《Food Hydrocolloids》：Composition and structure of a mucilaginous polysaccharide extracted from black gram (
Vigna mungo (L.) Hepper) during preparation of fermented dairy alternatives
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為探究黑豆黏質多糖在植物基乳品加工過程中的結構穩(wěn)定性與應用潛力，本研究通過酶處理、發(fā)酵與離心等工序提取多糖，并綜合運用糖組分、糖苷鍵、核磁共振（NMR）及尺寸排阻色譜（SEC-MALLS）分析，系統表征了其作為富含阿拉伯聚糖的鼠李半乳糖醛酸聚糖-I（RG-I）的高分子結構與功能特性。結果表明，該多糖在不同加工條件下結構穩(wěn)定，分子量高達7.10–8.75 × 106Da，這為將其開發(fā)為兼具質構改良與潛在益生元功能的食品親水膠體提供了科學依據。
在追求健康與可持續(xù)的飲食潮流中，植物基乳替代品正受到前所未有的關注。然而，要復制動物乳制品那令人愉悅的口感、質地和穩(wěn)定性，并非易事。科學家們常常需要依賴各種食品添加劑，如親水膠體，來改善產品的流變學特性和口感。與此同時，消費者也對“清潔標簽”和天然、功能性成分抱有更高期待。那么，是否存在一種源自天然食材，既能充當優(yōu)秀的質構改良劑，又可能對人體健康有益的“多面手”成分呢？
目光轉向南亞一種古老而常見的食材——黑豆（Vigna mungo (L.) Hepper）。這種豆類不僅是制作傳統發(fā)酵點心“印度蒸米糕”（idli）的關鍵原料，賦予其獨特海綿質感的“秘密武器”之一，便是其種子表面富含的一種黏質多糖。這種天然黏液被認為具有增稠、穩(wěn)定和乳化的潛力，恰是植物基產品夢寐以求的特性。更令人興奮的是，結構類似的植物多糖（如富含阿拉伯糖的鼠李半乳糖醛酸聚糖-I）已被多項研究證實能夠被腸道菌群發(fā)酵，產生有益的短鏈脂肪酸，從而調節(jié)菌群組成、增強免疫反應，展現出益生元特性。
然而，要將這種“潛力股”成功應用于現代食品工業(yè)，尤其是經過多道加工工序的植物基乳品中，我們必須回答幾個關鍵問題：這種黑豆黏質多糖的精確化學結構是什么？它在研磨、酶解、發(fā)酵、離心等典型的食品加工過程中，其結構、組成和分子量是否會遭到破壞而發(fā)生變化？其結構穩(wěn)定性直接關系到其在最終產品中功能（如增稠、穩(wěn)定）的可預測性和一致性。目前，關于天然黑豆黏質多糖的詳細分子特征及其在模擬乳品加工條件下的穩(wěn)定性信息仍很有限。
為了填補這一知識空白，一項發(fā)表于國際知名期刊《Food Hydrocolloids》的研究應運而生。來自新西蘭維多利亞大學費里爾研究所的 Ian M. Sims 等人，開展了一項系統性研究，旨在揭示從黑豆中分離的黏質多糖的精確結構，并評估其在模擬植物基乳替代品制備的一系列加工步驟后的穩(wěn)定性。
研究人員采用了多種關鍵技術方法對多糖進行深入表征。他們以新西蘭本地購買的去皮黑豆為原料，模擬乳品加工流程，制備了四個不同處理階段的樣品：生漿（BG1）、酶處理漿（BG2）、發(fā)酵漿（BG3）和離心上清液（BG4）。隨后，通過透析和切向流過濾（分子量截留300 kDa）分離純化得到黏質多糖樣品（BGM1-4）。核心分析技術包括：1) 采用高效陰離子交換色譜（HPAEC）測定單糖組成；2) 通過甲基化分析（羧基還原后）確定糖苷鍵連接方式；3) 利用核磁共振波譜（NMR，包括一維氫譜和二維HSQC譜）解析精細結構；4) 運用尺寸排阻色譜-多角度激光光散射聯用技術（SEC-MALLS）測定分子量（Mw）和分子尺寸。
3.1. 分離黏質多糖的得率和總糖含量
從不同加工階段的懸浮液中分離出的黑豆黏質多糖得率相近（0.65–0.73 g/100g濕樣）。生漿樣品（BGM1）的總糖含量約為48%，酶處理后（BGM2）升至67%，后續(xù)處理樣品（BGM3, BGM4）則在53-57%之間，表明加工處理影響了共提取雜質的去除程度，而非多糖本身。
