《Food Chemistry》：Partially hydrolyzed lentil and pea protein isolates: Techno-functional properties and bioactivity
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本研究針對植物蛋白在食品應用中普遍存在的溶解性差、功能特性有限等問題，聚焦豌豆和扁豆這兩種經濟環保的豆類蛋白。研究人員采用低水解度（DH~1%）的胰蛋白酶酶解技術，系統對比了酶解前后兩種豆類蛋白在溶解度、膠體穩定性、乳化性、起泡性以及抗氧化活性等方面的變化。結果顯示，低度水解可改善蛋白在其等電點的溶解度和穩定性，但可能因水解誘導的蛋白聚集而影響其在特定pH下的乳化活性；同時，酶解顯著提升了蛋白成分的總酚含量和抗氧化能力。這項工作為理性設計酶解工藝以優化植物蛋白原料的功能特性和營養屬性提供了關鍵數據支持，有助于推動其在新型食品配方中的應用。
植物蛋白風頭正勁，正在成為替代動物蛋白的熱門選項。在眾多植物蛋白來源中，豆類作物（如豌豆和扁豆）因其富含優質蛋白、營養價值高且環境友好而備受青睞。然而，將這些豆類蛋白分離物（如LPI和PPI）應用到實際食品中時，卻面臨著一個共同的“攔路虎”：它們在較寬pH范圍內的水溶性普遍較差。溶解度低，其乳化、起泡、凝膠等關鍵功能特性就會大打折扣，極大地限制了其在飲料、醬料、肉制品替代品等領域的應用潛力。為了克服這一瓶頸，科研人員嘗試使用酶解技術，將大分子蛋白“切割”成較小的肽段，以改善其溶解性。但以往的酶解研究大多采用較高的水解度（DH ≥ 4%），這不僅可能影響產品風味，甚至可能因為過度水解導致蛋白聚集、疏水性暴露過度，反而對乳化、起泡等功能產生負面影響。那么，是否存在一個“甜點”水解度，既能溫和地改善溶解度和生物活性，又能最大程度保留或優化其界面穩定功能呢？
為了解決上述問題，一篇發表在《Food Chemistry》上的研究，系統探究了低水解度（目標DH ~1%）的胰蛋白酶酶解處理，對商業豌豆蛋白分離物（PPI）和實驗室自制的扁豆蛋白分離物（LPI）在技術功能特性和生物活性方面的綜合影響。研究旨在揭示適度水解對蛋白原料性能的調控機制，為豆類蛋白的理性化酶解改性和高附加值應用提供科學依據。
為了回答這些問題，研究人員運用了多項關鍵技術方法。他們首先從脫皮紅扁豆種子中通過等電點沉淀法制備了LPI，并與商業PPI一同作為原料。核心的酶解過程采用pH-stat滴定法進行精確控制，以獲得目標DH約為1%的扁豆蛋白水解物（LPH）和豌豆蛋白水解物（PPH）。隨后，通過一系列表征和分析技術對原料和酶解產物進行了全面評估：使用SDS-PAGE分析分子量分布變化；測定總固體溶解度（TSS）和膠體穩定性（Turbiscan）；利用動態光散射和ζ電位儀分析粒徑與表面電荷；采用熒光探針法評估表面疏水性；通過液滴形狀分析儀研究蛋白在油-水界面的吸附動力學（計算擴散、展開/滲透和重排速率常數）；通過激光粒度儀測定乳液的液滴尺寸以評估乳化活性及貯藏穩定性；使用動態泡沫分析儀量化起泡能力和泡沫穩定性；最后，通過多種生化分析方法（福林酚法、DPPH/ABTS自由基清除法、FRAP法、鐵離子螯合法）系統評估了樣品的總酚含量和體外抗氧化活性。
3.1. 近似組成和水解度
通過等電點沉淀法自制的LPI蛋白質含量（約79.97% w/w）與商業PPI（約74.50% w/w）相當。酶解過程成功將兩種蛋白原料的目標水解度控制在~1%左右。
3.2. 分子量分布
SDS-PAGE分析表明，酶解顯著降低了LPI和PPI中高分子量蛋白亞基（如8S伴豌豆球蛋白、7S豌豆球蛋白、11S豆球蛋白的酸性和堿性亞基）的含量，將其轉化為更小分子量的肽段，分子量分布整體向低分子量區域移動。例如，豌豆蛋白中7S豌豆球蛋白幾乎100%轉化為小肽。
3.3. 表面疏水性
