与动物来源蛋白相比,植物蛋白来源日益被公认为在可持续性和公共卫生方面具有优势(Day, 2013)。从环境角度来看,大规模生命周期评估一致显示,动物源食品通常比植物蛋白来源带来更高的温室气体排放和土地使用负担,而向以植物为主的膳食模式转变可以显著降低食物系统的负面影响(Poore & Nemecek, 2018)。这些结论与主要的气候减缓综合评估相符,后者强调需求侧措施——如膳食改变和减少对资源密集型食品的依赖——是降低排放和缓解土地使用压力的可信途径(Creutzig et al., 2022)。与此同时,流行病学证据支持强调植物蛋白的潜在健康益处:一项系统评价和荟萃分析报告称,植物蛋白摄入量与全因及心血管死亡风险呈负相关,并提示用植物蛋白来源替代富含动物蛋白的食物可能与更长的寿命相关(Naghshi et al., 2020)。反映出健康与可持续性目标的这一趋同,EAT–柳叶刀委员会提出以多样化植物性食物(包括植物蛋白来源)为核心、相对较低地摄入动物源食品的膳食模式,以同时支持人类健康和地球健康(Kim et al., 2025; Naghshi et al., 2020; Willett et al., 2019)。
然而,与动物蛋白不同,植物蛋白通常被困在完整的细胞和组织基质内,其中蛋白体和富含蛋白的部分被淀粉粒和细胞壁多糖网络(如纤维素、半纤维素和果胶)等共存的结构成分包裹或保护(Aguilera, 2019; Parada & Aguilera, 2007; Waldron et al., 2003)。这些多尺度结构会阻碍水合和膨胀,限制消化酶的扩散,并最终通过限制酶与底物的接触而降低蛋白水解的程度和速率(Aguilera, 2019; Parada & Aguilera, 2007; Singh et al., 2010)。此外,许多植物蛋白成分含有抗营养因子——包括植酸和蛋白酶抑制剂(如胰蛋白酶抑制剂)——它们通过矿物质/蛋白质络合以及直接抑制胃肠道蛋白酶进一步损害蛋白质利用(Gilani et al., 2012; Liener, 1994; Reddy et al., 1982)。总体而言,物理屏障与酶抑制的联合作用会降低蛋白质消化率,并降低氨基酸在胃肠消化过程中的生物可及性和生物利用度(Gilani et al., 2012; Liener, 1994; Parada & Aguilera, 2007; Reddy et al., 1982)。因此,要实现植物蛋白消化行为的机制性理解,在体外消化实验之前并同时进行,必须表征与基质相关的结构属性(如粒径、细胞完整性和蛋白质定位)以及限制消化的成分(如植酸和胰蛋白酶抑制剂活性)(Aguilera, 2019; Gilani et al., 2012; Liener, 1994; Parada & Aguilera, 2007)。
多项既往研究表明,酶处理可通过两条主要途径显著改善植物蛋白的消化与吸收相关指标:(i)针对蛋白的水解,通过生成较小的肽段提高溶解度和蛋白酶敏感性;(ii)针对基质或抗营养素的改造,通过减轻原本限制蛋白水解的物理/化学约束(Bao et al., 2022; Beaubier et al., 2023; Han et al., 2025)。例如,有报道指出,针对蛋白酶的水解可增强体外消化率,同时保持或调节技术功能特性,如对菜籽球蛋白使用Alcalase/Flavourzyme/Prolyve处理(Beaubier et al., 2023)。相反,碳水化合物活性酶可通过破坏植物组织中包裹蛋白的富含碳水化合物的结构屏障,在不直接进行蛋白水解的情况下提高消化率。具体而言,α-淀粉酶主要水解植物基质中的淀粉成分,部分拆解淀粉网络及蛋白质-淀粉复合物,从而增加蛋白质对胃肠道酶的可暴露性(Dhital et al., 2017; Singh et al., 2010)。Viscozyme(一种碳水化合物酶复合酶)进一步降解细胞壁多糖和非淀粉多糖,削弱结构封装并改善完整植物基质内的酶可及性(Guan & Yao, 2008)。重要的是,此类预处理策略旨在改造周围基质而非直接裂解蛋白质,从而为随后的胃肠道蛋白水解及消化过程中的氨基酸释放创造更有利的条件(Dhital et al., 2017; Guan & Yao, 2008; Singh et al., 2010)。同样,专门针对植酸的酶辅助方法也显示出改善的消化行为。植酸酶处理已被证明可通过降低植酸含量、减少植酸相关络合来提高体外消化率及相关生物利用度指标(Bao et al., 2022)。此外,植酸酶处理的 soybean protein 在半动态消化模型下表现出更快的胃消化和减少聚集/凝块形成,支持了降低植酸可改善蛋白水解动力学和消化过程中分散的概念(Han et al., 2025)。总体而言,这些发现提供了有力先例,表明酶预处理可通过削弱蛋白水解的物理和/或化学约束来"解锁"限制消化的植物蛋白体系,这与本研究将氨基酸消化/吸收相关结果与植酸/胰蛋白酶抑制剂水平及蛋白质氧化(羰基形成)变化相联系的设计相一致。
据此,本研究旨在确定,以α-淀粉酶和碳水化合物酶复合酶进行多酶预处理(旨在靶向植物基质中的碳水化合物成分),在模拟胃肠消化条件下,是否伴随着消化前约束因素(植酸、胰蛋白酶抑制剂活性和蛋白质氧化)的变化,以及燕麦和紫苏衍生蛋白材料后续蛋白水解和BCAA生物可及性的变化。