商业植物基肉类似物的蛋白质消化率与生物活性潜力

《Food Chemistry: X》：Protein digestibility and bioactive potential of commercial plant-based meat analogues

　　

摘要：本研究采用体外试验方法，测定了植物基肉类似物（PBMA）的产品特性对蛋白质消化率及潜在生物活性的影响。通过模拟胃肠道消化生成蛋白质水解物，随后检测其抗氧化及酶抑制特性。结果表明，约60%的PBMA蛋白质分布于4–20 kDa范围内，而60%的天贝蛋白质和90%的豆腐蛋白质集中于5–10 kDa之间。豆腐的消化率最高，水解度（DH）约为60%。消费前烹饪处理使PBMA和天贝的水解度提高10%，而蛋白质水解物的抗氧化及酶抑制特性基本保持不变。本研究证明，PBMA的加热条件可影响其表面特性和体外蛋白质消化率，且不损害其生物活性特性，同时揭示了传统产品与新型产品之间的差异。

论文解读：商业植物基肉类似物的蛋白质消化率与生物活性潜力研究

植物基肉类似物（plant-based meat analogues, PBMA）作为传统动物性肉类的替代品，近年来在全球食品市场获得了快速发展。然而，与动物蛋白相比，植物蛋白在氨基酸组成、消化率和生物利用度方面存在固有差异，通常导致较低的消化必需氨基酸分数（DIAAS）。此外，PBMA生产过程中采用的挤压、电纺、三维打印等物理加工手段虽能有效模拟肌肉肉的纤维结构和质地，却可能破坏蛋白质的天然构象，诱导变性、展开、交联和糖化等结构修饰，进而影响蛋白质的消化率及其消化过程中生物活性肽的释放。现有研究多聚焦于单一加工因素对植物蛋白消化率的影响，而对于商业化PBMA产品在实际消费场景下的蛋白质质量，尤其是生产加工和消费前热处理的综合影响，仍缺乏系统认识。基于上述背景，本研究旨在评估市售传统（豆腐、天贝）和新型PBMA产品的蛋白质消化率与潜在生物活性，系统考察加工引起的结构特征与功能特性之间的关联。

研究人员从加拿大曼尼托巴省温尼伯市当地超市获取了传统植物基肉类替代品（豆腐、天贝）和两种新型植物基肉饼（PBMA 1和PBMA 2）。豆腐以凝固豆乳为主要蛋白来源，天贝为经发酵脱壳的全大豆制品，PBMA 1以豌豆蛋白和米蛋白为主要蛋白来源，PBMA 2以大豆蛋白为主。此外，研究采用大豆蛋白浓缩物和豌豆蛋白浓缩物作为对照。研究人员采用多种互补的关键技术方法：利用激光衍射粒度分析仪测定样品粒径分布；采用8-苯胺基-1-萘磺酸荧光探针评估表面疏水性；通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）直观可视化和分析产品微观结构；运用傅里叶变换红外光谱（FTIR）结合二阶导数和曲线拟合分析Amide I区域以评价蛋白质二级结构组成；使用尺寸排阻色谱法（SEC-FPLC）估算蛋白质及消化产物的分子量分布。消化实验采用COST INFOGEST静态体外模拟胃肠道消化模型，依次模拟口腔、胃和小肠阶段，并以邻苯二甲醛（OPA）法测定水解度（DH）。在生物活性评价方面，系统测定了水解产物对α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶、血管紧张素转换酶（ACE）和乙酰胆碱酯酶（AChE）的抑制作用，以及包含DPPH自由基清除、羟自由基清除、超氧阴离子自由基清除、铁还原抗氧化能力（FRAP）、金属螯合活性和抑制亚油酸过氧化在内的抗氧化活性。

研究结果分多个层面展开。在颗粒特性方面，粒径分布测量显示豆腐、天贝和植物基肉饼的粒径分布均以单峰为主，峰值分别约为620 μm、480 μm、550 μm和426 μm，而蛋白浓缩物对照的峰值显著较小（PP约100 μm，SP约6 μm）。经烹饪处理后，PBMA的体积密度百分比发生变化，但在D10、D50、D90累积百分位处未观察到统计学显著差异，表明产品之间的粒径差异主要源于配方组成和制造工艺的不同。表面疏水性测定显示，天贝的表面疏水性高于豆腐，与PBMA 1相当，后者为PBMA 2的两倍，这表明凝固和发酵过程均能诱导天然蛋白结构展开，从而改变蛋白质表面性质。

