组合超声和NaHCO3处理通过调控界面大豆蛋白的结构和性质改善豆乳稳定性和豆粉品质

《Foods》：Combined Ultrasound and NaHCO3 Treatment Improves Soymilk Stability and Soybean Flour Quality by Regulating the Structure and Properties of Interfacial Soy Proteins

　　

在大豆加工过程中，大豆细胞壁结构的不充分破坏限制了蛋白质的溶解，从而降低了大豆基产品的营养价值和生物利用度。本研究采用超声（Ultrasound）结合NaHCO₃对大豆组织结构和界面蛋白性质进行靶向修饰，旨在提高蛋白质提取率、豆乳稳定性以及喷雾干燥豆粉的消化特性。结果表明，单独超声处理和单独碱处理均能提高豆乳中的蛋白质提取率，但与未经处理的对照组相比，联合处理将蛋白质溶解率从70.04%提高至81.12%，并将豆渣中的蛋白质残留率降至19.74%。该处理还使平均粒径从132.60 μm降至90.61 μm，并将乳化活性指数（Emulsifying Activity Index, EAI）提高至35.49 m²/g。进一步实验表明，超声与碱的联合处理增加了界面蛋白含量并改变了蛋白质构象。这些变化有助于改善豆乳的储存稳定性和离子稳定性。此外，所得喷雾干燥豆粉表现出更均匀的颗粒分布，颗粒间团聚减少，溶解度（88.37%）和体外消化率（89.48%）均更高。总体而言，联合处理增强了蛋白质的溶解性和界面行为，从而改善了豆乳稳定性和豆粉品质。这些发现为开发具有改善功能特性和营养特性的豆粉提供了有用的理论基础。

**论文解读：超声与NaHCO₃联合处理改善豆乳稳定性及豆粉品质的机制研究**

**研究背景与问题**

随着消费者对植物基食品和健康饮食关注度的提升，大豆因其高蛋白含量、均衡氨基酸组成及良好加工特性，成为植物基食品中最重要的蛋白质来源之一。豆乳作为典型的大豆基液态食品，营养丰富且市场前景广阔，但其储存和运输不易。为延长货架期、降低储运成本，工厂通常将豆乳通过喷雾干燥制成豆粉。然而，豆乳作为复杂异质分散体系，其稳定性与蛋白质溶解率、蛋白质在油水界面的吸附行为及颗粒间相互作用密切相关。当前研究存在以下问题：单一超声处理或碱处理可在一定程度上调控蛋白质结构并改善其功能特性，但单一处理常存在调控效果有限或结构改善不彻底的问题；而协同处理（超声与碱）有望发挥“物理破碎-化学调控”的双重作用。尽管已有关于超声或碱对大豆蛋白单独效应的报道，但联合处理如何调控可溶性蛋白含量和界面蛋白结构，以及这些变化如何与豆乳稳定性和喷雾干燥豆粉的理化及消化特性相关联，仍不清楚。因此，本研究旨在建立这些关联，揭示联合处理改善产品品质的机制，成果发表在《Foods》。

**主要技术方法**

研究人员采用以下关键技术方法：超声（Ultrasound）处理（350 W，20 kHz，15 min，脉冲模式2 s开/2 s关）与0.8% NaHCO₃浸泡联合预处理大豆；利用激光衍射粒度仪（Mastersizer 3000）测定豆乳粒径；通过旋转流变仪（HAAKE MARS60）分析流变特性；采用紫外-可见分光光度计测定乳化活性指数（EAI）和乳化稳定性指数（ESI）；提取界面蛋白并测定其含量（杜马斯燃烧法）；利用视频光学接触角仪测定界面张力；通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和圆二色谱（CD）分析蛋白质二级结构；使用荧光分光光度计测定内源荧光和表面疏水性；通过扫描电子显微镜（SEM）观察豆粉微观结构；采用体外模拟消化法评价豆粉消化率。所有实验均设置三次重复，数据以均值±标准差表示，采用单因素方差分析和Duncan多重比较检验差异显著性（p < 0.05）。

**研究结果**

**3.1 豆乳蛋白质提取率及豆渣蛋白质残留率**
通过测定杜马斯燃烧法确定的蛋白质含量，发现联合处理使豆乳蛋白质溶解率从对照组的70.04%显著提高至81.12%，豆渣中蛋白质残留率降至19.74%。这表明联合处理有效促进了蛋白质溶解并转移至豆乳中，归因于碱条件下蛋白质分子负电荷增强导致静电排斥促进解聚，以及超声微射流破坏细胞壁促进物质释放。

