，其被植物蛋白替代的研究日益增多。本研究旨在从红葡萄籽粕中开发一种替代蛋白浓缩物，并评估其在蛋糕生产中作为部分鸡蛋替代品的潜力。研究人员采用常规碱提取（AE）（pH 10，15 min）和超声辅助碱提取（UAE）（80%振幅，pH 10，15 min）生产红葡萄籽蛋白浓缩物（GSPs），并随后表征其蛋白质回收率、水结合能力（WBC）和油结合能力（OBC）、分子量分布及结构特性。与AE（6.7%）相比，UAE获得了更高的蛋白质回收率（8.2%），同时改善了WBC（3.36 ± 0.05 g/g）和OBC（6.49 ± 0.01 g/g）。两种浓缩物的蛋白质含量均超过50%（GSP-AE：53.48%；GSP-UAE：54.37%）。SDS–PAGE显示分子量分布无显著变化，但UAE增强了条带强度，表明蛋白质回收率和可提取性提高。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析表明超声诱导的构象变化，而扫描电子显微镜（SEM）图像显示更小且更多孔的蛋白质颗粒，这些共同促进了GSP-UAE功能特性的改善。因此，将UAE衍生的蛋白浓缩物（GSP-UAE）以10%和20%的蛋黄替代水平加入蛋糕配方中。通过物理、质构、色泽和抗氧化特性评估蛋糕品质。10%替代水平的蛋糕与对照组在高度和硬度上相似，表明结构质量相当。在20%替代水平下，蛋糕变得更硬、更致密，色泽变化更明显。抗氧化活性呈剂量依赖性增加，最高达375.25 μg Trolox/g。总体而言，结果表明UAE改善了GSP的功能性，且较低的添加水平能够在不损害蛋糕品质的前提下实现部分蛋黄替代，同时增强产品的营养和功能价值。

**论文解读：超声辅助提取红葡萄籽蛋白作为蛋糕中部分蛋黄替代品的应用研究**

**研究背景与问题**
在蛋糕生产中，蛋黄因其多功能性而不可或缺，包括提供结构支撑、乳化、起泡、保水及赋予色泽。然而，健康关注（如胆固醇）、过敏原性、消费者对植物基饮食的偏好以及可持续性需求，促使研究人员寻找有效的蛋黄替代品。现有替代品包括豆类、假谷物、果蔬废弃物及油料种子粕等植物蛋白源，但往往功能性能不足，难以完全模拟蛋黄的技术特性。红葡萄籽粕是冷榨葡萄籽油后的副产物，通常被用作低价值饲料或废弃物，但其富含蛋白质（约7.64%）及生物活性化合物（如原花青素、花青素等），具有开发为功能性蛋白原料的潜力。然而，传统碱提取法（AE）回收率低，且蛋白质功能特性有限。因此，研究人员旨在通过超声辅助碱提取（UAE）改善红葡萄籽蛋白浓缩物（GSP）的功能特性，并评估其作为蛋糕中部分蛋黄替代品的可行性，以同时实现工业副产物的增值和减蛋烘焙产品的开发。

**研究内容与结论**
研究人员系统比较了AE和UAE两种方法提取的红葡萄籽蛋白浓缩物（GSP-AE和GSP-UAE）的理化与功能特性，并将性能更优的GSP-UAE以10%和20%的比例替代蛋黄用于蛋糕制作，对照全蛋黄蛋糕评估其品质。结果表明：UAE显著提高了蛋白质回收率（8.2% vs. 6.7%）和可溶性蛋白含量（约4倍），并改善了水结合能力（WBC）和油结合能力（OBC）；SDS-PAGE显示UAE未引起蛋白质降解，但增强了条带强度；FTIR证实UAE诱导了蛋白质二级结构微调；SEM显示UAE颗粒更小、更疏松多孔。在蛋糕应用中，10%替代水平的蛋糕与对照在高度、硬度、pH、水分含量、烘焙损失等方面无显著差异（p>0.05），抗氧化活性显著提升（324.19 μg Trolox/g）；20%替代则导致蛋糕硬度增加、高度降低、色泽加深，但抗氧化活性进一步升高（375.25 μg Trolox/g）。该研究发表在《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》。

**关键技术与方法**
1. **超声辅助碱提取（UAE）**：使用超声探头系统（Sonics VCX750，13 mm钛探头）在80%振幅、pH 10条件下处理15 min，通过空化效应破坏葡萄籽基质，促进蛋白质释放。
2. **蛋白质功能特性表征**：采用Bradford法测定可溶性蛋白含量；Kjeldahl法测定总蛋白含量；离心法测定WBC和OBC（以每克蛋白吸附的水或油克数表示）。
3. **结构分析**：SDS-PAGE（还原和非还原条件）分析分子量分布；FTIR（400–4000 cm^-1）结合二阶导数谱评估二级结构；FE-SEM（500×、1000×、2000×）观察微观形貌。
4. **蛋糕品质评价**：测量高度、pH、水分含量、烘焙损失；DPPH法测定抗氧化活性（以Trolox当量表示）；质构分析（TPA）测定硬度、内聚性、弹性、胶黏性、咀嚼性和回复性；色差仪测定CIELAB颜色参数（L*、a*、b*）及总色差（ΔE）。
样本来源：红葡萄籽粕由土耳其TALYA公司（Sakarya）提供，为冷榨油后的干粉。

