《Food Hydrocolloids》：Multi-scale Elucidation of Ethanol-Induced Modifications in Soybean Protein Isolate: From Molecular Dynamics to Functional Properties
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SPI經乙醇改性后，20-40%（v/v）濃度優化了結構，增強溶性和乳化性能（活性98.17 m2/g，穩定性99.91 min），40%乙醇時實現最佳效果，50%則因聚集降低功能，且有效穩定高內相乳液（包埋效率68.41%）。
張明浩|劉文榮|苗金珠|Blessing Titilayo Ajala|張雙
中國黑龍江省哈爾濱市東北農業大學食品科學學院，郵編150030
摘要
盡管在提升大豆蛋白組分功能方面取得了進展，但直接使用乙醇對完整的大豆蛋白分離物（SPI）進行改性尚未得到充分研究，這限制了其在工業中的應用。本文系統地研究了乙醇在分子到宏觀尺度上對完整SPI的改性作用，以闡明結構與功能之間的關系。在20–40%（體積比）的乙醇濃度下，蛋白質亞基的完整性得以保持；然而，氫鍵的斷裂導致蛋白質構象變得松散無序，暴露出疏水性和帶電殘基。40%乙醇處理后，蛋白質結構變得松散，溶解度提高了35.98%，柔韌性增強，界面張力降至10.0 mN/m，從而提高了乳化性能（活性：98.17 m2/g，穩定性：99.91分鐘）和起泡性能（容量：75.99%，穩定性：30.45%）。相反，50%乙醇可能通過疏水相互作用和二硫鍵的形成促進蛋白質聚集，降低了其功能性（P < 0.05）。值得注意的是，用40%乙醇改性的SPI能有效穩定高內相油水乳液（油相體積分數為80.5%），顯著提高了蝦青素包封效率（68.41%）、抗應力能力（光、熱和儲存條件）以及生物利用度（23.95%）（P < 0.05）。本研究表明，乙醇介導的SPI改性是一種實用的工業方法。
引言
消費者對清潔標簽和可持續成分的需求不斷增加，推動了植物蛋白的全球增長（Halavach, 2024; Salman M, 2025）。大豆蛋白分離物（SPI）的蛋白質消化率校正后的氨基酸得分為1.00，在營養價值上可與牛奶、乳清和雞蛋等高質量動物蛋白相媲美（Sharma et al., 2025）。其廣泛的可用性、多功能性以及作為納米載體系統的潛力引起了學術界和工業界的極大興趣（Hadidi et al., 2023; Purba & Suswati, 2025）。SPI大約含有23%的β-伴大豆球蛋白、46%的伴大豆球蛋白和31%的親脂蛋白。結構上具有靈活性的β-伴大豆球蛋白由非二硫鍵連接的α、α′和β亞基組成（Samoto et al., 2007），具有高水溶性、快速的氣水界面吸附能力以及優異的乳化和起泡性能（Ashaolu, Greff, & Varga, 2025）。相比之下，通過二硫鍵連接的伴大豆球蛋白六聚體會形成凝膠（Sui, Zhang, & Jiang, 2021），而親脂蛋白通過與β-伴大豆球蛋白和伴大豆球蛋白的疏水相互作用協同增強凝膠和乳液的穩定性（Huang et al., 2025）。這些功能特性受分子特性如表面電荷、疏水性、分子量、等電點和結構狀態（無論是天然狀態還是變性狀態）的影響（Hadidi, Tan, Assadpour, Kharazmi, & Jafari, 2023）。
