大豆分离蛋白（SPI）作为目前商业化程度较高的植物蛋白，具有成本低廉、易于获取、氨基酸平衡且营养价值高等优点。凝胶性是大豆蛋白的重要性质，由于其水凝胶具有高营养、高生物相容性等优点，在食品领域具有营养补充、包埋递送风味和活性物质等多种应用。但纯大豆蛋白水凝胶具有力学性能不足、溶解性差等多种问题，限制了大豆蛋白水凝胶在食品领域的应用。
金针菇多糖（FVP）作为食用菌中提取的天然多糖，不仅具有益智、免疫活性、抗肿瘤活性等高生物活性，且作为多羟基结构的非凝胶性阴离子多糖具有改善大豆蛋白水凝胶的潜力。南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心的潘泓杉、马高兴、胡秋辉*等将FVP与SPI混合并进行加热处理，通过分析水凝胶的结构变化以阐明水凝胶形成过程及凝胶强度变化的机理，旨在为大豆蛋白水凝胶高营养、宽领域的应用提供一定参考。
1、热处理对FVP-SPI水凝胶形成过程流变学特性的影响
如图1所示，温度从25 ℃至90 ℃上升过程中，各水凝胶G′和G″均呈下降趋势，此过程是蛋白质受热变性过程。温度在稳定90 ℃的过程中，各水凝胶G′和G″呈先缓慢下降后迅速上升的趋势，此过程中SPI本身或与多糖相互交联形成新的网状结构，使其G′和G″得到明显提升，水凝胶结构更为稳定、致密。温度从90 ℃下降至25 ℃过程中，各水凝胶的G′无明显变化，G″有所下降，表明新的水凝胶结构已经形成，温度降低也无法使水凝胶恢复，所以这种变化并非是可逆的物理变化，而是发生了断键重组的化学变化。
2、FVP对SPI水凝胶持水性的影响
如图2所示，各水凝胶的持水性有一定差异，其中SPI水凝胶的持水性最差。经过热处理或添加多糖，各水凝胶的持水性显著提升（持水率均超过95%），但这些水凝胶的持水性无显著差异（P＞0.05）。其中，与SPI水凝胶相比，h-FVP-SPI水凝胶的持水率增加了10.59%。水凝胶的持水性在一定程度上反应了水凝胶的抗干扰能力，在实际应用中，水凝胶在受压、切割等外界干扰下维持内部水的吸附和结合能力非常重要。通过高速离心可以反映出水凝胶在受压时的稳定性。这表明添加5% FVP和90 ℃下加热30 min的处理均能提高水凝胶对水的吸附和结合能力，提高水凝胶的稳定性和抗干扰能力。此外，FVP对SPI水凝胶持水性的提升能力与XG无显著差异。
3、FVP对SPI水凝胶热稳定性的影响
如表1所示，各水凝胶的第一个峰出现在55～58 ℃范围内，这个小吸热峰显示蛋白纤维的“自增强”特性。对于SPI水凝胶而言，其DSC曲线中的吸热峰主要归因于β-伴大豆球蛋白及11S球蛋白的溶解或分离。纯SPI水凝胶的Tm1和Tm2在热处理前后差异不显著，而添加多糖后，热处理前后的水凝胶的Tm1发生显著变化。热水凝胶样品的Tm1和Tm2较冷水凝胶升高。
4、FVP-SPI凝胶结构的表征分析
FVP对SPI水凝胶二级结构的影响
如表2所示，与SPI水凝胶相比，FVP-SPI水凝胶的α-螺旋含量无显著差异，β-折叠含量增加了12.9%；h-FVP-SPI水凝胶的α-螺旋含量减少了16.8%，β-折叠含量增加了17.2%。在蛋白质或多肽的规则二级结构中，肽链是高度有序的，排列的方向性决定了肽键能级转换的分裂。
FVP对SPI水凝胶三级结构的影响
由图3可知，与SPI水凝胶相比，h-SPI水凝胶的最大荧光强度增加，并伴有最大荧光强度对应波长（λmax）的轻微蓝移；FVP加入后，h-SPI水凝胶的最大荧光强度进一步提高（h-FVP-SPI）。这表明FVP和SPI水凝胶在加热条件下的静电或共价结合改变了SPI的折叠状态。
FVP对SPI水凝胶分子间作用力的影响
如图4所示，疏水相互作用、二硫键和静电相互作用是形成h-FVP-SPI复合水凝胶的主导力，这个结果与Wang Wenjie等的报道相似。在热处理或添加FVP后，SPI水凝胶的静电相互作用、氢键都得到了明显的加强；热处理也能使SPI水凝胶的二硫键作用得到显著增强。FVP是一种带负电荷的多糖，而SPI带正电荷，FVP与SPI的加热混合促进了静电相互作用的发生。因此，静电作用在h-FVP-SPI水凝胶网络的形成中发挥了主要作用，这种静电相互作用的增强可以被用于解释持水性的增强。
