通过对豌豆蛋白分离物进行大气冷等离子体改性,可以改善基于植物的双胶体的结构、稳定性和功能性

《Food Research International》:Atmospheric cold plasma modification of pea protein isolate enhances the structure, stability, and functionality of plant-based bigels

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月13日 来源:Food Research International 8.8

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  引言人们对更健康、基于植物成分的食品配方的兴趣不断增加,这提高了人们对结构化脂质体系的关注度。这类体系能够模拟传统固体和半固体脂肪的物理和质地特性,同时减少对饱和脂肪和反式脂肪的依赖(Patel, 2017; Wijaya et al., 2017)。这对于涂抹酱、乳霜、馅料和其

  

引言

人们对更健康、基于植物成分的食品配方的兴趣不断增加,这提高了人们对结构化脂质体系的关注度。这类体系能够模拟传统固体和半固体脂肪的物理和质地特性,同时减少对饱和脂肪和反式脂肪的依赖(Patel, 2017; Wijaya et al., 2017)。这对于涂抹酱、乳霜、馅料和其他多相食品尤为重要,因为脂肪不仅影响食品的成分,还决定其稠度、口感、润滑性和结构稳定性。油凝胶技术通过将液态油固定在由低分子量或聚合物油凝胶剂构成的三维网络中来实现对油的构型(Fl?ter et al., 2021; Manzoor et al., 2022)。在这方面,葵花籽油因其含有较高比例的不饱和脂肪酸以及其在食品配方中的广泛应用而成为一种有吸引力的脂质选择(Fayaz et al., 2020; Yang et al., 2017)。油凝胶的性质在很大程度上取决于所使用的油凝胶剂的类型和浓度。食品级的油凝胶剂包括天然蜡、脂肪酸、单甘酯、卵磷脂等低分子量结构剂。甘油单硬脂酸酯(GMS)是一种常用的食品级油凝胶剂,它可以自组装成三维网络,限制油脂的流动性(Fayaz et al., 2020)。然而,油凝胶主要是基于脂质的体系,这限制了它们在更复杂的多相食品配方中结合水分成分的能力。
双凝胶技术通过在一个双相系统中结合水凝胶和油凝胶相来克服这一限制,从而整合了水相和脂质相的结构特性。这使得它们在需要同时保留水和油脂的半固体基质的多相食品应用中具有吸引力。其性质受配方成分的影响很大,特别是水凝胶浓度、油凝胶剂浓度以及水凝胶与油凝胶的比例(H:O),这些因素会影响相的分布、液体的保持能力、流变行为和质地(Jiang et al., 2024; Yang et al., 2024)。这些变量的变化会改变水凝胶和油凝胶网络的相对体积和贡献,进而影响相的分布、界面组织以及双相结构对变形和液体迁移的抵抗力。在基于植物蛋白的体系中,这些性质还取决于蛋白质相形成有效水凝胶网络的能力。
植物蛋白作为一种能够形成水凝胶的成分,在结构化食品系统中的研究越来越多,因为它们结合了营养价值和功能特性,如吸水性、乳化作用和凝胶化能力。来自土豆、鹰嘴豆、大豆和其它豆类的蛋白质因其吸水和凝胶化能力而被研究作为双凝胶体系中的成分(Glusac et al., 2024; Gon?alves et al., 2024; Rasool et al., 2026)。在这些植物蛋白中,豌豆(Pisum sativum L.)蛋白分离物(PPI)因其营养价值和乳化、发泡及凝胶化特性而受到关注(Gharsallaoui et al., 2012)。然而,在某些条件下,其功能可能会受到溶解度低、聚集、界面活性弱以及凝胶强度不足的限制(Dahatonde et al., 2025)。这些限制可能影响凝胶化过程中的蛋白质相互作用和网络的形成,进而影响基于蛋白质的体系的结构和机械性能。
因此,人们研究了多种热处理、物理处理、酶处理和化学处理方法,包括超声波处理和高压处理,以改善植物蛋白的功能。但这些方法各有局限性:剧烈热处理可能导致不可逆的聚集;某些物理处理需要大量能量或特殊设备;酶处理依赖于酶的特异性和处理条件;化学处理可能需要额外的试剂和后续处理步骤。因此,人们持续寻找可以在相对温和的条件下改善蛋白质功能的替代方法(Muhoza et al., 2022)。
大气冷等离子体作为一种非热处理方法,已被用于修改食品蛋白的性质。活性氧和氮物种(RONS)、带电粒子以及其他等离子体生成的物质可以在不造成严重热损伤的情况下改变蛋白质表面特性和分子结构(Islam et al., 2024; Khalid et al., 2025)。研究表明,冷等离子体处理可以改变植物蛋白的粒径、表面电荷、疏水性、蛋白质构象、界面性质和凝胶化行为(Hosseini et al., 2025; Liu et al., 2024)。这些变化可能会影响凝胶化过程中的蛋白质相互作用、水合作用和网络形成,进而影响最终结构化体系的组织和机械性能。然而,等离子体引起的变化很大程度上取决于处理强度和暴露时间,过度的处理可能导致进一步的结构重组或聚集。
尽管对植物蛋白的冷等离子体处理进行了广泛研究,但大多数研究集中在蛋白质的结构变化和技术功能上。将等离子体改性的植物蛋白应用于双相水凝胶-油凝胶体系的相关研究相对较少。特别是,等离子体引起的蛋白质性质变化与配方变量(如蛋白质浓度、油凝胶剂浓度和H:O比例)相结合对双凝胶性质的影响尚未得到充分理解。明确这一关系对于将冷等离子体改性从单个蛋白质功能扩展到结构化双相食品体系至关重要。本研究的创新之处在于将等离子体改性的PPI整合到水凝胶-油凝胶双凝胶体系中,并系统地研究了等离子体诱导的蛋白质改性、配方组成以及最终结构化体系性质之间的关系。
因此,本研究探讨了由转谷氨酰胺酶(TGase)交联的PPI水凝胶和GMS结构的葵花籽油油凝胶组成的双凝胶。首先根据PPI的胶体、表面、界面和结构性质的变化评估了等离子体处理条件。随后使用不同的PPI浓度、GMS浓度和H:O比例制备了双凝胶,并对其相分布、液体保持能力、流变和质地性质及热行为进行了表征。本研究旨在确定冷等离子体诱导的蛋白质改性及配方变量对PPI基双凝胶性质的相对贡献,并评估冷等离子体改性是否为这些结构化体系的优化提供了新的手段。

