《Applied Food Research》：Faba bean (
Vicia faba L
.) protein isolates use in colloidal systems and foams: Can ultrasonication and ultrasonication-autoclaving improve the functional properties and morphology?
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在本研究中，研究人员探讨了超声处理（US）和超声-高压灭菌（US–AC）对两种基因型对比鲜明的蚕豆（*Vicia faba* L.）品种（Tiffany和Taifun）蛋白分离物的蛋白质分子谱、理化和功能特性的影响。超声处理显著增加了Taifun中水溶性和盐溶
在本研究中，研究人员探讨了超声处理（US）和超声-高压灭菌（US–AC）对两种基因型对比鲜明的蚕豆（*Vicia faba* L.）品种（Tiffany和Taifun）蛋白分离物的蛋白质分子谱、理化和功能特性的影响。超声处理显著增加了Taifun中水溶性和盐溶性蛋白组分，尤其是高分子量球蛋白（通过尺寸排阻高效液相色谱SE-HPLC显示），而对Tiffany特性的影响较小。还原条件下的十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）揭示，US和US-AC均增加了蛋白质聚集，尤其是Tiffany在US-AC条件下。超声-高压灭菌促进了两种品种中二硫键介导的聚集。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）显示，富含α-螺旋的Taifun部分展开，而刚性的、富含β-折叠的Tiffany在超声处理下重新结合。超声处理减小了Tiffany（136.5 nm至66.3 nm）和Taifun（127.5 nm至80.2 nm）的粒径，降低了多分散性并减小了Zeta电位绝对值（Tiffany从?41.1 mV降至?36.0 mV；Taifun从?33.1 mV降至?30.3 mV）。泡沫容量在Tiffany中增至210%，在Taifun中增至280%，泡沫稳定性分别为810 s和1380 s。Taifun在本研究中实现了最高的泡沫性能。因此，超声处理是一种有效的、非化学途径，用于定制蚕豆蛋白以用于充气食品，但其益处强烈依赖于品种，并可能被后续热处理逆转，表明品种选择与加工顺序必须一并考虑。
**论文解读：超声处理与超声-高压灭菌对蚕豆蛋白分离物功能特性及形态的影响**
**研究背景与问题**
蚕豆（*Vicia faba* L.）作为欧洲和北欧地区具有高蛋白含量（约30%）且适应冷凉气候的豆类作物，被视为替代进口大豆的潜在蛋白源。然而，蚕豆蛋白在食品加工中常表现出较差的溶解性、泡沫性等功能特性，限制了其在充气食品（如冰淇淋、糕点）中的应用。尽管已有研究采用pH偏移、酶解和超声处理（US）等改性方法改善蛋白功能，但不同品种间的遗传差异对处理效果的影响尚不明确。此外，超声处理结合高压灭菌（US-AC）的协同效应及其对蛋白分子结构、胶体行为和泡沫性能的调控机制缺乏系统研究。因此，本研究旨在阐明超声处理及超声-高压灭菌对两种基因型迥异的蚕豆品种（Tiffany和Taifun）蛋白分离物的分子谱、理化性质和功能特性的影响，揭示品种依赖性差异，为优化加工策略提供依据。
**研究内容与结论**
研究人员选择Tiffany（高单宁、标准蚕豆嘧啶核苷含量）和Taifun（低单宁、标准蚕豆嘧啶核苷含量）两个品种，制备蛋白分离物（纯度>94%），随后进行超声处理（20 min，200 W，100%振幅）和超声-高压灭菌（120°C，25 min）处理。通过尺寸排阻高效液相色谱（SE-HPLC）、还原型SDS-PAGE、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、动态光散射（粒径、Zeta电位）、泡沫性能测试及X射线断层扫描（X-ray tomography）等手段系统分析蛋白分子结构、胶体稳定性和泡沫形态的变化。研究表明，超声处理可通过空化效应破坏非共价相互作用，显著降低两品种粒径（Tiffany: 136.5→66.3 nm；Taifun: 127.5→80.2 nm），但仅Taifun的蛋白溶解度提高（62.5%→74.2%），而Tiffany的溶解度反而下降（79.2%→72.0%），这与其天然富含β-折叠的刚性结构有关。超声处理显著提升了泡沫容量（Tiffany: 90%→210%；Taifun: 155%→280%）和稳定性（Tiffany: 337.5 s→810 s；Taifun: 1125 s→1380 s），且Taifun的泡沫性能更优。然而，后续高压灭菌导致蛋白聚集（粒径增大，Tiffany: 141.3 nm；Taifun: 195.9 nm），泡沫容量和稳定性大幅下降，表明热处理会逆转超声处理的有益效果。该研究于2025年发表在《Applied Food Research》。
