菊粉增强了转谷氨酰胺酶诱导的花生蛋白凝胶的形成：关于凝胶性质和结构特性的研究见解

时间：2026年1月27日

来源：International Journal of Biological Macromolecules

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花生蛋白与短链、长链菊粉协同转谷氨酰胺酶作用下的凝胶特性及机制研究。短链（DP≤10）和长链（DP≥23）菊粉均显著增强凝胶强度（+26.6%）和水合能力（+14.09%），其中长链菊粉效果更优。机制包括疏水基团暴露、二硫键及氢键强化、β-折叠含量增加及三维网络结构致密化。体外胃消化率降低表明其缓释特性。研究为花生蛋白基功能食品开发提供理论支撑。

作者：袁畅、林天天、于书怀

江南大学食品科学与技术学院，中国江苏省无锡市蠡湖大道1800号，214122

摘要

花生粕中含有丰富的花生蛋白。然而，传统的加工方法往往会导致蛋白质变性并降低其功能性。菊粉作为一种公认的益生元，可以改善凝胶性能，但菊粉对花生蛋白的具体影响及其作用机制尚不明确。本研究旨在比较短链（DP ≤ 10）和长链（DP ≥ 23）菊粉对转谷氨酰胺酶交联花生蛋白凝胶性质的影响。结果表明，0.5%的长链菊粉显著增强了凝胶强度和持水能力，分别比对照组提高了26.6%和14.09%。值得注意的是，长链菊粉的增强效果优于短链菊粉。从机制上讲，菊粉通过促进疏水基团的暴露、加强二硫键和氢键、增加β-折叠片层含量以及形成更紧密的三维网络来发挥作用。此外，复合凝胶的体外胃消化性有所降低。这些发现为菊粉作为天然凝胶增强剂在花生蛋白基食品系统中的应用提供了宝贵的理论支持。

引言

花生是一种全球公认的油料作物，主要用于榨油。这一过程会产生大量的花生粕，其中含有50%–60%的蛋白质。花生蛋白（PP）是一种营养丰富的植物蛋白，具有优异的消化率和生物利用率。据报道，其营养成分可与动物蛋白相媲美，使其成为重要的食品添加剂[1][2]。花生蛋白的凝胶性质对于开发质地食品（如肉制品和乳制品替代品）和功能性产品（如缓释补充剂）至关重要[3]。然而，传统的加工技术常常导致蛋白质变性，大大降低了其功能性，限制了其在食品加工中的应用[4]。因此，开发新的方法来改善花生蛋白凝胶的性能不仅有助于提高其营养价值和经济价值，还对促进农业副产品的增值利用和可持续资源回收具有重要意义[5]。转谷氨酰胺酶（TGase）通过促进赖氨酸和谷氨酰胺残基之间的酰基转移，在中性条件（pH 6.5–7.5，40–50°C）下形成分子内和分子间的共价键，从而增强蛋白质的凝胶化[6]。这一特性使得植物蛋白凝胶在食品加工领域得到广泛应用。研究表明，TGase诱导的共价交联不仅增强了凝胶的结构完整性，还调节了分子间作用力，优化了网络密度和机械稳定性[7][8][9]。菊粉是一种天然存在的功能性膳食纤维，在维持肠道健康、促进矿物质代谢和吸收、调节血糖水平以及降低低密度脂蛋白（LDL）方面发挥着重要作用[10]。研究表明，菊粉能够积极改善蛋白质的凝胶性质[11]。先前的研究显示，菊粉可以通过增强疏水相互作用和二硫键来改善某些蛋白质（如肌动蛋白、花生蛋白）的凝胶性质[12][13]。然而，其效果很大程度上取决于具体体系。郭等人的研究发现，当菊粉添加到麦谷蛋白和醇溶蛋白凝胶体系中时，所有样品的凝胶网络结构都会变弱且粗糙[14]。此外，菊粉的链长对其分子行为有影响（例如，长链菊粉具有更大的流体动力学体积和更强的缠结能力），这可能导致不同的凝胶效果[15]。黄等人发现，向肌动蛋白中添加菊粉会降低蛋白质的消化性，表明其可能具有缓释作用[16]。目前，关于菊粉对花生蛋白凝胶影响的研究还不够深入，尤其是在TGase诱导条件下。鉴于花生蛋白独特的组成和凝胶性质以及菊粉的益生元特性，有必要对其在花生蛋白凝胶体系中的作用和效果进行更全面的研究。本研究系统地探讨了不同浓度下的短链（DP ≤ 10）和长链（DP ≥ 23）菊粉对TGase作用下花生蛋白凝胶化的影响，重点关注凝胶强度、持水能力、流变性质和微观结构变化等关键特性。为了进一步阐明菊粉在凝胶形成过程中的分子水平影响，还研究了蛋白质表面的疏水性、分子间作用力的变化以及二级结构的变化。因此，本研究旨在通过全面分析菊粉对花生蛋白凝胶化的影响，填补这一知识空白，为菊粉作为凝胶增强剂的应用提供理论基础，并拓展花生蛋白在功能性食品中的应用。

材料

花生蛋白是从中国无锡美佳油脂厂的花生粕中提取的，并使用凯氏定氮仪（KDN-19H2，上海纤维检测仪器有限公司）进行了测定，蛋白质含量为90.3% ± 0.05（干基含量）。本研究中使用的短链菊粉（L-IN，DP ≤ 10）和长链菊粉（H-IN，DP ≥ 23）均购自BENEO-Orafti NV（比利时蒂嫩）。转谷氨酰胺酶的活性为124 U/g（催化形成交联键的酶量）。