《Food Hydrocolloids》：Impact of Gamma Irradiation as a Non-Thermal Technology on the Structural, Digestive, and Rheological Properties of Rice Bean (
Vigna umbellata) Protein Isolate and its Application in the Development of 3D Printable Food Ink
编辑推荐：
•剂量为 3-10 kGy 的 γ 射线辐照有效地调整了蚕豆蛋白分离物（RBPI）的结构和功能特性。•扫描电子显微镜（SEM）分析揭示了表面破坏和形态变化，而粒径分析表明辐照后的 RBPI 具有改变的聚集特性。•中等辐照剂量（3-5 kGy）改善了溶解度、水合性能和粘弹性行为
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剂量为 3-10 kGy 的 γ 射线辐照有效地调整了蚕豆蛋白分离物（RBPI）的结构和功能特性。
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扫描电子显微镜（SEM）分析揭示了表面破坏和形态变化，而粒径分析表明辐照后的 RBPI 具有改变的聚集特性。
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中等辐照剂量（3-5 kGy）改善了溶解度、水合性能和粘弹性行为，而在 10 kGy 时观察到最高的体外消化率。
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由于具有良好的水合和流变学特性，选择 3 kGy 辐照的 RBPI 用于开发 3D 可打印墨水。
引言
尽管具有营养优势，但相较于动物源性蛋白，植物基蛋白通常表现出较差的功能特性，包括较低的溶解度、乳化能力以及持水力和持油力。因此，植物蛋白结构的修饰作为一种增强其在食品体系中功能性能的策略，已获得越来越多的关注（Ceyhan et al., 2025; Han et al., 2018; Hota et al., 2025）。在新兴的非热技术中，γ 射线辐照在通过诱导氨基酸氧化、结构重排和自由基形成来改善蛋白质的理化性质方面显示出前景（S. A. Bhat et al., 2024; Goyal et al., 2024）。γ 射线辐照通常使用钴-60 或铯-137 放射性同位素产生，涉及极短波长的高能电磁辐射，通常小于几十分之一个埃（? = 10-10 m），能量水平超过数万电子伏特（Hamed et al., 2025）。暴露于 γ 辐射下会在蛋白质中引起物理和化学变化，包括交联、断裂、聚集和分子重排（Hassan et al., 2018; H. M. Wani et al., 2022）。这些效应可以通过聚合、缩合、氢键重新分布、降解以及分子间二硫键的断裂等机制改变蛋白质的二级结构。在适当的 γ 辐射剂量下，蛋白质的功能特性可以显著改善（Goyal et al., 2024），当与其他加工技术结合时，据报道可以降低植物基蛋白的致敏性（Dong et al., 2024; L. Zhang et al., 2025）。
之前的研究表明，低辐照剂量（<5 kGy）通常提高蛋白质的溶解度，减少聚集，并增强乳化和发泡等性能（Colletti et al., 2024; Yao 2022）。相比之下，较高剂量（>5 kGy）可能导致蛋白质过度降解、聚集或交联，从而对功能特性产生不利影响（Nikbakht Nasrabadi et al., 2021; A. A. K. Singh et al., 2025）。根据美国食品药品监督管理局（FDA）的规定，食品的最大允许辐照剂量为 10 kGy（Food and Drug Administration, 2004）。
蚕豆（Vigna umbellata）是一种主要分布在南亚和东南亚地区的未充分利用的豆类。在印度，其种植和利用主要集中在北部、东部和东北部地区，传统上在小规模上用于食品和饲料目的（Bepary et al., 2017; Padhi et al., 2022）。由于蛋白质含量高（15.0% 至 26.0%），蚕豆作为营养上有价值的作物具有相当大的潜力，特别是在蛋白质缺乏的地区（N. Singh et al., 2024）。除了其营养优势外，蚕豆还显示出良好的农学特性、气候韧性和对不同农业气候条件的适应性（Atta et al., 2022）。虽然 γ 射线辐照已作为一种非热修饰策略被探索用于改善植物蛋白的功能特性，但其在新兴食品结构技术中的应用驱动验证仍然有限。