鸽子豌豆种子中提取的粗球蛋白和纯化球蛋白的空气-水界面性质及起泡特性

《Food Hydrocolloids》：Air-water interfacial and foaming properties of crude and purified globulins from pigeon pea seeds

鸽子豆7S球蛋白的气水界面性质及发泡性能研究表明，纯化球蛋白在高浓度下形成更粘弹的固态界面层，泡沫稳定性和发泡性能优于乳清蛋白和牛血清白蛋白，揭示非蛋白成分对界面性质的影响。

　　在食品工业中，蛋白质浓缩物或分离物被广泛用于生产气泡食品，例如慕斯、冰淇淋、蛋糕和饮料。这类食品的形成依赖于蛋白质在气-水界面的行为，因为蛋白质能够通过吸附形成稳定的泡沫结构。然而，除了主要的蛋白质成分外，这些原料中还含有大量具有表面活性的次要化合物，它们的存在可能显著影响蛋白质的表面行为及泡沫性能。因此，在研究蛋白质的气-水界面特性时，必须考虑到这些次要成分的作用。本研究旨在探讨鸽子豆种子中粗提物与纯化球蛋白提取物在气-水界面行为及泡沫性能方面的差异，为植物蛋白在食品中的应用提供新的见解。

### 蛋白质在食品中的作用与泡沫形成机制

蛋白质作为泡沫形成的关键成分，在食品体系中扮演着重要角色。它们能够通过吸附到气-水界面，降低界面张力，促进气泡的形成，并通过其结构特性维持泡沫的稳定性。动物源性蛋白质，如蛋清蛋白和乳蛋白，因其优良的泡沫形成与稳定性能，长期以来被食品工业广泛使用。然而，随着消费者对可持续性和环境友好型食品的关注增加，植物源性蛋白质逐渐成为替代品。植物蛋白不仅在环境上更具优势，还因其广泛可用性和较低成本而受到重视。

植物蛋白在食品中的应用，尤其是作为泡沫形成剂，近年来受到越来越多研究的重视。例如，大豆蛋白、豌豆蛋白等已经被广泛用于气泡食品的生产。然而，对于一些较少被研究的植物蛋白，如鸽子豆中的球蛋白，其在泡沫形成中的潜力仍需进一步探讨。鸽子豆是一种在亚洲和非洲地区广泛种植的豆类，其蛋白质含量约为20%。球蛋白是鸽子豆中主要的蛋白质组分，属于7S球蛋白亚类。这类蛋白质因其良好的结构和功能特性，被认为是潜在的优良泡沫形成剂。

### 粗提物与纯化球蛋白的差异

本研究中，研究人员对三种不同类型的鸽子豆提取物进行了评估：（1）从商业种子（品种未知）中获得的粗蛋白提取物（CPE-C）；（2）从纯系种子（品种g18-95）中获得的粗蛋白提取物（CPE-E）；以及（3）纯化后的7S球蛋白（7S）。通过比较这些提取物在低浓度和高浓度条件下的气-水界面行为和泡沫性能，研究人员试图揭示不同提取方法对蛋白质功能特性的影响。

在低浓度条件下，粗蛋白提取物和纯化球蛋白之间的界面行为没有明显差异。然而，在高浓度条件下，粗蛋白提取物形成的界面膜较为松散，而纯化球蛋白则能够形成具有黏弹性特征的固态界面层。这一结果表明，在高浓度情况下，粗蛋白提取物中的次要成分可能在界面处积累，与球蛋白竞争吸附位点，从而降低界面膜的机械强度。这种现象在许多植物蛋白研究中都有所体现，即非蛋白质成分的存在可能对蛋白质的功能性能产生干扰。

### 次要成分的影响

在植物蛋白提取物中，除了主要的蛋白质成分外，还可能含有多种具有表面活性的次要成分，如磷脂、皂苷、糖类和酚类物质。这些成分同样具有降低界面张力的能力，因此它们在气-水界面的行为可能与蛋白质相似，甚至在某些情况下更为显著。例如，磷脂作为一种极性脂质，能够表现出较强的表面活性，从而在界面处竞争吸附，影响蛋白质的吸附行为和泡沫稳定性。如果磷脂在界面处占据过多的吸附位点，可能会导致蛋白质无法有效形成稳定的泡沫结构，从而降低整体的泡沫性能。

然而，某些次要成分与蛋白质的相互作用也可能对泡沫性能产生积极影响。例如，酚类物质和皂苷可以与蛋白质形成复合物，从而改善其泡沫形成能力。研究表明，当某些天然色素如花青素与大豆蛋白复合时，可以增强其泡沫性能。同样，茶皂苷与豌豆蛋白的复合也被发现能够提高泡沫的稳定性。这表明，不同类型的次要成分可能对蛋白质的功能特性产生不同的影响，这种影响可能取决于它们的种类、浓度以及与蛋白质的相互作用方式。