FVP对SPI水凝胶巯基含量的影响
如图5所示，各水凝胶的总巯基含量无显著差异（P＜0.05），说明不同处理下的水凝胶总巯基含量无变化。热处理后水凝胶的游离巯基含量显著高于未加热水凝胶。游离巯基含量是衡量蛋白质聚集的指标。由于蛋白质结构中共价键中裂解能量最低的属于二硫键和C—S键，加热至90 ℃的过程能够使β-伴大豆球蛋白和大豆球蛋白变性，11S大豆球蛋白中至少有20 个二硫基，在蛋白质变性时易发生变化，并且大豆球蛋白酸性和碱性多肽之间的S—S被破坏，引发巯基-二巯基交换反应。
FVP对SPI水凝胶表面疏水性的影响
如图6所示，加入FVP和热处理均能显著提高SPI水凝胶的表面疏水性。热处理后水凝胶的表面疏水性显著高于未热处理的水凝胶（P＜0.05），这是由于大多数非极性氨基酸可以形成疏水性核心并掩藏在蛋白质内部，而热处理促使蛋白质的疏水性氨基酸暴露，此结果与溶解度测定结果一致。
结论
添加5% FVP并通过90 ℃水浴加热30min制备FVPSPI水凝胶。在加热过程中，SPI发生热变性，发生不可逆的化学交联形成更为致密的网络结构。疏水相互作用、二硫键和静电相互作用是形成h-FVP-SPI复合水凝胶的主导力。从二级结构上，FVP大量—OH的引入导致氢键的增加使α-螺旋向β-折叠转变，二硫键的增加同时影响二级结构并伴随着三级结构的变化，使h-FVP-SPI水凝胶表面疏水性增大，凝胶强度和热稳定性得到显著提高。FVP对SPI水凝胶的稳定性和持水性的增强作用与XG无差异显著性，热稳定性显著提高。本实验为高活性菌物多糖在SPI水凝胶的应用提供了一定理论依据。
通信作者简介
胡秋辉教授，南京农业大学/南京财经大学二级教授/博导，享受国务院政府特殊津贴人员。入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”、江苏省高校青蓝工程科技创新团队带头人、江苏省“333高层次人才培养工程”中青年科学技术带头人、江苏省有突出贡献中青年专家。针对不同食用菌基础加工物性和品质劣变规律差异，研究创制了真空低温脱水技术、超声渗透组合脱水技术、复合酶解-美拉德提鲜增香精准控制技术、功能成分高效制备与稳态化技术、功能成分多维指纹图谱快速识别技术、真空微波-冷冻干燥技术、挤压预糊化交联技术、物理场耦合酶解破壁提取技术等新型食用菌分类加工技术，并开发出即食类、主食类及功能类食用菌新型健康食品，促进了食用菌产业从“鲜食烹饪”向“即食快消”多元化分类加工模式的转型升级。先后主持国家重点研发计划“战略性国际科技创新合作”重点专项项目、国家自然科学基金、“十三五”国家重点研发计划子课题、农业部948项目、江苏省现代农业重点项目等多项课题。食用菌精深加工关键技术创新与应用获2019年江苏省科学技术进步一等奖（第一完成人）、"经"，"管"，"法"，深度融合的食品科学与工程专业人才培养模式的创新及实践获2017年江苏省教学成果一等奖（第一完成人）、海洋生物功能性成分高效制备技术与应用获得2014年教育部优秀成果类科技进步二等奖（第一完成人）,担任Food Science and Human Wellness杂志编委。相关成果发表论文200余篇，2017-2021年连续入选Elsevier中国农业和生物科学领域高被引学者榜单，授权发明专利30余项。
本文《金针菇多糖对大豆分离蛋白凝胶的增强作用及其结构表征》来源于《食品科学》2022年43卷20期102-108页，作者：潘泓杉，马高兴，裴斐，马宁，仲磊，赵立艳，胡秋辉。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220407-068。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
图片来源于文章原文及摄图网。
Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。
投稿网址：
https://www.sciopen.com/journal/2958-4124
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