现有的大多数研究主要集中在辐照蛋白质的结构和理化表征上，对这些修饰转化为实际食品应用的重视不足。特别是，将 γ 辐照修饰的蚕豆蛋白（Vigna umbellata）作为功能亲水胶体用于挤出式 3D 食品打印尚未得到充分研究。本研究通过控制 γ 辐照来调整 RBPI 的功能、结构、体外消化率和流变学特性，弥补了这一空白，并展示了其在蛋白质基 3D 可打印食品墨水配制中的应用。在挤出式 3D 食品打印中，多糖在改善蛋白质网络、增强粘弹性行为以及在打印过程中实现形状保持和层间稳定性方面发挥着至关重要的作用（Dai et al., 2025; Johansson et al., 2026; Sarab Badieh et al., 2025; J. Wang et al., 2024; Yuan et al., 2025）。因此，在墨水配方中加入了瓜尔胶和琼脂作为额外的多糖。瓜尔胶是一种高分子量半乳甘露聚糖，有助于提高粘度和剪切变稀行为，从而在剪切作用下实现顺利挤出，同时在沉积后保持结构恢复（Cleymand et al., 2021; González et al., 2026; Lou et al., 2025; Zhong et al., 2024）。琼脂是一种热可逆凝胶多糖，提供弹性强度和网络的刚性，支持打印结构的尺寸稳定性和层堆叠（Aina et al., 2024; Bertasa et al., 2020; Fernandes et al., 2023; Zakharova et al., 2024; Zampouni et al., 2026）。将 γ 修饰的 RBPI 与琼脂和瓜尔胶一起纳入，旨在开发可打印的复合食品基质。因此，所得配方的流变学和打印特性由蛋白质修饰和亲水胶体相互作用的综合效应决定，这一领域在 3D 食品打印研究中仍相对未被充分探索。
章节片段
材料
蚕豆采集自印度曼尼普尔市场。研究中使用的化学品和试剂均为分析级，购自 HiMedia Laboratories Pvt. Ltd.（印度孟买）。所有实验中使用的去离子水均由 Milli-Q 纯化系统（Millipore，美国）生产。
蚕豆蛋白分离物的制备
总体研究设计如图 1 所示。蚕豆蛋白采用 Agarwal et al.（2026）先前描述的方法从蚕豆种子中分离。蚕豆
溶解度
如表 1 所示，γ 辐射处理显著影响了 RBPI 的溶解度（p < 0.05）。天然 RBPI（A）的溶解度为 71.95 ± 0.05%。3 kGy（B）的 γ 辐照导致溶解度显著增加，达到 95.43 ± 0.08%，紧随其后的是 5 kGy 处理（C），溶解度为 94.62 ± 0.09%。两种处理均显示出显著高于天然蛋白的溶解度。相比之下，10 kGy（D）的辐照导致显著降低
结论
本研究证明，γ 辐射处理是一种有效的物理修饰技术，可调整 RBPI 的结构、功能、体外和流变学特性。γ 辐照引起了剂量依赖性的构象和微观结构变化，如 FTIR、UV-Vis 光谱、XRD、SDS-PAGE、SEM、粒径分析和流变测量所表明。蛋白质分子的部分展开、氢键的破坏、二级结构的转变
CRediT 作者贡献声明
Loveleen Sharma：写作 – 审阅与编辑，验证，监督，资源，方法学，正式分析，概念化。Charu Agarwal：写作 – 原稿，方法学，调查，正式分析，数据管理，概念化。Manoj Kumar Patel：写作 – 审阅与编辑，验证，监督，资源，正式分析
未引用参考文献
Li et al., 2020; Singh et al., 2025; Wang et al., 2024.
数据可用性声明
支持本研究发现的数据可向通讯作者请求获取。
数据可用性声明
支持本研究发现的数据可向通讯作者请求获取。
AI 声明
作者声明仅将人工智能（AI）工具用于稿件的语法修正和语言润色。未使用 AI 工具进行数据分析、解释或科学内容的生成。
竞争利益声明
作者声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，这些关系可能会影响本文报告的工作。
致谢
作者感谢 Shri Ram Institute for Industrial Research 提供的 γ 射线辐照设施支持，用于进行蚕豆蛋白分离物的 γ 修饰。作者感谢 CSIR-CSIO（昌迪加尔）提供的分析设施和实验支持。作者感谢 Amity Institute of Virology and Immunology（诺伊达）提供的 SDS PAGE 设施支持。
Charu Agarwal | Loveleen Sharma | Manoj Kumar Patel
