通过马氏反应（Maillard reaction）在水介质中将Akebia trifoliata种子蛋白与多糖结合，从而调整其结构和功能

《Food Research International》：Tailoring the structure and functionality of Akebia trifoliata seed protein through Maillard-mediated conjugation with polysaccharide in aqueous media

美拉德修饰提升Akebia trifoliata种子蛋白功能性的研究显示，经SA或XG湿热反应后，API-XG2共价结合度最高（26.60±0.04%），SA和XG分别通过随机卷曲和β-折叠重构改变蛋白构象，XG修饰使API溶解性达72.98%，乳化活性提升1.7倍，且DPPH和ABTS清除率分别达47.46%和73.54%，显著高于未修饰API。

　　

王松宇|郭青|欧阳克凡|舒伟通|严志航|赵强

中国江西省南昌大学食品科学与资源国家重点实验室，邮编330047

摘要

本研究通过湿热美拉德反应，使用海藻酸钠（SA）或黄原胶（XG）在90°C下处理1、2和4小时，探讨了Akebia trifoliata种子蛋白（API）功能性的增强效果。API-SA1（20.76±0.02%）和API-XG2（26.60±0.04%）的接枝程度最高。结构分析显示，酰胺I带发生蓝移且强度降低，同时伴随着显著的构象变化——API-SA的随机卷曲显著增加，而API-XG的β-折叠结构得到增强，表明其结构重组途径不同。荧光光谱显示，随着加热时间的延长，蛋白发生红移约13 nm且强度下降，表明蛋白发生 unfolding，疏水区域暴露。从功能性角度来看，API-XG2的溶解度达到72.98%，而API-SA2的乳化活性提高了1.7倍。抗氧化活性也显著增强，DPPH和ABTS的清除率比天然API高出6-7倍。热稳定性（T_p = 242.33°C）和表观粘度也得到了改善。这些结果表明，糖基化能有效调整API的功能性，多糖类型和反应时间对结构和功能结果具有关键影响。

引言

植物蛋白越来越多地被视为食品系统中动物源蛋白的可持续和营养替代品（Ouyang等人，2025年）。然而，许多未充分利用的种子蛋白溶解度差、界面活性有限且结构刚性大，这限制了它们在乳液和其他胶体制剂中的应用（Yang等人，2025年）。Akebia trifoliata，俗称“ Bayuezha”或巧克力藤，是一种广泛分布于中国南部、日本和韩国的野生藤本植物，其果实每个豆荚含有多达200颗富含油脂的种子（Liu等人，2024年）。这些种子干基含油量约为39%，蛋白质含量约为17%，同时还含有丰富的膳食纤维（Du等人，2012年）。提取油脂后的残余种子粉目前尚未得到充分利用，但具有潜在的蛋白质来源。Akebia trifoliata的传统用途包括食用（如果实、茶叶）和药用，其种子蛋白未被报道具有致敏性或毒性（Kitaoka等人，2009年）。 albumin和glutelin是Akebia trifoliata种子中的主要蛋白质成分，占总蛋白质的97%以上，分子量在12.0至50.0 kDa之间（Lei等人，2015年）。现有研究表明，天然Akebia trifoliata种子蛋白（API）在中性条件下溶解度差且乳化能力有限——这是高疏水性和紧密构象的未修饰植物储存蛋白的常见缺点（Jiang等人，2021年）。尽管通过脱酰胺（Lei等人，2015年）或物理辅助提取（Jiang等人，2021年）等方法尝试改善其功能性，但API在食品相关条件下的溶解度和乳化能力仍然较低。虽然多糖的共价结合已被证明能增强其他植物蛋白的功能性，但这种方法尚未应用于API。