### 纯化工艺对蛋白质功能的影响

为了更准确地评估鸽子豆球蛋白的泡沫性能，研究人员采用了一种温和的纯化方法，避免了传统提取过程中可能引起的蛋白质结构破坏。传统提取方法通常包括在碱性条件下溶解蛋白质，随后通过等电点沉淀来回收球蛋白。然而，这种方法可能导致蛋白质结构的改变，从而影响其功能性能。相比之下，温和的纯化工艺能够更好地保留蛋白质的天然结构，使其在气-水界面的行为更加接近原始状态。

在本研究中，纯化球蛋白表现出优于乳清蛋白浓缩物和牛血清白蛋白的泡沫稳定性。这一结果表明，鸽子豆球蛋白在食品应用中具有较高的潜力。同时，研究还发现，粗蛋白提取物中的非蛋白质成分在低浓度条件下对气-水界面行为具有更显著的影响。这意味着，在实际应用中，如果需要精确控制泡沫性能，可能需要对提取物进行纯化处理，以去除可能干扰蛋白质功能的次要成分。

### 研究方法与实验设计

为了全面评估鸽子豆提取物的气-水界面行为和泡沫性能，研究人员采用了多种实验方法。首先，他们通过测量界面张力的变化，分析了不同提取物在界面处的吸附行为。接着，他们使用流变学方法，研究了界面膜的机械性能，包括其黏弹性特征。此外，他们还通过泡沫稳定性测试，评估了不同提取物在形成和维持泡沫结构方面的能力。

在实验过程中，研究人员选择了乳清蛋白浓缩物（WPI）和牛血清白蛋白（BSA）作为良好的泡沫形成剂的对照组，而溶菌酶（LYZ）则作为较差的泡沫形成剂的对照组。通过比较这些对照组与鸽子豆提取物的性能，研究人员能够更清晰地理解鸽子豆球蛋白在泡沫形成中的作用。此外，实验还涉及了不同浓度条件下的研究，以探讨蛋白质浓度对界面行为和泡沫性能的影响。

### 研究发现与意义

研究结果表明，粗蛋白提取物和纯化球蛋白在低浓度条件下表现出相似的界面行为，但在高浓度条件下，纯化球蛋白能够形成更为机械稳定的界面膜。这一发现对于食品工业具有重要意义，因为它揭示了在高浓度应用中，蛋白质的纯度可能对泡沫性能产生关键影响。此外，研究还发现，粗蛋白提取物中的非蛋白质成分在低浓度条件下对气-水界面行为的影响更为显著，这可能意味着在某些食品体系中，需要对提取物进行进一步纯化以提高其功能性。

鸽子豆球蛋白的泡沫性能优于传统使用的乳清蛋白和牛血清白蛋白，这表明其在食品中的应用前景广阔。随着对植物蛋白需求的增加，鸽子豆球蛋白作为一种新型的泡沫形成剂，可能成为食品工业中替代动物源性蛋白质的重要选择。然而，为了充分发挥其潜力，还需要进一步研究其在不同食品体系中的表现，以及如何优化其提取和纯化工艺，以提高其功能性能。

### 实际应用与未来研究方向

本研究的结果不仅为鸽子豆球蛋白在食品中的应用提供了理论依据，也为进一步研究植物蛋白的功能特性奠定了基础。通过对比不同提取方法对蛋白质性能的影响，研究人员能够更深入地理解蛋白质在气-水界面的行为机制。这将有助于开发更高效的提取和纯化技术，以提高植物蛋白在食品工业中的应用价值。

未来的研究可以进一步探讨鸽子豆球蛋白与其他植物蛋白的相互作用，以及不同食品体系中其泡沫性能的变化。此外，还可以研究不同处理条件（如温度、pH值、添加剂等）对鸽子豆球蛋白性能的影响，以寻找最优的应用方案。同时，对非蛋白质成分的详细分析也将有助于理解其对蛋白质功能性能的具体影响，从而为食品配方的优化提供指导。

### 结论

本研究通过对鸽子豆种子中粗蛋白提取物和纯化球蛋白的气-水界面行为及泡沫性能的系统分析，揭示了不同提取方法对蛋白质功能特性的影响。研究发现，纯化球蛋白在高浓度条件下能够形成更为机械稳定的界面膜，而在低浓度条件下，非蛋白质成分对界面行为的影响更为显著。这些结果表明，鸽子豆球蛋白在食品工业中具有重要的应用潜力，尤其是在需要高泡沫稳定性的产品中。此外，研究还强调了蛋白质纯度在控制其功能性能方面的重要性，为未来的植物蛋白研究和应用提供了新的思路。通过进一步优化提取和纯化工艺，鸽子豆球蛋白有望成为一种高效的泡沫形成剂，推动食品工业向更加可持续和环保的方向发展。