與預期相反，酶解后兩種蛋白水解物（LPH和PPH）的表面疏水性指數（SHI）均低于其親本蛋白分離物。這可能歸因于酶解后的熱處理（用于滅活酶）導致了蛋白聚集，使得原本暴露的疏水基團被重新包埋；或是由于有限的構象熵增加，促使疏水基團在熱力學更有利的新結構中隱藏起來。
3.4. 總固體溶解度和分散相穩定性
研究發現，酶解顯著改善了PPI在pH 4.5（等電點附近）的溶解度，但有趣的是，在pH 7.0（中性）條件下，LPH的溶解度（~56%）反而顯著低于LPI（~87%）。研究將此歸因于酶解誘導的蛋白解折疊以及隨后的熱處理可能導致了LPH的聚集。盡管如此，得益于較小的粒徑和增加的表面電荷（ζ電位絕對值降低），LPH和PPH的膠體分散相穩定性（Turbiscan穩定性指數TSI）均表現良好，表明視覺上穩定的分散液可能只需要≥55%的溶解度即可實現。
3.5. 界面性質與吸附動力學
通過研究蛋白在油-水界面的吸附過程發現，PPI的擴散速率常數（kdiff）高于LPI，這與其較高的表面疏水性相關。酶解后，兩種蛋白水解物的kdiff均有所下降，這與其表面疏水性降低的觀察結果一致。此外，酶解增加了界面展開/滲透速率常數（ku），但降低了重排速率常數（kr）。這表明水解產生的較小肽段更具柔性，更容易在界面展開；但隨后它們可能快速聚集，形成更致密但重排更慢的界面膜。
3.6. 乳化特性
在乳化能力方面，LPI穩定的乳液液滴尺寸小于PPI。酶解后，兩種蛋白水解物穩定的新鮮乳液液滴尺寸（D3,2）均略有增大（LPH: 2.34 μm vs LPI: 1.99 μm; PPH: 2.59 μm vs PPI: 2.34 μm），乳化活性略有下降。這很可能與酶解后降低的表面疏水性及隨之減弱的擴散驅動吸附有關。經過30天貯藏后，PPI和PPH乳液保持穩定，液滴尺寸無顯著變化；而LPI和LPH乳液均發生了明顯的液滴聚結，尺寸增大，其中LPI更為顯著。這可能是由于其形成的界面膜更脆、柔性較差（表現為較低的kr），更容易破裂所致。
3.7. 起泡特性
在起泡性能上，PPI的起泡能力略高于LPI，但LPI泡沫的半衰期（約43分鐘）遠長于PPI（約15分鐘），泡沫結構也更細膩。這無法完全用油-水界面性質解釋，可能與LPI較高的表面電荷（更強的靜電排斥阻礙吸附）、較小的粒徑以及更高的伴豌豆球蛋白和豌豆球蛋白含量（已知有利于起泡）等多種因素協同作用有關。酶解后，LPH和PPH的起泡能力均下降，泡沫半衰期也縮短，起泡性能整體受損。
3.8. 生物化學分析（生物活性）
在生物活性方面，酶解處理帶來了積極影響。兩種蛋白水解物的總酚含量（TPC）均顯著高于其對應的蛋白分離物。LPH和PPH在多種體外抗氧化活性測定中（包括DPPH和ABTS自由基清除能力、鐵離子還原抗氧化能力FRAP以及鐵離子螯合能力）均表現出比LPI和PPI更強的活性。這表明低度水解有助于從豆類蛋白基質中釋放出更多具有抗氧化活性的酚類化合物和生物活性肽。
綜合以上研究結果可以得出結論：低水解度（DH~1%）的胰蛋白酶酶解，是一種能夠平衡和優化扁豆與豌豆蛋白技術功能特性與生物活性的有效策略。研究表明，這種適度的酶解能夠有效改善蛋白在等電點附近的溶解度和膠體穩定性，并顯著增強其總酚含量和抗氧化活性，這對于開發兼具優良質地和健康益處的功能性食品配料具有重要意義。然而，這種處理也帶來了一些挑戰，特別是在中性pH條件下可能導致扁豆蛋白因聚集而溶解度下降，并普遍降低了蛋白的表面疏水性、擴散吸附速率以及乳化與起泡活性。研究還揭示了不同豆類蛋白（LPI vs PPI）及其水解物在功能響應上的差異性，例如PPI盡管溶解度低，但因其可溶部分具有較高的界面活性和吸附速率，仍能形成穩定的乳液。這些發現為未來定制化酶解工藝提供了關鍵見解：需要針對特定的豆類蛋白原料和最終應用目標（如提升溶解性、增強乳化穩定性或強化生物活性）來精確控制水解條件，并優化后處理（如熱滅活）步驟，以最小化功能損失。這項工作深化了我們對低度酶解調控植物蛋白結構與功能關系的理解，為植物蛋白配料制造商開發性能更優、應用更廣的下一代產品提供了重要的理論和實踐指導。
