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IF=8.0!四川农业大学食品学院:大豆分离蛋白淀粉样原纤维增强全豆豆腐的凝胶特性:形成机制与质构改良

  • 2026-10-27 12:28:02
IF=8.0!四川农业大学食品学院:大豆分离蛋白淀粉样原纤维增强全豆豆腐的凝胶特性:形成机制与质构改良

图文来源:作者团队

大豆分离蛋白淀粉样原纤维增强全豆豆腐的凝胶特性:形成机制与质构改良

四川农业大学食品学院:Junpeng Chen(第一作者),Qing Zhang(通讯作者)在期刊《Food Research International》(IF:8.0)发表了题为“Gel properties of whole soybean curd reinforced by soybean protein isolate amyloid fibrils: Formation mechanism and texture enhancement ”的论文。

01
研究概述

该研究探讨了大豆分离蛋白淀粉样原纤维(SPIAF)对全豆豆腐(WSC)加工品质的影响及相关机制。结果表明,SPIAF 通过增强疏水相互作用和氢键作用强化凝胶网络,进而提升全豆豆腐的硬度、持水性(WHC)和结构完整性。流变学分析证实,SPIAF 可促进更强健凝胶网络的形成:添加0.4% SPIAF 时,全豆豆腐的胶凝时间从208秒缩短至154秒;在0.2%–0.4%的适宜浓度范围内,两种基质(SPI 凝胶和全豆豆腐)的储能模量(G′)均显著提高。对于SPI凝胶,当 SPIAF浓度为0.4%–0.8%时,硬度提升5.9%,持水率达66.1%;对于全豆豆腐,0.4%的SPIAF可实现最佳质构,硬度提升45.4%,持水率改善7.2%。然而,当 SPIAF 浓度超过0.8% 时会破坏凝胶形成 —— 添加1.0% SPIAF 时,全豆豆腐的硬度急剧下降81%,持水性也明显恶化。研究推导得出 SPIAF 的作用机制为 “蛋白 - 原纤维协同网络”:通过桥接蛋白质分子、填充凝胶孔隙以及与基质成分适应性相互作用发挥功效。这一机制得到多项结果支持:(1)疏水作用和氢键作用的增强证实了蛋白质桥接效应;(2)硬度、持水性的提升及扫描电镜(SEM)观察到的致密微观结构反映了孔隙填充作用;(3)复杂全豆豆腐基质中胶凝动力学和模量的变化体现了适应性相互作用。综上,SPIAF 作为一种多功能质构改良剂,在高品质全豆食品的品质提升方面具有广阔应用潜力。

02
研究背景

全豆豆腐(WSC)是一种融合绿色健康理念的创新豆制品,省去了传统豆腐生产中固有的过滤步骤。这种工艺不仅能保留大豆的所有组成成分,包括纤维素、半纤维素、不溶性蛋白质和多糖,实现大豆子叶中多种营养功能成分的综合利用,还能显著减轻豆渣加工带来的资源浪费和环境污染问题。然而,全豆豆腐的凝胶强度相对较弱,这主要归因于其含有的大量膳食纤维(如纤维素、大豆多糖)及其他不溶性物质。这些成分会削弱蛋白质分子间的相互作用,导致全豆豆腐的凝胶网络结构比传统豆腐更为松散,硬度、内聚性、弹性和咀嚼性均有所下降。

目前改善全豆豆腐品质的策略主要集中在通过高能物理加工细化大豆粉颗粒尺寸,或研发新型化学 / 酶促胶凝剂。这些方法虽能改变原料整体组成或加工条件,但往往无法从根本上解决膳食纤维和不溶性成分对凝胶网络的干扰问题。关键在于,目前关于在大豆粉或豆浆体系中应用淀粉样原纤维等非传统蛋白基结构剂的研究尚显匮乏。此外,全豆豆腐中天然成分(如纤维素、半纤维素、不溶性蛋白质和多糖)调控凝胶形成及最终质构的复杂机制,仍有待深入探索。这一研究缺口阻碍了针对全豆豆腐这类复杂全食物基质的质构改良剂的定向设计。

