高压处理对豌豆蛋白分离物理化学及乳化性质的影响

《Foods》：Effect of High-Pressure Processing on the Physicochemical and Emulsifying Properties of Pea Protein Isolate

　　

本研究探讨了高压处理（HPP）对豌豆蛋白分离（PPI）物理化学及功能性质的影响。PPI在0.1（对照）、400和500 MPa条件下进行HPP处理，并评估了其蛋白溶解度、持油性（OHC）、表面疏水性（H0）、ζ-电位及乳液液滴尺寸（D4,3）。结果表明，HPP显著提高了蛋白溶解度，在400 MPa下达38.61%，而未处理PPI粉末仅为12.45%。HPP处理后PPI的OHC和H0亦有所提高，表明其与油的相互作用增强及疏水残基暴露增加。以HPP处理PPI稳定的乳液表现出更小的液滴尺寸和更高的绝对ζ-电位值，提示初始乳化性质得到改善。功能性质的增强可能与表面疏水性和电荷特性的变化有关，可能反映了压力诱导的构象重排。然而，在500 MPa下观察到溶解度和表面疏水性略有下降，这可能与压力诱导的蛋白聚集有关。总体而言，HPP有效修饰了PPI表面特性，从而改善了其乳化及功能表现，凸显了其在需要良好蛋白分散性和乳化性质的食品配方中的应用潜力。

高压处理对豌豆蛋白分离物理化学及乳化性质的影响——论文解读

一、研究背景与问题

近年来，随着消费者对健康、可持续性和环境影响的关注日益增强，植物基食品和饮料产品的开发持续升温。植物蛋白作为动物蛋白的替代品受到广泛关注，其中豌豆蛋白因其高蛋白含量、均衡的必需氨基酸组成（含全部九种必需氨基酸）、富含赖氨酸及支链氨基酸（BCAAs）、相对良好的消化率以及低致敏性（尤其相较于大豆蛋白）而被视为极具前景的植物蛋白来源。然而，尽管豌豆蛋白在营养价值和安全性方面具有优势，其在功能性质上仍存在明显局限，尤其是在蛋白饮料应用中，常见问题包括溶解度低、凝胶能力有限及乳化性质欠佳。这些限制与其分子组成和紧凑的结构组织密切相关。豌豆蛋白中球蛋白占主要比例（约65%–85%），其中7S豌豆球蛋白和11S豆球蛋白为优势贮藏蛋白，其紧凑的球状结构限制了分子柔性并阻碍了表面活性功能基团的暴露，从而制约了溶解度、乳化及凝胶等关键功能性质。为克服这些挑战，研究者已探索多种改性方法，包括pH调节、酶处理、热处理、超声处理及先进加工技术的应用。然而，部分方法可能对营养品质产生负面影响或引起不良感官变化，因此选择既能有效修饰蛋白功能又不破坏蛋白基本结构的加工技术成为研究热点。

二、研究目的与意义

高压处理（HPP）作为一种非热食品加工技术，近年来受到显著关注。HPP通常在约400至600 MPa压力下进行，可在不影响共价键的前提下影响蛋白质的二级、三级和四级构象，从而增强功能基团的暴露，这对蛋白功能性质具有重要意义。尽管已有研究探讨HPP对豌豆蛋白分离（PPI）功能性质的影响，但不同研究在加工条件和评估指标上存在差异，难以直接比较各功能性质的协同响应。本研究旨在系统评估HPP在400和500 MPa条件下处理PPI后，其蛋白溶解度、表面疏水性（H₀）、ζ-电位、持油性（OHC）及初始乳液液滴尺寸（D_4,3）的变化，为HPP改善PPI功能性质提供科学依据，并为其在植物基食品和饮料体系中的潜在应用奠定基础。该论文发表在《Foods》期刊。