**研究结果**
**3.1 葡萄籽蛋白浓缩物特性**
**3.1.1 蛋白质含量与回收率**：UAE提取液的可溶性蛋白含量（936.27 mg/100 g）显著高于AE（232.84 mg/100 g）（p<0.05），归因于超声空化促进基质破坏和蛋白质释放。两种浓缩物的蛋白质含量均超过50%（GSP-AE：53.48%；GSP-UAE：54.37%），无显著差异（p>0.05），表明均达到蛋白浓缩物水平。但UAE的蛋白质回收率（8.2%）高于AE（6.7%），显示超声提高了提取效率。
**3.1.2 分子量分布**：非还原SDS-PAGE下，两者均呈现从胶顶至约50 kDa的弥散条带，提示存在二硫键和非共价键稳定的聚集体。还原条件下，出现35–40、18–22和10–15 kDa的清晰条带，表明二硫键断裂后解聚。GSP-UAE条带强度更高，但无新条带出现或消失，说明超声未导致蛋白质降解，而是促进聚集体解离。
**3.1.3 水结合与油结合能力**：GSP-UAE的WBC（3.36 g/g）和OBC（6.49 g/g）均显著高于GSP-AE（2.08 g/g和5.73 g/g）（p<0.05）。FTIR显示Amide I、II、III区域发生微小变化，证实超声诱导了构象调整；SEM显示GSP-UAE颗粒更小、更疏松多孔，增大了比表面积，从而增强水油结合能力。
**3.2 蛋糕特性**
**3.2.1 外观、pH与水分含量**：US10蛋糕高度（31.93 mm）与对照（32.45 mm）无显著差异，而US20显著降低（29.62 mm）（p<0.05），表明10%替代不影响膨胀，20%替代导致结构更致密。所有蛋糕pH（7.75–7.82）和水分含量（12.65%–13.33%）无显著差异，说明GSP添加未改变酸碱平衡或水分保持。
**3.2.2 烘焙损失**：各组烘焙损失（13.71%–14.70%）无显著差异（p>0.05），但US10和US20略低于对照，可能与GSP-UAE的WBC和OBC增强有关，帮助保留水分和脂肪。
**3.2.3 抗氧化活性**：抗氧化活性呈剂量依赖性增加：对照284.48 μg Trolox/g，US10 324.19 μg Trolox/g，US20 375.25 μg Trolox/g（p<0.05），归因于葡萄籽中多酚类化合物的保留。
**3.2.4 质构特性**：TPA结果显示，US10的硬度（555.25 g）与对照（544.50 g）无显著差异，而US20显著升高（749.50 g）（p<0.05）。内聚性、弹性、回复性在各组间无显著差异，但US20呈下降趋势。胶黏性和咀嚼性无显著变化。表明10%替代可维持质构，20%替代使蛋糕变硬。
**3.2.5 色泽特性**：随着GSP添加量增加，蛋糕内部和外部L*值显著降低，a*值显著升高（偏向红/紫），b*值降低（黄度下降），ΔE增大。这归因于GSP中花青素色素以及烘焙过程中美拉德反应产物的贡献。

**结论与讨论**
研究表明，UAE可有效提高红葡萄籽蛋白的回收率（8.2% vs. 6.7%）和功能特性（WBC、OBC），且不引起蛋白质降解。通过结构分析（SDS-PAGE、FTIR、SEM）证实超声促进蛋白质解聚和构象调整，从而改善水油结合能力。在蛋糕应用中，10%的蛋黄替代水平（US10）能保持与全蛋黄蛋糕相当的物理、质构和色泽品质，同时显著提升抗氧化活性；20%替代（US20）虽进一步增加抗氧化活性，但导致蛋糕质地变硬、体积减小，表明替代水平需优化以平衡功能性与产品品质。该研究不仅实现了葡萄加工副产物的高值化利用，还提供了一种兼具技术功能和抗氧化活性的植物基蛋黄替代品，为开发减蛋烘焙产品提供了新策略。未来研究需关注超声辅助提取的规模化与经济效益，并进行消费者感官评价以评估市场接受度，同时需进一步探究烘焙后蛋白质消化率、酚类化合物的生物可及性以及蛋白-多酚相互作用。