华中农业大学金永国、付星:酵母蛋白 vs. 植物蛋白——结构-功能关系、高固流变学、热稳定性及体外消化特性比较研究
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华中农业大学金永国、付星：酵母蛋白 vs. 植物蛋白——结构-功能关系、高固流变学、热稳定性及体外消化特性比较研究近日，华中农业大学食品科学技术学院金永国教授和付星副教授（共同通讯作者）在国际期刊 ACS Food Science & Technology 发表研究论文，题为"Yeast vs Plant Protein Isolates: Structure–Function for Food Interfaces, High-Solids Rheology, Thermal Stability, and In Vitro Digestibility"。本研究系统比较了酿酒酵母蛋白分离物（YP）与四种常见植物蛋白分离物——大豆（SPI）、马铃薯（PPI）、南瓜籽（HPI）和燕麦（OPI）——在相同标准化条件下的结构特征与功能表现。研究揭示了酵母蛋白在界面吸附、起泡性、热稳定性和消化性方面的独特优势，并为微生物蛋白与植物蛋白的复配策略提供了理论依据。随着全球对可持续蛋白质需求的日益增长，微生物蛋白（如酵母蛋白）作为植物蛋白的补充或替代品受到广泛关注。然而，此前缺乏在相同条件下对不同来源蛋白分离物进行系统性、机理驱动的比较研究。植物蛋白在实际应用中存在诸多局限：大豆蛋白在等电点附近溶解度低；燕麦蛋白含硫氨基酸不足，热稳定性受限；马铃薯和南瓜籽蛋白构象刚性较强，界面活性不足；此外，植物蛋白受农业输入、品种和季节影响，批次间差异较大。相比之下，酵母蛋白通过可控的发酵生产，具有组成稳定、生产周期短、不依赖耕地等优势。然而，其结构与功能之间的关系尚未被系统阐明。本研究旨在填补这一空白，在 pH 7.0、低离子强度的标准化条件下，综合运用多尺度表征手段（SEM、CD、FTIR、XRD、荧光光谱、粒径/ζ-电位等）和食品功能测试（溶解度、表面疏水性、乳化/起泡性、15%高固流变学、体外消化率），建立酵母蛋白从分子结构到功能表现的定量联系，并与四种植物蛋白进行直接对比。1.酵母蛋白具有独特的结构特征
二级结构：CD 和 FTIR 分析表明，YP以 β-折叠为主（35.5%），同时含有一定比例的无规卷曲，这种"有序+柔性"的组合使其兼具热稳定性和界面重排能力。
三级结构：荧光光谱显示YP 的色氨酸残基处于更疏水、更少暴露的微环境中，与 XRD 显示的局部有序结构一致，表明其构象紧凑。
表面元素特征：SEM-EDS 显示YP 表面磷（31.8%）和硫（37.4%）信号较高，可能影响其在配方中的水合作用和离子相互作用。
2.酵母蛋白在界面功能方面表现优异
表面疏水性（H₀）： YP 的 H₀ 值最高（521），显著高于 SPI（218）、OPI（192）、HPI（183）和 PPI（142），为其快速吸附到油-水和空气-水界面提供了热力学驱动力。
乳化活性（EAI）： YP 的乳化活性指数最高，表明其能够在均质化过程中快速形成乳液。
起泡能力（FA）和泡沫稳定性（FS）： YP 的起泡能力和泡沫稳定性均显著优于所有植物蛋白，适合用于充气食品体系。
形成-稳定性的权衡：尽管 YP 在乳液快速形成方面表现最佳，但大豆蛋白（SPI）在 10 分钟内的乳液稳定性指数（ESI）最高。这提示在配方设计中可采用 YP 与 SPI 复配的策略，同时实现快速形成和短期稳定。
3.酵母蛋白在高固体系中的流变学优势
在15%（w/w）的高蛋白浓度下，YP分散体系表现出最低的表观粘度和剪切变稀行为。这一特性使其能够在不显著增加体系稠度的情况下实现高蛋白加载，特别适用于高蛋白饮料、可倾倒乳液和清洁标签产品。
4.酵母蛋白具有优异的热稳定性
TGA/DTG分析表明，YP的起始降解温度约为 275°C，主降解峰位于 325–340°C，是所有测试蛋白中热稳定性最高的。这与其高 β-折叠含量和 XRD 显示的部分结晶性一致，表明其紧密堆积的有序结构在加热条件下更耐断裂和解折叠。
5.酵母蛋白具有良好的体外消化性