在蛋白质结构表征方面，CLSM显微成像显示豆腐呈现油与蛋白质均匀分布的均质结构，而PBMA 1表现出显著的异质性，其纤维状结构形成更广泛的互联蛋白质网络，油滴以不同尺寸分散于样品中。FTIR光谱分析通过监测Amide I区域（1600–1700 cm?1）的二级结构组成发现，按照制造商说明进行烹饪后，天贝的结构变化比PBMA 1和PBMA 2更为显著，具体表现为加热使天贝的β-转角含量下降，同时β-折叠和α-螺旋含量增加，证实热处理能破坏维持蛋白质二级结构的氢键。

分子量分布分析显示，约62%的未加热PBMA 1蛋白质处于4–16 kDa范围，68%的PBMA 2蛋白处于4–20 kDa范围；约25%的PBMA 1蛋白质大于100 kDa，而PBMA 2仅约3%，表明PBMA 1经历了更广泛的纤维结构形成。豆腐约90%的蛋白在5–10 kDa，天贝约60%落在相同范围。SP和PP分别分布在5–564 kDa和16–992 kDa范围。加热导致浓缩蛋白分子量轻微增加，约30%的加热SP蛋白超过830 kDa，表明存在热诱导蛋白聚集。

蛋白质消化率方面，热处理对蛋白浓缩物的水解度无显著影响，但使天贝、PBMA 1和PBMA 2的水解度提高约10%。豆腐的水解度最高，约为60%。消化后肽段分子量分析显示，约96%的PBMA 1和PBMA 2消化产物为5–15 kDa肽段，未加热和加热豌豆蛋白消化产物约96–97%为平均5.2 kDa的肽段。

生物活性评价结果显示，所有水解产物对α-淀粉酶均表现出与阿卡波糖相当的显著抑制活性，但加热使天贝和PBMA 1水解产物的抑制活性降低约20%。α-葡萄糖苷酶抑制活性方面，所有样品均显著低于阿卡波糖（96%抑制率），加热仅使天贝水解产物活性提高10%。ACE抑制活性方面，所有水解产物均表现出强抑制作用，且不受样品预加热的显著影响。AChE抑制活性呈现样品依赖性差异，加热降低了天贝、PBMA 2和SP水解产物的抑制活性，但增强了PP的抑制活性。抗氧化活性方面，PBMA 2水解产物表现出与谷胱甘肽相当的强DPPH自由基清除能力；羟自由基清除活性不受加热和产品类型影响；加热显著降低了天贝和PBMA 1水解产物的超氧阴离子自由基清除活性；所有水解产物的铁还原能力均显著弱于谷胱甘肽，但金属螯合活性与谷胱甘肽相当；在抑制亚油酸过氧化方面，水解产物表现出与谷胱甘肽相近的强抑制能力。

讨论部分指出，加热对PBMA水解度的影响与已有研究存在差异，可能归因于产品配方复杂性、抗营养因子水平及食品基质成分的交互作用。PBMA发酵过程中微生物代谢可分解大豆种皮细胞壁结构，而挤压过程中的高温高压则诱导蛋白聚集和交联以形成纤维结构，这些加工方式差异直接造成产品结构特征和消化性能的不同。研究结论部分翻译如下：本研究通过测定产品特性、水解度、酶抑制和抗氧化活性，探究了主要蛋白质成分和粒径等产品特性对豆腐、天贝和PBMA消化率及生物活性潜力的影响。约60%的PBMA蛋白质分布于4–20 kDa，而60%的天贝和90%的豆腐蛋白集中于5–10 kDa。热处理对粒径分布和表面疏水性表现出差异化效应，体外蛋白质消化率提高10%。这表明产品制造过程中的加工条件（发酵、凝胶化、挤压）可调控产品的结构特性和功能特性。本研究的主要局限在于所有评价均在体外进行，限制了研究结果向体内条件的直接转化。总体而言，本研究证明用于商业化新型PBMA生产的组织化工艺（如挤压）以及消费前的生产后热处理显著影响其结构特性，豆腐、天贝和PBMA水解产物在体外表现出显著的抗糖尿病、抗高血压和抗氧化潜力。本研究采用的热处理（烹饪2–4分钟）未引起多数水解产物生物活性潜力的显著变化，表明这些产品在典型烹饪过程后仍可能保留其有益健康的特性。研究成果为研究者和食品工业界提供了关于优化产品配方和加工策略的新见解，通过将加工诱导的结构特征与商业PBMA的蛋白质消化率和生物活性肽生成联系起来，可为设计具有改善营养和功能特性的传统及新型PBMA提供理论依据。