揭示绿豆蛋白的结构-功能关系：白蛋白和球蛋白富集组分的比较研究

《International Journal of Biological Macromolecules》：Unveiling structure–function relationships in mung bean proteins: A comparative study of albumin- and globulin-rich fractions

　　

摘要

绿豆蛋白分离物的生产中会产生富含白蛋白的酸溶性副产物，但该副产物仍基本未被利用。本研究回收并表征了绿豆蛋白分离物加工过程中获得的酸溶性组分（MBP-AS）和白蛋白富集组分（MBP-AR），并将其结构与功能特性与富含球蛋白的绿豆蛋白分离物（MBPI）在不同pH条件下的表现进行了比较。通过超滤和透析将MBP-AR的蛋白纯度提高至86.8%，其中白蛋白-2样蛋白（约30 kDa）为主要成分。两种白蛋白组分在pH 3–10范围内的溶解度显著更高，且发泡能力优于MBPI的77–410%，达到446–641%。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析显示，MBP-AS具有更高的α-螺旋含量（20.9%）以及明显的糖类相关吸收带（890–1183 cm^?1），而透析有效去除了MBP-AR中的糖类成分。微差示扫描量热法表明，MBPI的热稳定性高于富含白蛋白的组分，其变性温度为85.5–86.9 °C，而白蛋白富集组分为73.4–74.2 °C。MBP-AR在相对较低的温度（55–64 °C）下即可发生凝胶化，并在pH 5.8–7.8范围内形成坚硬、有弹性的凝胶，其储能模量（G'）值为0.20–0.22 kPa，同时表现出比MBPI更弱的pH依赖性。MBP-AR增强的柔韧性、溶解度和凝胶化行为凸显了其作为泡沫类和结构化植物基食品多功能原料的潜力。本研究首次对绿豆白蛋白富集和球蛋白富集组分进行了全面比较，并为目前尚未充分开发的蛋白质流股的开发利用提供了增值策略。

引言

绿豆（Vigna radiata L.）是一种在亚洲广泛食用的重要豆类作物，因其高蛋白含量和均衡的氨基酸组成而备受重视。绿豆蛋白由四大类组成：球蛋白（盐溶性）、白蛋白（水溶性）、醇溶蛋白（碱性可溶）和醇溶蛋白（醇溶性；这些组分分别约占绿豆总蛋白含量的60%–70%、15%–20%、13%和1% [1]。其中，球蛋白，尤其是豆粒蛋白型（8S）蛋白，是绿豆蛋白分离物（MBPI）的主要成分，通常通过碱提酸沉法获得 [2], [3]。

然而，这一传统工艺会产生大量尚未被充分利用的酸溶性组分。该组分富含白蛋白、可溶性糖、酚类物质和矿物质 [4]。根据其他豆类作物的估算，每提取1 kg球蛋白，就有0.1–0.4 kg白蛋白残留在酸溶性组分中 [5]。回收这一富含白蛋白的组分可以提高蛋白产量，并有助于植物蛋白行业实现更可持续、低废弃的加工模式。

豆类球蛋白已被广泛研究其营养特性和技术功能特性。它们具有良好的乳化能力和吸油能力 [6], [7]，但往往受限于溶解度差和较强的pH依赖性 [8]。在等电点（pI）处，静电斥力降低导致聚集和沉淀，从而使发泡、乳化和凝胶能力下降 [9]。相反，豆类白蛋白分子更小、亲水性更强、结构更灵活，在广泛pH范围内表现出更优的界面性质和溶解度 [10]。例如，豌豆白蛋白的乳液稳定性（ES）和表面活性均优于其对应的球蛋白组分。然而，MBPI中白蛋白富集组分的结构和功能特性仍尚不清楚。

近期的研究主要集中在MBPI上，其中球蛋白占主导地位，而酸溶性白蛋白组分的特性仍有待进一步研究。理解分子结构、蛋白-糖类相互作用与功能行为之间的关系，对于设计新一代植物基原料至关重要。此外，MBPI的酸溶性组分是开发具有高溶解度、发泡能力和乳化能力原料的潜在资源，而这些特性在球蛋白占主导的分离物中往往受限。

对白蛋白富集和球蛋白富集组分进行比较表征，可以提供关于固有结构特征（如二级结构和表面疏水性（S₀））如何在不同pH和热条件下影响蛋白功能的宝贵见解。因此，本研究旨在：（i）回收和纯化MBPI生产过程中产生的酸溶性白蛋白富集组分；（ii）利用蛋白质组学和光谱学方法表征其结构特征和组成；（iii）与球蛋白富集MBPI相比，评估其pH依赖性功能特性。通过阐明绿豆白蛋白和球蛋白组分的结构-功能关系，本研究为开发利用尚未被充分利用的蛋白副产物以及开发可持续的功能性植物基食品原料提供了科学依据。

章节摘要

化学试剂与材料

去皮绿豆由泰国Tangyingwattana有限公司（萨穆特帕甘府，泰国）提供。茚三酮购自Biochrom（剑桥，英国）。凝胶电泳用蛋白标记物和化学品购自Bio-Rad Laboratories（赫拉克勒斯，加利福尼亚州，美国）。所有其他分析级化学品购自Carlo Erba（瓦尔德莱伊尔，法国）。牛血清白蛋白（BSA）、1-氨基萘-8-磺酸（ANS）和福林-酚试剂购自Sigma-Aldrich Co.（St. ）。

蛋白和糖类含量

MBPI的蛋白含量最高，为91.08% ± 0.47%（干基），糖类含量最低，为0.52% ± 0.02%（干基）。相比之下，MBP-AS的蛋白含量最低，为40.29% ± 0.20%（干基），糖类含量为12.39% ± 1.29%（干基）。MBP-AS中可能含有可溶性寡糖、多糖以及可能降解的淀粉片段。Suarod等人 [21] 分析了不同绿豆品种的糖类组成，鉴定了多种糖类，

结论

白蛋白-2样蛋白（约30 kDa）被鉴定为MBPI酸溶性（MBP-AS）和白蛋白富集（MBP-AR）组分中的主要成分，而球蛋白被鉴定为MBPI中的主要成分。两种白蛋白富集组分在广泛pH范围内表现出更优的溶解度和发泡能力，而球蛋白富集组分则表现出更高的热稳定性和凝胶弹性。糖类的存在提高了溶解度，但阻碍了凝胶网络的形成，

CRediT作者贡献声明

Napapon Juntharat：撰写-审稿与编辑，撰写-原稿，可视化，方法学，调查，正式分析。Rotimi E. Aluko：撰写-审稿与编辑，方法学。Jirawat Yongsawatdigul：撰写-审稿与编辑，可视化，监督，项目管理，方法学，资金获取，概念化。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

NJ获得了泰国皇家五十周年纪念博士计划的奖学金资助（N41A650095）。本研究得到以下支持：（i）泰国朱拉隆功理工大学（SUT），（ii）泰国科学研究与创新中心（TSRI），以及（iii）国家科学、研究和创新基金（NSRF）在基础基金项目下的资助（195588）。此外，本研究还获得了高等教育、科学、研究和创新部常务秘书办公室的额外资金支持。

Napapon Juntharat|Rotimi E. Aluko|Jirawat Yongsawatdigul