《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Red pepper seed protein isolate: Pulsed electric field assisted modification to improve its structural and functional properties
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摘要本研究探讨了脉冲电场（PEF）处理（标称5、10、15、20和25 kV/cm）对从红辣椒籽（RPS）中提取的蛋白质分离物的影响。根据示波器测量结果，这些标称设置对应的实际场强分别为0.51、0.49、0.74、1.00和1.25 kV/cm。结果表明，PEF15（0.7
摘要
本研究探讨了脉冲电场（PEF）处理（标称5、10、15、20和25 kV/cm）对从红辣椒籽（RPS）中提取的蛋白质分离物的影响。根据示波器测量结果，这些标称设置对应的实际场强分别为0.51、0.49、0.74、1.00和1.25 kV/cm。结果表明，PEF15（0.74 kV/cm）和PEF20（1 kV/cm）通过破坏非共价相互作用，部分展开了RPS蛋白质分离物结构，使疏水残基和结合态-SH基团暴露于水溶液中。与对照样品相比，PEF处理显著增加了游离-SH含量（达4.52 μmol/g）和表面疏水性。此外，PEF处理显著解离了大型RPS蛋白质分离物聚集体，将平均粒径从608.8 ± 4 nm降低至504.1 ± 2.8 nm，从而使溶解度提高至39%，并降低了浊度。极性残基的重新分布和带电基团的暴露增加了静电排斥力，使Zeta电位提高至-55.56，更有效地稳定了RPS蛋白质分离物。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）进行的结构分析证实了这些结果，表明二级结构发生变化、结晶度发生转变以及微观结构重新组织。最终，这些分子水平的变化使PEF处理样品表现出比对照样品更好的乳化稳定性指数、乳化活性指数、泡沫稳定性和起泡特性。总体而言，PEF处理使RPS蛋白质分离物更适合用于食品配方和食品工业中的其他功能性应用。
引言
蛋白质是人类饮食中重要的营养来源，尤其是植物基蛋白质，由于其高营养价值和物理化学特性，常用于食品加工（Tang等，2024）。在过去几十年中，植物蛋白行业经历了显著增长，这主要受到消费者对可持续、安全、环保且营养丰富的大宗动物蛋白替代品的需求驱动（Arif等，2025；Zhang等，2023）。在蔬菜植物中，红辣椒籽（RPS）（Capsicum annum. L）是一种在全球广泛种植的富含营养的蔬菜，种植面积约为370万公顷，产量达6000万吨（F. Wang, Ma等，2021）。RPS的干重蛋白含量约为13.70-29.10%，包括色氨酸、赖氨酸和苏氨酸等必需氨基酸（Manzoor等，2025；Manzoor等，2026）。红辣椒籽蛋白的主要来源为白蛋白和醇溶蛋白（按干重计），两者合计占总蛋白质量的75%（Wang, Ma等，2021）。此外，研究表明，RPS蛋白含量与芝麻（18-25%）、奇亚籽（18-24%）相当或更高，并且显著超过大多数谷物，如小麦籽（10-15%）、大米（7-11%）、玉米（8-12%）和大麦（10-12%）（按干重计）（Kulczyński等，2019；Mostashari & Mousavi Khaneghah，2024；Poutanen等，2022；Uro?evi?等，2023）。