通过湿热美拉德反应进行的共价结合已成为增强蛋白质功能性的优选方法，与干热法相比，该方法具有反应均匀性高、时间短和可扩展性强的优势（Wang等人，2018年）。这种方法可以使还原性多糖与蛋白质氨基团发生共价结合，导致结构展开、表面疏水性增加以及溶解度和乳化能力提高（Sun等人，2019a）。Zhao等人（2023年）报告称，大豆蛋白分离物与大豆寡糖的糖基化结合物提高了乳液凝胶的热稳定性。Fan等人（2025年）发现，糖基化增强了乳清蛋白与阿拉伯胶的乳化、发泡和抗氧化性能。

在各种多糖中，阴离子型多糖如海藻酸钠（SA）和黄原胶（XG）由于具有负电荷并能在蛋白质分子周围形成保护层，因此在改善胶体稳定性方面特别有效（Ge等人，2022年；Li等人，2025年）。SA是由β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸块组成的线性共聚物，具有柔性的链和适中的电荷密度（Jiang等人，2025年），而XG是一种高分子量的杂多糖，具有类似纤维素的刚性骨架和三糖侧链，赋予其半刚性、更高的电荷屏蔽能力和更强的空间稳定性（Sun等人，2026年）。与以往对常见蛋白质或单一多糖的研究不同，本研究首次对海藻酸钠和黄原胶在美拉德修饰未充分利用的API中的应用进行了时间分辨比较。尽管美拉德共价结合是一种已知的方法，但阴离子多糖的大分子结构对这种反应下未充分利用的植物蛋白的功能修饰的影响尚不明确。它们不同的结构特征（如链刚性和电荷密度）如何影响这些难溶性蛋白质的功能改善仍不清楚。

因此，本研究探讨了多糖类型（SA vs. XG）和加热时间对通过湿热美拉德反应制备的API基结合体的结构和功能特性的影响。通过光谱方法系统评估了接枝行为、构象变化以及功能性能，包括溶解度、乳化活性和稳定性、热阻力和抗氧化能力。通过将处理条件与结构变化和功能结果联系起来，本研究为高性能、可持续的蛋白质-多糖结合体的合理设计提供了新的见解，以应用于先进的食品胶体领域。

材料

XG（纯度98%）购自Macklin Biochemical Co., Ltd.（中国上海）；SA（纯度98%）购自Solarbio Science & Technology Co., Ltd.（中国北京）。8-氨基-1-萘磺酸（ANS）购自SYKAM Co., Ltd.（德国）。Akebia trifoliata的种子购自南昌当地的农产品市场。种子的水分含量为5.99%，灰分含量为3.06%，脂肪含量为39.44%，蛋白质含量为16.91%，总糖含量为10.83%

糖基化程度

图1(a)显示了不同加热时间下API-SA和API-XG结合体的糖基化程度。可以看出，API-XG结合体的接枝程度更高，在加热2小时后达到最大值26.60±0.04%，而API-SA结合体在加热1小时后达到最高糖基化程度（20.76±0.02%）。随着反应的进行（0-2小时），API结构的展开暴露出更多的氨基团，促进了接枝反应的进行。然而，长时间加热（4小时）会降低接枝程度

结论

本研究揭示了加热时间和多糖结构对API的美拉德驱动的功能增强具有关键影响。与SA或XG结合后，API的褐变、溶解度、乳化能力、抗氧化活性和热稳定性均显著提高，其中XG的效果尤为明显。XG是一种高分子量的半刚性螺旋多糖，具有长骨架和分支侧链，其优越性能可能源于这些特性

CRediT作者贡献声明

王松宇：撰写——原始草稿、方法学、实验研究。郭青：撰写——审稿与编辑、实验研究。欧阳克凡：撰写——审稿与编辑、实验研究。舒伟通：撰写——审稿与编辑、数据可视化。严志航：软件处理。赵强：项目监督、资金获取、概念设计。

未引用参考文献

Ruan等人，2025

Wang等人，2025

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号32460588）、江西省自然科学基金（编号20232BAB205075）以及南昌大学江西省财政科技专项（编号ZBG20230418037）的财政支持。