**3.2 豆乳粒径**
经激光粒度仪测定，联合处理使豆乳平均粒径从132.6 μm降至90.61 μm，显著抑制了豆乳聚集。粒径减小与可溶性蛋白增加形成的保护膜相关，防止液滴聚集，使分布更均匀。

**3.3 豆乳色泽**
色度计测定L*、a*、b*值显示，联合处理豆乳亮度值最低（0.32），红色减弱、黄色增强，可能因可溶性蛋白与色素分子结合形成复合物，以及超声局部高温促进美拉德反应。

**3.4 豆乳流变特性**
流变测试表明，四种豆乳均呈现剪切稀化行为。联合处理豆乳的表观粘度、储能模量（G′）和损耗模量（G″）均为最高，且G′>G″，表明弹性响应主导，形成更稳定的三维网络结构，这与可溶性蛋白增加和粒径减小有关。

**3.5 豆乳乳化活性**
乳化活性测定显示，联合处理豆乳的EAI最高（35.49 m²/g），ESI也相应提高，归因于蛋白质结构改变暴露更多疏水基团和柔性区域，促进快速吸附并形成厚粘弹性界面层。

**3.6 界面蛋白含量**
联合处理使界面蛋白含量达62.77%，显著高于对照组（41.14%），表明更多蛋白质吸附于油水界面，增强界面层完整性和强度。

**3.7 界面张力**
界面张力随时间下降，联合处理豆乳界面蛋白的平衡界面张力最低，因其可溶性蛋白增加提高了界面覆盖率，降低界面自由能；同时蛋白质柔性增强降低了吸附能垒。

**3.8 动态界面压力**
动态界面压力随吸附时间增加，联合处理豆乳界面蛋白的平衡界面压力最高，表明其表面活性最强，归因于更多蛋白质通过构象重排形成致密界面膜。

**3.9 傅里叶变换红外光谱**
FTIR显示所有样品具有相似特征吸收峰，但联合处理引起酰胺A带红移，表明氢键增强或重排，蛋白质构象更松散，水化程度提高；酰胺I/II区域峰形和相对强度变化反映氢键环境和二级结构重排。

**3.10 蛋白质二级结构**
圆二色谱分析表明，联合处理使α-螺旋含量从25.53%降至18.20%，β-折叠、β-转角和无规卷曲含量分别增至15.37%、24.77%和44.23%，说明蛋白质从刚硬有序态向柔性无序态转变，有利于快速吸附形成致密界面膜。

**3.11 蛋白质粒径与Zeta电位**
联合处理使界面蛋白粒径降至111.13 nm，Zeta电位绝对值升高，表明蛋白质颗粒更小、表面净电荷更高，静电排斥增强，稳定性提高。

**3.12 内源荧光光谱**
联合处理使界面蛋白荧光强度最高，且最大发射峰红移，表明蛋白质三级结构展开，色氨酸残基暴露于更亲水微环境。

**3.13 表面疏水性**
联合处理使界面蛋白表面疏水性达655.71，显著高于单独处理，表明更多疏水位点暴露，增强蛋白质在油水界面的吸附能力。

**3.14 豆乳储存稳定性**
观察0-5天外观，对照组第3天出现分层，联合处理组第5天仍保持均匀，因其可溶性蛋白含量高、粒径小且分布均匀，形成致密界面膜抵抗液滴聚并和奥斯特瓦尔德熟化。

**3.15 豆乳离子稳定性**
添加0.5% NaCl后，对照组第3天分层，联合处理组第5天仍无分层，归因于蛋白质柔性增加形成更厚的空间位阻层和静电屏蔽层，缓冲离子影响。

**3.16 豆粉微观结构**
SEM观察显示，联合处理豆粉颗粒更小、分布更分散、团聚现象减弱，因超声和碱处理细化脂肪球和蛋白质聚集体，提高料液均匀性，利于喷雾干燥形成小粒径均匀粉末。

**3.17 豆粉溶解度**
联合处理豆粉溶解度最高达88.37%，显著高于其他处理，因其粒径减小、蛋白质结构松散、亲水基团暴露，增强了水合能力。

**3.18 豆粉消化率**
联合处理豆粉体外消化率最高达89.48%，因其蛋白质结构展开暴露更多酶切位点，并减小粒径增加酶可及性。

**3.19 体外消化后SDS-PAGE**
电泳显示，联合处理豆粉在消化前蛋白条带最深，消化后高分子量条带消失，低分子量条带变浅，表明其蛋白质被更完全水解，与消化率趋势一致。

**讨论与结论**

研究结果综合表明，超声与NaHCO₃联合处理通过物理破碎和化学调控的协同作用，显著增加豆乳中可溶性蛋白含量，诱导蛋白质结构展开，提高分子柔性，暴露更多极性和疏水基团，从而增强界面吸附能力，降低界面张力，提高界面压力，形成更致密、更稳定的界面膜。这些变化有效提升了豆乳的储存稳定性、离子稳定性，并使喷雾干燥豆粉获得更小粒径、更均匀分布、更高溶解度和体外消化率。研究结论部分原文翻译如下：

**4. 结论**
在本研究中，系统调查了超声与NaHCO₃联合预处理对豆乳蛋白质结构、豆乳稳定性以及豆粉理化与消化特性的影响。结果表明，豆乳中的蛋白质提取率提高至81.12%，豆渣中残留蛋白质降至19.74%。同时，豆乳平均粒径从132.6 μm降至90.61 μm，表观粘度和粘弹性模量高于未处理样品。此外，联合处理显著提高了乳化活性指数（35.49 m²/g）、乳化稳定性和界面蛋白含量（62.77%），同时降低了界面张力并增加了动态界面压力。傅里叶变换红外光谱、二级结构分析、内源荧光和表面疏水性结果表明，豆乳蛋白质结构展开，更多极性基团暴露于水相，分子柔性增加，从而增强了豆乳的储存稳定性、离子稳定性和冻融稳定性。喷雾干燥后，所得豆粉表现出更小且更分散的微观结构，更高的溶解度（88.37%）和更高的体外消化率（89.48%），均优于其他样品。总体而言，超声与NaHCO₃联合预处理通过增强蛋白质溶解性和界面功能性改善了豆粉品质。