栝楼籽蛋白分离物的磷酸化修饰：一种有效的发泡性能增强策略

《Food Chemistry》：Phosphorylation modification of Trichosanthes kirilowii seed protein isolates: An effective foaming enhancement strategy

　　

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  STP和STMP浓度达到4%时，TPI的接枝度达到最大值。
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  磷酸化使TPI展开并形成小的表面孔洞。
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  磷酸化改善了TPI的起泡性能。
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  磷酸化TPI可以替代25%的蛋清，作为一种重要的食品配料。

引言

泡沫是由分散在液体连续相中的气体气泡组成的胶体体系，通过表面活性剂或两亲性分子进行稳定（Wang等人，2024）。它们在食品加工中被广泛应用，用于创造理想的充气结构，如打发的顶饰、慕斯和蛋糕，在这些产品中，它们有助于改善质地、体积和口感。然而，泡沫是热力学不稳定的，倾向于通过排液、聚并和Ostwald熟化等机制而塌陷（Denkov等人，2020）。为了增强稳定性，通常会使用泡沫稳定剂，特别是绿色的两亲性化合物，如蛋白质。动物来源的蛋白质，如蛋清和乳清蛋白，由于其出色的界面性能，传统上被用作有效的发泡剂。然而，它们的使用引发了与健康风险（如过敏和胆固醇）、动物福利问题以及环境影响相关的担忧（Kumar等人，2021）。因此，探索和开发植物基蛋白质作为可持续且功能性的替代品，用于充气食品产品的发泡和稳定，引起了越来越多的关注。

此前的多项研究报告了植物蛋白的起泡性和稳定性，如大豆、小麦、马铃薯和稻米的蛋白分离物（Kim等人，2024；Qi等人，2024；Wang等人，2024；Yim等人，2025）。这些蛋白质在用于制备泡沫蛋糕产品时，易出现塌陷和干燥硬化的现象。这种现象可以归因于这些植物蛋白固有的较差的起泡性能。因此，面糊中的泡沫结构在搅拌和烘焙后无法维持，导致缺乏蛋清蛋白所特有的高度蓬松性。这一局限性是食品工业中的一个突出问题，植物蛋白较差的起泡性能常常阻碍其有效利用。因此，迫切需要探索能够增强植物蛋白发泡和稳定能力的方法。

令人瞩目的是，磷酸化修饰是提高蛋白质功能性的有前景的策略。这种修饰通过改变蛋白质的疏水/亲水平衡和表面电荷来改善溶解度和起泡性能（Hu等人，2023；Yan和Zhou，2021）。在反应过程中，磷酸基团选择性地与蛋白质侧链上的基团反应，包括丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸的-OH基团、赖氨酸的ε-NH₂、组氨酸咪唑环的1位和3位氮原子以及精氨酸胍基的氮原子。三聚磷酸钠（STP）和三偏磷酸钠（STMP）作为实用且经济高效的非酶磷酸化试剂，用于大规模蛋白质修饰。STP被列入中国GB 2760-2024授权的食品添加剂，而STMP在美国FDA法规（21 CFR 172.892）中获批用于食品淀粉改性，并已被广泛应用于蛋白质磷酸化研究（Yan和Zhou，2021；Q. Zhao等人，2022）。STP在水溶液中形成链状离子，而STMP形成环状离子。这些不同的空间构型会影响磷酸化速率和蛋白质上的具体反应位点。此外，改变相同试剂的浓度可以改变磷酸化效率和接枝率。因此，通过调整磷酸化试剂的类型和浓度，可以实现对植物蛋白质特性的精确修饰和控制。研究已证明，磷酸化显著提高了各种植物蛋白的起泡能力，如绿豆蛋白、米谷蛋白和豌豆蛋白分离物（Hadidi等人，2021；Liu等人，2020；Wang, Yang等人，2019）。总之，这些研究表明，使用磷酸化修饰是提高植物蛋白起泡性能的非常有效的方法。