章节摘录

材料

豌豆蛋白分离物(PPI)(Pisane C9;干物质含量为95.0%)来自比利时的Cosucra Groupe Warcoing S.A.。根据AOAC标准方法测得的近似组成为:77.88?±?0.04%的蛋白质,10.90?±?0.10%的碳水化合物,5.71?±?0.09%的水分,5.27?±?0.04%的灰分,以及0.24?±?0.01%的脂质(Kumar et al., 2025)。甘油单硬脂酸酯(GMS;分子量358.56?g/mol)购自Ottokemi(印度)。精炼葵花籽油被用作油凝胶制备的脂质相。

粒径和多分散指数(PDI)

图1和表S1显示了冷等离子体处理对PPI分散体粒径和多分散指数(PDI)的影响。粒径反映了分散蛋白质颗粒的流体动力学尺寸和聚集状态,而PDI则反映了其尺寸分布的宽度。未经处理的PPI粒径较大(888?±?11.53?nm),PDI为0.278?±?0.005,表明其原始状态下存在不均匀的蛋白质聚集。

结论与未来展望

本研究表明了大气冷等离子体处理在改性的潜力及其在基于植物蛋白的双凝胶体系中的应用。等离子体处理改变了PPI的胶体、表面、界面和次级结构性质,而主要蛋白质组分的分子量分布没有显著变化。在所有研究的条件中,15?kV处理7?分钟能够平衡这些性质,因此被选用于双凝胶的制备。

CRediT作者贡献声明

Prashant Kumar:撰写——审稿与编辑,撰写——初稿,验证,软件应用,方法论,实验设计,概念化。Dhananjay Dahatonde:撰写——审稿与编辑,方法论,数据分析。Trivikram Nallamilli:撰写——审稿与编辑,数据可视化,项目监督,资源管理,数据分析,概念化。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢印度理工学院的赞助研究与咨询中心(CSRC)通过新教师种子基金(项目编号:CHE/2122/001/NFSG/TRIV)提供的资金支持。
Prashant Kumar|Dhananjay Dahatonde|Trivikram Nallamilli
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