3.2. 黏質多糖的結構分析
3.2.1. 單糖組成
所有樣品的主要單糖均為阿拉伯糖（Ara）、半乳糖（Gal）、鼠李糖（Rha）和半乳糖醛酸（GalA），其摩爾比在處理前后高度相似。這表明加工處理幾乎未改變多糖的基本糖組成。高比例的阿拉伯糖和半乳糖，加上大致等量的GalA和Rha，初步提示其結構核心是鼠李半乳糖醛酸聚糖-I（RG-I），并帶有富含阿拉伯糖和半乳糖的側鏈。
3.2.2. 糖苷鍵分析
甲基化分析結果與單糖數據一致，揭示了主要的糖苷鍵類型。關鍵發(fā)現是存在近似等量的→2,4)-Rhap-(1→和→4)-GalpA-(1→連接，這確證了多糖骨架為RG-I，且?guī)缀跛械氖罄钐菤埢腛-4位都連接有中性側鏈。側鏈分析顯示，其主要由高度分支的阿拉伯聚糖[包含→5)-Araf-(1→, →2,5)-Araf-(1→, →3,5)-Araf-(1→和→2,3,5)-Araf-(1→等連接]構成，同時含有較低比例的I型半乳聚糖[→4)-Galp-(1→等]和II型阿拉伯半乳聚糖[→3)-Galp-(1→等]。不同處理樣品（BGM1-4）的連接方式分析結果幾乎相同，再次證明加工未改變多糖的共價連接結構。
3.2.3. 核磁共振波譜分析
所有樣品的氫譜幾乎完全一致，進一步證實加工未導致結構重大變化。二維HSQC譜的指認支持了上述結論：在異頭區(qū)觀測到歸屬于α-阿拉伯呋喃糖（α-Araf）和β-半乳吡喃糖（β-Galp）的信號，以及歸屬于α-鼠李吡喃糖（α-Rhap）H-6的特征信號（δ 1.3 ppm）。譜圖中還檢測到低水平的O-乙酰基信號，但未發(fā)現甲酯化的證據，這與典型的RG-I結構特征相符。
3.2.4. 分子量分析
SEC-MALLS分析顯示，所有樣品均呈現一個主峰，占總洗脫物質的90%以上。其重均分子量（Mw）極高，在7.10至8.75 × 106Da之間，且多分散性指數（D）很低（~1.05），回轉半徑（Rg）為110-116 nm。這表明分離得到的多糖是分子量極高且分布均勻的大分子，不同處理對其分子尺寸影響甚微。
3.3. 加工處理對黏質多糖組成和結構的影響
綜合所有分析結果，本研究得出明確結論：對黑豆?jié){進行淀粉降解酶（α-淀粉酶和糖化酶）、纖維素酶處理，以及使用含多種乳酸菌和雙歧桿菌的酸奶發(fā)酵劑進行發(fā)酵，均未改變所分離出的黑豆黏質多糖的單糖組成、共價結構（糖苷鍵連接）或高分子量特性。這與早期一些關于黑豆自然長時間發(fā)酵會改變多糖組成和黏度的研究結果不同，差異可能源于所使用的特定商業(yè)發(fā)酵菌種與自然發(fā)酵體系中復雜菌群在代謝活性上的區(qū)別。
4. 結論
本研究的核心結論強調，從黑豆中分離的黏質多糖是一種結構穩(wěn)定的高分子聚合物。其主要結構被鑒定為一種鼠李半乳糖醛酸聚糖-I（RG-I），其中性側鏈以高度分支的阿拉伯聚糖為主，輔以少量I型和II型阿拉伯半乳聚糖。其分子量極高（超過700萬道爾頓）。最關鍵的是，在模擬植物基乳替代品生產的典型加工步驟（研磨、酶處理、發(fā)酵、離心）中，該多糖的上述核心結構特征和分子量均表現出顯著的穩(wěn)定性。
這一結論具有雙重重要意義。在食品科技層面，黑豆黏質多糖對常見加工條件的穩(wěn)定性，為其作為一種可靠的天然食品親水膠體應用鋪平了道路。制造商可以期待它在植物基飲料、酸奶替代品等產品中提供一致且可預測的增稠、穩(wěn)定和凝膠特性，有助于減少對合成或非清潔標簽膠體的依賴。在營養(yǎng)與健康層面，其富含阿拉伯聚糖的RG-I結構，與已知能被腸道菌群發(fā)酵并產生有益代謝物（如短鏈脂肪酸）、從而調節(jié)菌群、增強免疫力的益生元結構高度類似。這暗示黑豆黏質多糖可能具有超越質構改良的潛在健康益處，例如作為益生元促進腸道健康。
因此，這項工作不僅首次系統解析了黑豆黏質多糖在模擬乳品加工條件下的結構穩(wěn)定性，為其工業(yè)應用提供了關鍵的科學背書，也為其未來在功能性食品領域的深度開發(fā)——作為一種兼具技術功能和潛在健康促進作用的“雙功能”成分——奠定了堅實的化學與結構生物學基礎。后續(xù)研究可聚焦于其具體的流變學性質、在復雜食品體系中的功能表現，以及通過體外、體內實驗驗證其益生元效應和具體的健康作用機制。