Trichosanthes kirilowii Maxim.（T. kirilowii）是葫芦科的一种植物，在中国被广泛种植，是一种具有重要药用价值的经济作物（Xu等人，2022）。其种子通常作为烘焙零食食用，或用作T. kirilowii油的原料。然而，从T. kirilowii中提取的油副产物含有大量未充分利用的蛋白质，如果废弃则会造成资源浪费。提取和利用T. kirilowii蛋白可以有效减少浪费，同时提高T. kirilowii产业的附加值。在之前的研究中，我们分离出了具有平衡氨基酸组成和高营养价值的T. kirilowii蛋白分离物（TPI）（Peng等人，2024）。然而，TPI的功能性有限，包括溶解度差和起泡能力低，这限制了其在泡沫密集型产品中的应用（Akharume等人，2021）。然而，目前很少有研究报告使用化学修饰来改善TPI的溶解度和起泡性能。因此，本研究评估了使用STP和STMP进行湿热磷酸化对TPI结构和功能特性的影响。随后，研究了磷酸化TPI在天使蛋糕中作为蛋清部分替代物的功效。本工作为磷酸化介导的TPI修饰以增强食品应用提供了关键见解。

章节摘要

材料和化学品

T. kirilowii种子购自安徽省农业科学院（中国安徽），8-茴香基萘-1-磺酸（ANS，纯度≥98%，A762165）、三氯乙酸（TCA，≥99.0%，T818878）、5,5'-二硫代双(2-硝基苯甲酸)（DTNB，纯度99.5%，D666642）和十二烷基硫酸钠（SDS，纯度92.5-100.5%，S817788）购自麦克林生化有限公司（中国上海）。STP（纯度≥98%，S100099）、STMP（纯度≥95%，T109398）和醋酸锌二水合物（纯度

磷酸化TPI的磷含量

磷酸化的推定机制和磷酸化TPI的磷含量如图1 A和B所示。随着STP和STMP浓度增加到4%，磷酸化TPI的磷含量分别达到最大值21.35 ± 1.08 mg/g和21.98 ± 1.64 mg/g（P < 0.05），这证明了将磷酸基团引入TPI的有效性。TPI的磷酸化程度高于米糠蛋白（9.53 ± 0.522 mg/g）（Hu等人，2019）和谷蛋白

结论

本研究成功使用STP和STMP对TPI进行了磷酸化修饰，在4%浓度的磷酸试剂下磷酸接枝度达到最大值，分别为21.35 ± 1.08 mg/g和21.98 ± 1.64 mg/g。磷酸化在蛋白质表面引入了带负电荷的磷酸基团，如Zeta电位降低所证明的那样，并促进了蛋白质结构的部分展开，导致表面疏水性增加以及构象更加柔性和无序。

CRediT作者贡献声明

Bao Hanxiao：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿撰写，调查研究，正式分析。Peng Dong：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿撰写，调查研究，正式分析。Li Weiwen：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿撰写，调查研究，正式分析。Pan Xiangmin：调查研究。Ding Wanyue：调查研究。Li Guosen：调查研究。Dong Ling：验证。Li Pan：写作 – 审阅与编辑，验证。Du Bing：监督，资源，项目

知情同意和患者详情

已获得所有参与者或其法定代表人的书面知情同意，同意参与本研究并发表本文。已尊重参与者的隐私权。

人体研究

本研究在研究所在地的相关法律法规、监管框架和指南下开展。

根据相关法律法规和机构指南，无需获得伦理委员会批准。食品产品的感官评价不属于"生命"类别

未引用参考文献

Wang等人，2019

Wang等人，2019

Zhao等人，2022

致谢

本研究得到国家自然科学基金（32572553）、中国农业生产体系（CARS-21）和安徽省重点研发计划（2023n06020037）的支持。

Hanxiao Bao|Dong Peng|Weiwen Li|Xiangmin Pan|Wanyue Ding|Guosen Li|Ling Dong|Pan Li|Bing Du