三、主要技术方法

研究人员采用完全随机设计（CRD）开展实验，设置两个独立生物学重复（n=2），每个重复进行三次技术重复测量。PPI以12%（w/w）浓度分散于蒸馏水中，在400和500 MPa条件下进行HPP处理10分钟，处理温度约25±2°C，随后冻干获得处理样品；未处理对照（0.1 MPa）经历相同的水化、包装、静置和冻干流程。蛋白溶解度通过Bradford法测定上清液蛋白含量计算；持油性（OHC）通过将蛋白粉末与大豆油混合、离心后称量结合油沉淀重量计算；乳液以1%蛋白溶液与25%（w/w）大豆油经高速均质制备；ζ-电位采用Zetasizer Nano ZS测定；乳液液滴尺寸（D_4,3）采用Mastersizer 3000激光衍射仪测定；表面疏水性（H₀）采用ANS荧光探针法测定。统计分析采用单因素方差分析（ANOVA）和Duncan新复极差检验（p<0.05）。

四、研究结果

4.1 蛋白溶解度

HPP显著提高了PPI的溶解度。400 MPa处理下溶解度达38.61±0.69%，500 MPa下为37.36±0.34%，而对照仅为12.45±1.08%，HPP处理样品溶解度约为未处理样品的三倍。溶解度在400 MPa达到最高值，500 MPa时略有下降但差异不显著。溶解度提高可能与中等压力下蛋白构象改变、非共价相互作用变化及不溶性蛋白复合物解离有关；而500 MPa下疏水基团过度暴露可能促进蛋白-蛋白相互作用和聚集，导致溶解度略有下降。

4.2 持油性（OHC）

HPP显著改善了PPI的持油性。未处理PPI粉末的OHC为2.50±0.04 g油/g样品，400和500 MPa处理后分别增至3.67±0.25和3.88±0.34 g油/g样品。OHC的提高可能与HPP处理后蛋白表面疏水位点暴露增加、促进蛋白与油分子相互作用有关。

4.3 乳液ζ-电位

HPP处理PPI稳定的乳液表现出更负的ζ-电位值。500 MPa处理样品具有最高绝对ζ-电位值（?16.7±0.1 mV），400 MPa处理为?15.1±0.2 mV，未处理样品为?14.3±0.5 mV。绝对ζ-电位随压力升高而增大，这可能与HPP处理后蛋白表面带电基团暴露增加、增强静电排斥有关，有助于减少液滴聚集并改善胶体体系初始物理稳定性。

4.4 乳液液滴尺寸（D_4,3）

HPP处理PPI稳定的乳液液滴尺寸小于未处理样品。400 MPa处理样品具有最小液滴尺寸（10.6±0.5 μm），显著低于未处理样品（13.1±0.5 μm）；500 MPa处理样品液滴尺寸（12.5±0.3 μm）略大于400 MPa但仍小于未处理样品。较小的液滴尺寸可能与HPP处理后蛋白表面疏水区域暴露增加、促进蛋白在油-水界面吸附有关；而500 MPa下蛋白聚集可能削弱界面吸附能力，导致液滴尺寸略增大。

4.5 表面疏水性（H₀）

HPP处理PPI的H₀值显著高于未处理样品，表明蛋白表面疏水区域暴露增加。500 MPa处理样品的H₀较400 MPa略有下降，可能与高压下蛋白聚集导致疏水基团重新掩埋有关。Pearson相关分析显示，溶解度与H₀（r=0.898，p=0.015）和OHC（r=0.947，p=0.004）呈强正相关，乳液液滴尺寸与H₀呈负相关（r=?0.795，p=0.059），表明HPP处理后蛋白表面特性变化与功能性质改善密切相关。

五、结论

本研究证明高压处理（HPP）有效改善了豌豆蛋白分离（PPI）的部分功能和物理化学性质。400和500 MPa处理显著提高了蛋白溶解度、持油性（OHC）和表面疏水性（H₀），同时减小了乳液液滴尺寸并提高了乳液的绝对ζ-电位值，提示初始分散稳定性得到改善。观察到的改善可能与表面特性变化有关，包括疏水基团和带电基团的暴露，这些变化可能影响蛋白-水和蛋白-油相互作用。尽管在500 MPa下观察到溶解度和表面疏水性略有下降（可能与较高压力下的蛋白聚集有关），但HPP的总体效应是积极的。这些发现凸显了HPP作为非热技术修饰PPI表面特性并增强乳化性能的潜力，表明HPP处理PPI在需要蛋白基乳液且要求良好初始乳化性质的食品配方（如饮料、调味酱及植物基产品）中具有潜在应用价值。未来研究探索更宽范围的压力水平和保压时间，结合直接结构分析，可进一步阐明PPI的结构变化和聚集行为。