近年来，研究人员致力于通过多种方法改善蛋白质的物理化学特性，包括酶解、物理和化学改性以及非热方法，如脉冲电场（PEF）、超声和大气等离子体（Altarjami，2025；Jadhav等，2024；Qadeer等，2025；Rueangsri等，2025；Wang等，2024）。PEF是一种新兴方法，被广泛用于改善蛋白质的物理化学特性，如起泡性、溶解度和乳化性。它还影响表面疏水性、二级结构和蛋白质粒径（Hu等，2024）。研究表明，PEF处理过程中产生的自由基有助于蛋白质分子上的极性基团在与蛋白质反应时获得能量，从而改变其功能和结构特性（Kim等，2024）。最近，R. Wang等（2025）证明，5-30 kV/cm的PEF处理增强了溶解度和极化，增加了侧链的负电性，促进了三级结构的展开。同样，Hu等（2024）观察到，在5-20 kV/cm、2至8 ms条件下进行PEF处理的乳清蛋白分离物显著提高了其溶解度和乳化特性。
据我们所知，尚无任何研究评估PEF处理对改善RPS蛋白质分离物功能和结构特性的影响。因此，本研究旨在首次评估PEF处理对RPS蛋白质分离物的影响，从而修改和增强其营养和功能特性。PEF处理通过改善蛋白质的功能和结构特性，将提供一种可持续的方法。
此外，本研究的结果为越来越多的证据提供了支持，证明了PEF在蛋白质改性和食品加工系统中的应用潜力（Marín-Sánchez等，2024；Ramaswamy等，2024）。尽管人们对PEF处理用于蛋白质提取和改性越来越感兴趣，但关于植物源蛋白质，特别是RPS蛋白质的研究仍然有限。特别是，PEF处理对RPS蛋白质功能和结构特性的影响主要未知。因此，本研究专注于系统评估PEF诱导的RPS蛋白质分离物改性，包括功能和结构特性的变化。此外，本研究还提供了关于PEF处理对蛋白质改性效果的机制性见解。此外，研究结果可能增加RPS蛋白作为替代植物蛋白来源的应用潜力。总体而言，本研究通过将PEF处理条件与新的蛋白质来源中的功能表现相关联，扩展了现有知识。最后，RPS蛋白可能是食品系统中一种有前途的功能成分，特别是用于乳化或有效应用于其他领域，如可食用薄膜和涂层。
各章节摘要
材料
干红辣椒籽（RPS）购自中国江门。正己烷和HCl购自中国天津致远试剂有限公司。BCA蛋白质测定试剂盒购自中国上海源叶生物科技有限公司。同时，所有其他化学品均为分析纯级别，直接使用，无需进一步纯化。所有玻璃器皿在使用前均用蒸馏水清洗并在烘箱中干燥，并使用Milli Q水纯化系统
溶解度和浊度
蛋白质的溶解度是其功能特性的重要指标之一，而凝乳性、起泡性和乳化性则得以增强（Othmeni等，2024）。不同电压下PEF处理的RPS蛋白质分离物的溶解度如图1A所示。结果表明，随着PEF电压从0.51增加到1.25 kV/cm，PEF处理样品的溶解度显著增强，从6.5%提高到39%。最高溶解度出现在样品
结论
PEF处理显著改变了RPS蛋白质分离物的结构和功能属性。PEF暴露，特别是PEF15（0.74 kV/cm）和PEF20（1 kV/cm），提高了RPS蛋白质分离物的溶解度（39%），降低了浊度，从而增强了分散稳定性。此外，表面疏水性和游离-SH含量的增加（4.52 μmol/g）表明RPS蛋白质分离物结构发生了部分展开。相反，粒径的降低（504.1 nm）和
CRediT作者贡献声明
Murtaza Ali：写作–审阅与编辑，写作–初稿撰写，软件，方法学，调查，正式分析，数据整理。Xin-An Zeng：监督指导，资源获取，项目管理，资金获取。Muhammad Faisal Manzoor：写作–审阅与编辑，写作–初稿撰写，软件，方法学，调查，正式分析，数据整理，概念构思。Isam A. Mohamed Ahmed：写作–审阅与编辑，数据整理。Muhammad Waseem：软件。
利益冲突声明
作者声明他们不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本论文报告的研究工作。
致谢
作者感谢佛山大学（中国佛山528225，项目编号：2022B1212010015）的支持。作者感谢沙特阿拉伯苏丹国王大学（沙特阿拉伯利雅得）正在进行的研究资金计划（ORF-2026-1074）的支持。
Murtaza Ali|Xin-An Zeng|Muhammad Faisal Manzoor|Isam A. Mohamed Ahmed|Muhammad Waseem
广东省智能食品制造重点实验室，佛山大学食品科学与工程学院，中国佛山528225
