综述：天然生物大分子——孢粉素胶囊在生物医学应用中的研究：系统综述（2015–2025年）

大豆分离蛋白经中等电场处理可促进解折叠和颗粒细化，增强功能特性并优化植物基冰淇淋中脂肪球凝聚（最佳电场强度9 V/cm），提升冰淇淋品质与稳定性。

作者：余电宇、王旭、高飞、王彤、刘春雷

中国黑龙江省哈尔滨市东北农业大学食品科学学院，邮编150030

摘要

1. 本研究旨在探讨不同电场强度（EFI，3–15 V/cm）下的中等电场（MEF）处理对30°C下大豆蛋白分离物（SPI）结构和功能特性的影响。结果表明，MEF处理有效促进了蛋白质的展开，并有助于将大分子蛋白质聚集体分解为小颗粒，从而显著提高了蛋白质的柔韧性和功能特性。改性的SPI随后被用作植物基冰淇淋中牛奶蛋白的替代品。MEF处理增强了乳化剂与蛋白质之间的竞争性吸附，使得脂肪球表面的界面膜变得更薄。当EFI为9 V/cm时，脂肪球的部分聚合作用达到最大值67.25%，对应于最佳的冰淇淋品质。本研究为植物基冰淇淋的配方设计和工艺优化提供了重要的理论基础，其实践意义在于可以指导产品开发，提高植物基冰淇淋的市场竞争力和消费者接受度。

引言

1. 大豆种植历史悠久，在全球范围内广泛种植。天然大豆蛋白分离物（SPI）主要由两种球蛋白组分11S和7S组成，通常称为甘氨酸蛋白和β-球蛋白[1]。与其他植物蛋白相比，SPI具有多种功能特性，包括高溶解度、持水能力、乳化能力和发泡性能，使其适用于植物基冰淇淋的生产。然而，天然SPI在结构和功能上与牛奶蛋白存在显著差异，这限制了其有效稳定脂肪球并促进所需部分聚合作用的能力。因此，天然SPI通常只能作为牛奶蛋白的部分替代品用于冰淇淋配方中。过量使用会对冰淇淋的膨胀度、硬度、口感和风味产生不利影响。这种限制源于天然植物蛋白由多个亚基紧密排列而成的结构，限制了其在食品系统中的功能表现[2]。为了解决这些功能限制，当前的研究通常采用物理、化学和酶法改性技术，通过靶向分子结构和植物蛋白构象来系统地增强关键功能特性（如溶解度和乳化能力），从而拓宽了其在食品系统中的应用潜力[3]。改性蛋白质能有效促进脂肪球的部分聚合作用，形成的脂肪网络逐渐取代了围绕气泡和单个脂肪球的蛋白质，形成了稳定的泡沫基质。与仅由单个脂肪球和蛋白质稳定的系统相比，这种网络具有更好的泡沫稳定性[4]。Yan等人[5]报告称，将改性SPI加入冰淇淋中可以改善膨胀度、融化和硬度。Hei等人[6]证明，热处理和TG交联的SPI可以降低植物基冰淇淋的过冷点并提高冻融稳定性，从而获得更细腻的质地。

1. 欧姆加热（OH）是一种新兴的食品加工技术，通过焦耳效应产生热量。与传统的热传导系统不同，OH提供直接的体积加热，加快了加工速度并促进了温度的均匀分布。在OH过程中，电场强度（EFI）<1000 V/cm时属于中等电场（MEF）处理。MEF的非热效应可能通过改变蛋白质相互作用来修饰蛋白质特性，同时最小化蛋白质结构的过度凝固或完全变性[7]。与其他非热处理技术（如高压处理、超声波和冷等离子处理）相比，OH适合连续生产，显著降低了单位能耗，并更好地保留了热敏营养素和风味化合物。此外，OH设备成本低、安全性高且二次污染少。因此，经过OH处理的产品比采用传统加热技术的产品品质更高[8]。在OH过程中，MEF使SPI极化，破坏了稳定其空间结构的疏水相互作用，导致蛋白质部分伸展，暴露出疏水基团并增加了蛋白质表面的疏水性。在这种条件下，SPI的溶解度、发泡能力和乳化能力显著提高，使其更适用于冰淇淋生产[9]。Li等人[10]报告称，OH处理显著改变了豆浆蛋白的结构和功能特性。因此，OH处理可以有效缩短加热时间并提高营养价值。Oliveira等人[11]也证明，OH处理比传统加热方法更能减少乳铁蛋白分子的聚集，从而改善了乳铁蛋白的乳化效果。

1. 虽然Wang等人[12]已经报道了MEF对SPI的影响，但将蛋白质结构变化与冰淇淋中脂肪球不稳定联系起来的研究仍然有限。因此，本研究旨在探讨不同EFI（3、6、9、12和15 V/cm）下MEF处理对SPI结构和功能特性的影响，并将这些结果与未改性的SPI进行比较。此外，还使用改性SPI替代牛奶蛋白生产冰淇淋，以评估蛋白质结构和吸附特性对脂肪球不稳定及整体产品品质的影响机制。这些发现有助于为开发高质量的植物基冰淇淋提供坚实的理论基础和实践指导，同时支持食品行业的可持续实践。

材料

1. SPI（蛋白质含量>90%，油<0.5%，灰分<5.8%，水分<7%，批号SL20230507）由绥化金龙油脂有限公司（中国黑龙江省绥化市）提供。牛奶蛋白由安徽卫茂生物技术有限公司（中国安徽省）提供。椰子油购自上海益海 Kerry。蔗糖、蔗糖酯和羧甲基纤维素购自Sigma-Aldrich（中国上海市）。分析级十二烷基硫酸钠（SDS，≥99.0%）也由Sigma-Aldrich提供。

粒径和ζ电位

1. 图1A显示，未经处理的SPI具有双峰粒径分布，小粒径峰（峰1）范围为30至100 nm，大粒径峰（峰2）范围为400至1000 nm。MEF处理降低了SPI的D_4,3值，粒径分布趋于单峰，峰1的范围变为10至70 nm。这表明形成了更小的蛋白质颗粒，峰1向左移动，峰2消失[13]。

结论

1. 本研究通过中等电场（MEF）处理系统地探讨了其对SPI结构和功能特性的影响。MEF通过低温电场机制破坏了不溶性蛋白质聚集体，导致颗粒尺寸减小且分布更加均匀，同时提高了蛋白质的溶解度。较小颗粒的形成以及表面疏水性的增强促进了SPI在空气-水界面的更有效吸附。

作者贡献声明

余电宇：研究工作及资金申请。 王旭：初稿撰写、验证及研究工作。 高飞：监督、数据分析及数据管理。 王彤：方法学设计及研究指导。 刘春雷：方法学设计及研究工作。

利益冲突声明

1. 作者声明没有利益冲突。

致谢

1. 本研究得到了“第十四个国家五年重点研发计划”的支持：大宗油籽蛋白灵活加工关键技术的研发（项目编号2021YFD2100401）。

术语表

中等电场处理

一种对食品蛋白质施加中等强度电场以改变其结构和功能特性的加工方法。

大豆蛋白分离物（SPI）

一种高度纯化的大豆蛋白，蛋白质含量至少为90%，因其功能特性而常用于食品配方中。

脂肪球 分散在水相中的小脂肪滴，如冰淇淋中的脂肪滴，其大小和稳定性会影响冰淇淋的质地和口感。

不稳定性 ……（原文此处内容不完整）