**主要关键技术方法**
研究人员使用以下关键技术方法：①**尺寸排阻高效液相色谱（SE-HPLC）** 分析水提和盐提蛋白的分子量分布；②**还原型SDS-PAGE** 表征蛋白亚基变化；③**傅里叶变换红外光谱（FT-IR）** 解析二级结构（α-螺旋、β-折叠等）的转变；④**动态光散射（DLS）** 测量粒径、多分散性指数（PDI）和Zeta电位；⑤**泡沫性能测试** 测定泡沫容量和稳定性（半衰期排水法）；⑥**X射线断层扫描（X-ray tomography）** 观察冻干固态泡沫的三维结构形态。样本来源于瑞典Lyckeby Starch AB公司合作的Tiffany和Taifun蛋白分离物。
**研究结果**
**3.1 蛋白质分子谱（SE-HPLC和SDS-PAGE）**
SE-HPLC显示，Tiffany的超声处理样品水提蛋白谱与对照差异较小，而超声-高压灭菌降低了组I和III的提取量；Taifun的超声处理显著增加了水提组I-III的蛋白量。SDS-PAGE表明，超声-高压灭菌导致Tiffany中高分子量聚集体的积累，而超声处理仅轻微改变亚基模式。这表明超声处理主要通过解聚非共价聚集，而高压灭菌诱导二硫键介导的共价聚合。
**3.2 蛋白质二级结构（FT-IR）**
FT-IR分析显示，Taifun天然含有较高α-螺旋和随机卷曲含量，超声处理后α-螺旋减少、β-折叠增加，表明部分展开；Tiffany天然富含β-折叠，超声处理后其β-折叠和α-螺旋均降低，结构相对稳定。高压灭菌后两品种二级结构回复至接近对照，与热诱导聚集一致。
**3.3 粒径、溶解度、多分散性和Zeta电位**
超声处理显著降低两品种粒径（Tiffany: 136.5→66.3 nm；Taifun: 127.5→80.2 nm）和多分散性，Zeta电位绝对值降低（Tiffany: ?41.1→?36.0 mV；Taifun: ?33.1→?30.3 mV），表明胶体稳定性部分削弱。但蛋白溶解度变化品种依赖：Taifun提高，Tiffany降低。超声-高压灭菌后粒径增大，溶解度进一步下降。
**3.4 泡沫容量和稳定性**
超声处理使泡沫容量在Tiffany中提高至210%，在Taifun中提高至280%；泡沫稳定性分别增至810 s和1380 s。超声-高压灭菌后泡沫性能显著下降（Tiffany: 120%, 232.5 s；Taifun: 100%, 135 s），与蛋白聚集有关。品种间比较显示，Taifun超声处理后的泡沫稳定性显著优于Tiffany。
**3.5 固态泡沫3D结构形态**
X射线断层扫描显示，Taifun超声处理后的冻干泡沫气泡面积更大（平均18490像素 vs. 对照10372像素），气泡数量减少（120 vs. 167），油吸收能力提高（43.8% vs. 29.7%），与气泡融合及表面电荷降低有关。
**3.6 处理与蛋白特性关系**
主成分分析（PCA）表明，超声处理后的Taifun在泡沫性能和蛋白提取组分上显著分离，而高压灭菌处理使两品种在粒径和盐提蛋白组分上聚集，验证了品种依赖性和处理特异性。
**讨论与结论**
总结讨论部分，研究人员指出超声处理是一种有效的非化学改性手段，能通过降低粒径、改变二级结构和表面电荷，显著提升蚕豆蛋白的泡沫特性，但效果高度依赖于品种。Taifun因富含α-螺旋、天然结构更易展开，对超声处理响应更佳，成为泡沫基食品的优选候选。然而，后续高压灭菌通过诱导二硫键交联和再聚集，完全逆转了超声处理的功能增益，表明加工序列（先超声后热处理）和热单元操作强度必须严格控制。结论部分翻译：本研究首次系统评估了超声处理和超声-高压灭菌对两种不同蚕豆品种（Tiffany和Taifun）蛋白系统的功能行为，并清晰显示了遗传背景的重要性。超声处理显著改变了蛋白分离物在分散体、新鲜泡沫和固态泡沫中的形态（如增加孔隙率，对Taifun影响更明显）和功能特性（如Tiffany的泡沫容量提高2.3倍），这些效果是品种特异性的。超声处理通常导致粒径减小（Taifun和Tiffany），降低Tiffany的蛋白溶解度，并通过破坏分子相互作用和修饰蛋白表面特性增强泡沫性能。超声-高压灭菌明显降低了Taifun新鲜泡沫的泡沫容量。这些变化在Taifun品种中最为显著，明确表明基因型在蛋白对加工处理的响应中起重要作用。总之，超声-高压灭菌导致蛋白聚集，显著增加Taifun的粒径，并因高温高压处理下的蛋白变性/聚集而降低两品种的功能性能。超声处理改善的泡沫行为和Zeta电位表明，其作为非化学、清洁标签改性技术在增强蚕豆蛋白在食品体系中的功能性方面具有潜力。从应用角度看，结果转化为具体的配方和加工指导：泡沫容量和稳定性提高2-3倍，支持超声处理后的蚕豆蛋白用于充气产品（如打发性甜点、冰淇淋类似物和烘焙产品），其中泡沫半衰期可作为储存稳定性的实用指标。显著的品种差异进一步表明，基因型选择不是偶然的，而是配方变量，Taifun成为泡沫基应用的更合适候选。重要的是，超声处理后的高压灭菌通过蛋白聚集逆转了大部分功能增益，表明若要在最终产品中保留超声处理的益处，必须仔细控制热单元操作的顺序和强度。