蛋白质淀粉样原纤维是具有交叉 β- 折叠结构的蛋白质聚集体,由错误折叠的蛋白质自组装形成刚性、高长径比的纳米纤维。与天然蛋白质相比,蛋白质淀粉样原纤维表面含有大量官能团和活性位点,因此具备更优异的理化特性。凭借其优异的机械性能、显著的表面活性和结构各向异性,蛋白质淀粉样原纤维在食品工业中的应用日益广泛。研究人员通过将乳清蛋白淀粉样原纤维与胡萝卜花青素结合,开发出可快速检测海鲜腐败的 pH 响应型智能包装膜,与对照组相比,蛋白质转化为淀粉样原纤维后,薄膜性能显著提升。此外,β-折叠转化生成的类淀粉样溶菌酶原纤维可使水果蜡层的附着力提高 31%,从而将易腐农产品的保质期平均延长2至5倍。尽管蛋白质淀粉样原纤维在多个食品领域展现出明显价值,但关于其直接用于改善结构化凝胶类食品的凝胶网络结构和质构的研究报告相对较少,且其潜在作用机制仍不明确。已有研究发现,乳清蛋白淀粉样原纤维可自组装形成质地均匀或柔软的乳液凝胶;将蛋白质淀粉样原纤维加入复合水凝胶体系,可形成更均匀的互穿网络,进而提高水凝胶的刚性;玉米蛋白淀粉样原纤维在玉米蛋白胶凝过程中会形成无定形原纤维网络结构;豌豆蛋白淀粉样原纤维的存在也被证实能增强凝胶的结构完整性。上述研究表明,蛋白质淀粉样原纤维作为一种具有良好理化特性的新型蛋白质聚集体,有望作为非传统胶凝剂,用于改善凝胶质构。此前研究发现,源自乳清蛋白、溶菌酶、玉米醇溶蛋白、豌豆蛋白甚至同源大豆分离蛋白(SPI)等多种蛋白质的淀粉样原纤维,能显著增强热诱导或酸诱导的蛋白质凝胶基质。这些原纤维主要被添加到乳清蛋白凝胶、豌豆蛋白凝胶或大豆分离蛋白热诱导凝胶等简单的单组分蛋白质体系中,通过充当纳米填充剂或互穿原纤维支架,提升凝胶的刚性、持水性和网络连续性。然而,这些应用均局限于相对均一的蛋白质基质。据作者所知,淀粉样原纤维在全豆豆腐这类含脂质、可溶性多糖、膳食纤维和不溶性残渣的多组分食品体系中的行为,尚未得到探索。现有证据表明,虽不能完全排除潜在的生物相互作用,但尚无确凿证据表明食品源蛋白质淀粉样原纤维比传统热诱导蛋白质聚集体具有更高或更低的安全风险。近期综述也指出,植物蛋白在常见食品加工过程中会自然形成原纤维结构,因此有必要持续研究其消化特性和毒性特征。

大豆分离蛋白(SPI)作为消费量最大的植物蛋白,具有成本低、易获取和功能特性优异等优势,在酸性加热处理、高温预处理等适宜条件下也能形成淀粉样原纤维。蛋白质纤维化已成为改善大豆分离蛋白技术功能特性的有效手段。大豆分离蛋白淀粉样原纤维(SPIAF)具有显著的理化特性,包括乳化性、起泡性、增稠性以及良好的界面流变特性,是一种极具潜力的食品配料。由于大豆分离蛋白淀粉样原纤维与大豆分离蛋白凝胶基质在结构上具有相似性,因此可能表现出更强的相容性和协同效应,是优化大豆蛋白凝胶体系的理想候选材料。近期研究表明,同源大豆蛋白原纤维能增强热诱导大豆分离蛋白凝胶的性能。然而,其在全豆豆腐等多组分食品基质中的行为仍不明确。因此,该研究在大豆分离蛋白凝胶和全豆豆腐两种体系中探究大豆分离蛋白淀粉样原纤维的作用,以阐明基质依赖性差异。为此,作者将不同用量的大豆分离蛋白淀粉样原纤维分别加入大豆分离蛋白凝胶和全豆豆腐中,通过细致监测胶凝过程中机械性能和结构的变化,揭示大豆分离蛋白淀粉样原纤维对大豆分离蛋白凝胶和全豆豆腐的形成过程、凝胶网络结构及理化特性的影响机制

03
研究方法与结论

该研究表明,大豆分离蛋白淀粉样原纤维(SPIAF)可通过增强疏水相互作用和氢键作用,促进形成更致密、稳定的凝胶网络,进而有效改善大豆分离蛋白(SPI)凝胶和全豆豆腐(WSC)的质构及理化特性。研究提出 “动态调控蛋白 - 原纤维协同网络” 机制,即 SPIAF 通过桥接蛋白质分子、填充凝胶孔隙以及与基质成分相互作用,实现凝胶结构的强化。流变学分析显示,添加0.4% SPIAF 可使全豆豆腐的胶凝时间从 208秒缩短至154秒,且在0.2%–0.4%的浓度范围内,两种基质的储能模量(G′)均显著提高。对于SPI凝胶,当 SPIAF 浓度为0.4%–0.8%时,硬度提升85.9%,持水率达66.1%;对于全豆豆腐,0.4%的SPIAF 可使硬度提升45.4%,持水率改善 7.2%。当 SPIAF浓度超过0.8%时,会破坏凝胶形成,这一现象在全豆豆腐中尤为明显。这些结果证实,SPIAF有望克服全豆豆腐的品质缺陷,为开发高品质全豆凝胶类产品提供理论基础。此外,未来研究应进一步明确 SPIAF的基质依赖性和离子依赖性行为,并验证其安全性,为其作为天然多功能配料应用于植物基凝胶产品提供支持。

04
图文赏析

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.foodres.2025.118199

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翻译:李硕

编辑:科研小助

审核:席书敏

专家指导:张康逸

供稿团队:小麦绿色精深加工与功能性食品创制创新团队

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