YP 的体外蛋白消化率（IVPD）为 84.2%，与 PPI（86.5%）和 HPI（85.3%）相当，显著高于 OPI（77.5%）和 SPI（82.7%）。两阶段模拟胃肠消化（胃相 0–60 min，肠相 60–240 min）的水解度（DH）曲线进一步揭示了不同蛋白在早期水解速率和最终水解程度上的动力学差异，为结构-消化性关系提供了时间分辨的证据。Figure 1. YP 与四种植物蛋白的 SEM 表面形貌图像（×5000 和 ×10000 倍放大）Figure 2. YP 与四种植物蛋白的 ATR-FTIR 光谱（上）和 XRD 图谱（下）。Figure 3. YP 与四种植物蛋白的流变学、热重分析及紫外光谱。（A）表观粘度，（B）TGA，（C）DTG，（D）UV-Vis。Figure 4. YP 与四种植物蛋白的体外模拟胃肠消化水解度（DH）曲线（0–240 min）。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsfoodscitech.5c01218
金永国，华中农业大学食品科学技术学院食品安全与微生物系教授，博士生导师，国家蛋鸡产业体系蛋品加工研究室蛋品加工岗位科学家。2008年毕业于韩国江原大学生物产业工学部食品生命工学科，获工学博士学位，2009年受聘于华中农业大学食品科技学院从事教学科研工作。主要从事蛋品科学等领域的研究，参与肉品加工与蛋品保鲜、检测、深加工等方面的研究，并致力于蛋品加工，对传统蛋制品加工工艺进行改进，并开发相应新型蛋制品；围绕蛋清抗菌体系为研究对象，系统评价蛋清中抑菌性物质的组成及其抑菌机理；分析不同品种鸡蛋的营养成分差异，阐释其原因，提升禽蛋资源在人类营养与保健方面的应用价值。主持国家蛋鸡产业体系项目、国家自然基金青年基金项目、国家自然基金重点项目子课题和中央高校基本科研业务费专项资金项目；参与公益性行业（农业）科研专项、国家自然基金面上项、国家自然基金青年项目、多项横向和基础研究项目等；参与完成成果鉴定/成果评定7项，申报发明专利13项，其中授权3项；已在本专业领域核心期刊公开发表学术论文60余篇。
付星，华中农业大学食科院副教授，博士生导师，九三学社成员。韩国江原国立大学访问学者，国家自然科学基金评审专家、湖北省科技厅专家库专家，省院士专家企业行成员，江苏省科技副总、江苏省科技镇长团成员，蛋品加工技术国家地方联合工程研究中心骨干，亚洲蛋品协会副秘书长。主要研究方向为禽蛋蛋白质和新型酶制剂的挖掘、功能、特性和应用；建立了耐冷几丁质酶的筛选及克隆表达方法，系统研究了低温催化及水解转化的作用机制。先后承担国家自然科学基金国际交流合作和面上项目各1项、中央高校基本科研业务费专项基金2项、湖北省自然科学基金、十三五国家重点研发、中韩青年科学家计划等项目10余项；以第一作者或通讯作者发表研究论文60余篇（最高影响因子18.4，高被引1篇），授权发明专利10余件；获得湖北省技术发明一等奖、湖北省科技进步二等奖、中国畜产品加工研究会科技进步一等奖；指导大学生获国家创业训练计划3项，国家级及省级以上创新大赛获奖10余项。担任Food, Nutrition and Health; Agricultural Products Processing and Storage; Food Science of Animal Products; Gels, 食品科学技术学报、中国家禽期刊的青年编委，以及Food Chemistry; Food Hydrocolloidals; LWT; Ultrasonics Sonochemistry; Carbohydrate Polymer等杂志审稿人，组织国际性会议4次，在国内外展示科研成果并作大会汇报10余次。Talha Riaz，华中农业大学食品科学技术学院博士研究生。主要研究方向为酵母蛋白及微生物单细胞蛋白的结构—功能关系、界面特性及其在食品体系中的应用。目前以第一作者在 Food Research International、ACS Food Science &Technology、Food Biophysics、European Food Research and Technology 等SCI期刊发表论文4篇。
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