乙醇提供了一種非熱處理、無殘留物的方法來增強蛋白質的功能性（Hoon Lee, Kim, Kim, Song, & Choi, 2024）。其兩親性質可以調節溶劑極性，影響氫鍵、疏水相互作用和靜電作用，最終改變蛋白質的構象（L. Peng, Xu, Li, & Tang, 2020）。這種構象變化在溶劑去除后通常仍然存在（Nikolaidis & Moschakis, 2018）。研究表明，乙醇可以改變純化的大豆蛋白組分（如β-伴大豆球蛋白（L. Peng et al., 2020）和親脂蛋白（Zhong et al., 2023）的界面性質，且這種影響依賴于蛋白質來源和成分的不同。對于β-伴大豆球蛋白，20–60%（體積比）的乙醇濃度會增加α-螺旋含量，同時穩定表面疏水性，增加ζ電位（>40%），并降低溶解度（>80%）（L. Peng et al., 2020）。親脂蛋白在30%乙醇濃度下可逆重組，但在40%以上濃度下會過度聚集，從而影響乳化和穩定性（Zhong et al., 2023）。雖然單獨純化蛋白質組分成本高昂且不適用于大規模生產，但用85%乙醇處理脫脂大豆粉可以提高SPI的起泡能力和乳液穩定性（Hua, Huang, Qiu, & Liu, 2005）。直接用乙醇改性完整SPI可能是一種可行且高效的方法，這一策略已在乳清蛋白分離物中得到驗證（Feng et al., 2022）。
盡管取得了這些進展，但乙醇對不同大豆蛋白組分的影響仍不完整，尤其是對完整SPI的影響。關于乙醇處理下的多尺度結構變化及其與界面和功能性能之間的關系，目前仍存在知識空白。本研究以完整SPI為工業相關底物，探討了乙醇引起的結構演變，包括分子構象、表面疏水性、巰基含量（通過光譜和熱分析測定）、形態和粒徑（通過電子顯微鏡和動態光散射測定）。界面性能通過接觸角和界面張力進行評估，而技術功能性能則通過乳化和起泡指數進行評價。相關性分析闡明了分子變化與功能之間的聯系。改性的SPI進一步被用作高內相乳液（HIPEs）中的穩定劑，用于輸送蝦青素。通過關注完整SPI，本研究提供了關于結構-功能關系的見解，并推動了基于乙醇的清潔標簽策略，以調節蛋白質的功能性。
材料與化學品
低溫脫脂大豆粉（Glycine max (L.) Merr.）購自中國煙臺的Zhao Yuan食品有限公司。乙醇（>99.9%，體積比）由天津的天利化學試劑有限公司提供，大豆油則來自哈爾濱的JIUSAN集團。其他試劑包括8-苯胺-1-萘磺酸（ANS）、2-硝基苯甲酸（DTNB）、DL-二硫蘇糖醇（DTT）、蝦青素、酶（胃蛋白酶，300,000 U/g；胰酶，4,000 U/g；脂肪酶，30,000 U/g）等。
SDS-PAGE
圖1A顯示了典型的SPI亞基條帶，包括β-伴大豆球蛋白亞基（α′、α和β，分別約為75、63和48 kDa）、伴大豆球蛋白亞基（酸性和堿性，分別約為35和17 kDa）以及親脂蛋白（脂氧合酶，約為97 kDa；膜相關蛋白，分別約為34、24、18和17 kDa），這與先前的研究結果一致（Sugiyama et al., 2023）。由于高磷脂含量，疏脂蛋白條帶的顯色可能較弱，降低了Coomassie染料的靈敏度（Samoto et al., 2007）。
結論
本研究采用多尺度分析方法系統研究了乙醇濃度（0–50%，體積比）對完整SPI結構和功能性能的影響。結果表明，20–40%的乙醇處理會破壞蛋白質-溶劑的氫鍵，導致結構無序、柔韌性增加、疏水性增強、溶解度提高以及界面性能改善，從而提升了乳化和起泡能力。在40%乙醇濃度下，
作者貢獻聲明
劉文榮：撰寫初稿、方法學設計、實驗研究。苗金珠：實驗研究。Blessing Titilayo Ajala：實驗研究。張雙：指導工作、資金申請。張明浩：撰寫、審稿與編輯、概念構思
未引用的參考文獻
Basak and Singhal, 2025; O'Sullivan et al., 2016; Salman et al., 2025; Wang et al., 2023.
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的可能會影響本文研究工作的財務利益或個人關系。
數據可用性
數據可應要求提供。
利益沖突聲明
? 作者聲明他們沒有已知的可能會影響本文研究工作的財務利益或個人關系。
致謝
本研究得到了中國黑龍江省重點研發計劃（項目編號GZ2024002）的支持。
