《Food Chemistry: X》：Effects of deamidation by protein glutaminase on the flavor binding properties of pea protein isolate
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為提升高蛋白食品的風味品質，研究人員探索了蛋白質谷氨酰胺酶(PG)脫酰胺化處理對豌豆分離蛋白(PPI)與香蘭素結合性能的影響。研究發現，PG脫酰胺化可顯著降低PPI的風味結合強度，促進風味釋放。這項研究為開發具有優良風味釋放性能的植物蛋白配料提供了新思路。
在追求健康飲食的今天，高蛋白食品越來越受到青睞。然而，一個普遍的“美味煩惱”也隨之而來：添加到食品中的蛋白質，尤其是植物蛋白，常常會“鎖住”或改變食品的風味物質，導致最終產品的香氣減弱或失真，影響了消費者的接受度。豌豆蛋白作為一種營養豐富的植物蛋白來源，雖然氨基酸組成優于大豆蛋白，卻也面臨著同樣的風味“劫持”難題。如何解開蛋白質對風味的“束縛”，讓健康與美味兼得，成為了食品科學領域一個亟待解決的關鍵問題。
近期，一項發表于《Food Chemistry: X》的研究為解決這一難題提供了新的見解。該研究聚焦于一種名為蛋白質谷氨酰胺酶(PG)的酶，探討了利用它來對豌豆分離蛋白(PPI)進行脫酰胺化修飾，能否作為一種“鑰匙”，解鎖其結合的風味物質。研究以常見的食品香料香蘭素為模型風味化合物，系統比較了天然PPI和脫酰胺化PPI(DPPI)在風味結合行為上的差異。研究結果令人鼓舞：經過PG處理后，PPI對香蘭素的整體結合力顯著下降，這意味著更多的風味分子能被釋放出來，從而被我們的嗅覺感知到。感官實驗證實，在DPPI體系中，人們能嗅聞到香蘭素氣味所需的濃度閾值比在天然PPI中低了約五倍。這標志著PG脫酰胺化處理有望成為一種有效策略，來改善植物蛋白在食品應用中的風味表現。
為了深入探究這一現象背后的機理，研究人員運用了多種關鍵技術方法。首先，他們通過設定不同溫度（5°C, 15°C, 25°C）的平衡透析實驗，確定了蛋白與香蘭素結合的動力學過程。接著，利用克洛茨(Klotz)方程對結合數據進行擬合，計算出了結合位點數(n)、結合常數(K)和整體結合力(nK)等關鍵參數，以量化結合強度。為了從能量角度理解結合過程的自發性和驅動力，研究進一步進行了熱力學分析，計算了吉布斯自由能變(?G°)、焓變(?H°)和熵變(?S°)。此外，研究還借助分子對接(Molecular Docking)技術，在計算機模型中模擬了香蘭素與PPI及DPPI三維結構的結合模式，預測了相互作用的類型和強度。最后，通過基于3項迫選法的感官評價，測定了香蘭素在兩種蛋白質溶液中的群體最佳估計閾值(BET)，從實際感知層面驗證了處理效果。本研究所用的PPI樣品購自法國Roquette公司，經脫脂處理后使用。
研究結果部分詳細揭示了PG脫酰胺化帶來的多重影響。
3.1. 香蘭素與PPI和DPPI結合的平衡時間
研究首先確定了在不同溫度下，蛋白與香蘭素結合達到平衡所需的時間。結果表明，溫度顯著影響結合速率。在較高的25°C下，僅需36小時即可達到平衡，而在5°C和15°C下則需要48小時。這說明在食品加工或儲存中，溫度是影響蛋白-風味相互作用動力學的一個重要因素。
3.2. 香蘭素與PPI的結合親和力
通過克洛茨圖分析，研究發現香蘭素與PPI和DPPI的結合均為非協同性的獨立結合。關鍵的發現是，PG處理顯著改變了PPI的結合參數。雖然結合位點數(n)在不同溫度下的變化趨勢一致（低溫下增多），但脫酰胺化處理顯著降低了結合常數(K)和整體結合力(nK)。例如，在25°C時，PPI的nK值為1451.63 × 104L/mol，而DPPI的nK值降至1107.56 × 104L/mol。這表明PG處理削弱了PPI與香蘭素之間的結合強度。
3.3. 香蘭素與PPI和DPPI結合的熱力學
熱力學參數為進一步理解結合本質提供了線索。對于PPI和DPPI，?G°值均為負值，證實了香蘭素與兩者的結合都是自發過程。更重要的是，?H°和?S°值均為正值，這表明結合過程是熵驅動的，且疏水相互作用是主要的作用力類型。這一發現與分子對接的結果相互印證。
3.4. 香蘭素與PPI和DPPI的分子對接
計算機模擬顯示，香蘭素與PPI的結合親和力（-3.97 kcal/mol）略高于與DPPI的結合（-3.77 kcal/mol），與實驗測得的結合力下降趨勢一致。相互作用的分析表明，疏水相互作用是主導，同時存在范德華力和氫鍵。在DPPI中，由于谷氨酰胺(Gln)殘基被轉化為谷氨酸(Glu)，可能改變了局部微環境，導致部分氫鍵相互作用丟失或改變，這可能是結合力減弱的結構基礎。
3.5. 感官評價
感官實驗的結果為上述生化數據提供了最直接的現實意義驗證。研究發現，香蘭素在DPPI溶液中的群體最佳估計閾值(BET)為6.71 μg/mL，遠低于在PPI溶液中的31.61 μg/mL。這意味著在DPPI體系中，人們能夠在低得多的濃度下就感知到香蘭素的香氣，直觀地證明了PG脫酰胺化有效促進了風味的釋放。
歸納與討論
綜上所述，本研究系統闡明了蛋白質谷氨酰胺酶(PG)介導的脫酰胺化修飾對豌豆分離蛋白(PPI)風味結合性能的調控作用與機制。核心結論是：PG處理通過將蛋白質鏈上的谷氨酰胺轉化為谷氨酸，改變了PPI的構象和表面性質，從而顯著降低了對模型風味化合物香蘭素的整體結合力(nK)。這種結合力的減弱主要歸因于疏水相互作用的改變以及可能涉及的希夫堿(Schiff base)形成減少。其重要意義在于，該研究不僅從結合參數、熱力學和分子相互作用層面揭示了“如何減弱結合”，更通過感官評價直接證明了這種減弱能夠轉化為“更好地釋放風味”，即顯著降低風味物質的嗅聞閾值。這為解決高蛋白植物基食品普遍存在的風味滯留、風味失真問題提供了一條新穎、高效且具有良好應用前景的技術途徑——酶法脫酰胺化。經過PG處理的脫酰胺化豌豆蛋白(DPPI)，因此成為一種極具潛力的功能性蛋白配料，有望廣泛應用于對風味要求較高的食品體系，在滿足健康營養需求的同時，保障乃至提升產品的感官愉悅度，推動植物基食品產業的創新發展。
