NaCl 增强了聚集体形式的不溶性大豆蛋白水解物的起泡性能：从物理化学、结构及界面作用的角度进行分析，并以天使蛋糕的制作为例进行说明

《Food Hydrocolloids》：NaCl enhances foaming properties of aggregated insoluble soybean protein hydrolysate: Insights from physicochemical, structural, interfacial perspectives, and angel food cake production

　　

郑旭|袁安东|黄宇涵|吴西西|徐静文|齐宝坤|严世章|姜连洲

中国黑龙江省哈尔滨市东北农业大学食品科学学院，邮编150030

摘要

聚合不溶性大豆蛋白水解物（AISPH）是一种未被充分利用的副产品，具有作为发泡剂的潜力。本研究探讨了NaCl浓度（0、10、50、100、200和300 mM）对AISPH发泡性能的影响。随着NaCl浓度的增加，静电屏蔽作用导致AISPH聚集，同时粘度显著上升。值得注意的是，在过高的NaCl浓度（300 mM）下，NaCl会破坏蛋白质的水合层，促进过度聚集，使颗粒大小增加到912.33 ± 28.78 nm。同时，NaCl还引发了蛋白质结构的展开，表现为表面疏水性的增加、游离巯基含量的增加以及从α-螺旋结构向β-折叠结构和无规卷曲结构的转变。界面吸附动力学和泡沫分析表明，NaCl通过促进AISPH在界面处的更快扩散、渗透和重排，并形成具有更好机械强度的界面膜，从而提高了发泡能力和泡沫稳定性。这两种参数在200 mM NaCl浓度时分别达到了最大值121.4 ± 4.4%和90.22 ± 5.31%。利用这一增强效果，AISPH被用作制作天使蛋糕的原料。具体来说，添加AISPH后，面糊的网络结构得到改善，在20%的替代比例下，制作出了具有高比体积和柔软质地的蛋糕。总体而言，本研究揭示了盐离子对AISPH发泡性能的调控机制，并为扩展其在充气食品中的应用提供了新的策略。

引言

充气食品，尤其是烘焙食品，在现代人类饮食中占据中心地位。在工业食品制造过程中，动物源性蛋白质（如蛋清蛋白和乳清蛋白）因其出色的发泡性能而被广泛用作功能性成分，使最终产品具有发达的多孔结构和良好的感官特性（Zhang等人，2022年）。然而，鉴于蛋白质资源供需失衡加剧，以及消费者对清洁标签和可持续食品成分的偏好增加，食品行业越来越倾向于探索植物源性蛋白质及其水解物作为动物源性蛋白质的替代品（Hong等人，2025年）。

聚合不溶性大豆蛋白水解物（AISPH）是在酶促蛋白水解过程中产生的不溶于水的沉淀物，其中水解肽主要通过疏水相互作用聚集（Du等人，2020年）。越来越多的研究表明，AISPH富含必需氨基酸，具有优异的营养价值（Ma等人，2025年）。然而，长期以来，AISPH主要被用作动物饲料或农业肥料，其在高附加值食品产品中的开发有限，导致这一宝贵蛋白质资源未能得到充分利用。直到最近，研究人员证实AISPH作为发泡剂具有显著的应用潜力。例如，Zhang、Hao等人（2024年）报告称，用Alcalase 2.4 L酶水解的大豆蛋白分离物生成的聚集体表现出显著改善的发泡性能。在另一项研究中，Li等人（2025年）也指出，这类聚集体在空气-水界面上表现出出色的吸附行为。总体而言，将AISPH作为充气食品的成分可能是一种可行且有益的替代策略。值得注意的是，除了其固有的分子结构特性外，蛋白质的功能行为在食品加工过程中受到环境因素的显著影响。实际上，由于对调节其发泡性能的关键环境因素了解不足，AISPH在复杂食品基质中的广泛应用仍然受到限制。

作为充气食品中不可或缺的添加剂，NaCl不仅调节产品的味道，还影响配方中蛋白质的发泡性能（Wan等人，2024年）。在一定离子强度范围内，NaCl引起的静电屏蔽效应可以有效减弱蛋白质分子间的静电排斥力，调节蛋白质聚集体的形成和聚集速率（Sun & Holley，2011年；Zhang等人，2025年）。此外，作为强水合阳离子，Na⁺会与蛋白质表面的极性基团竞争结合水分子，从而削弱蛋白质周围的水合层（Yang、Ding等人，2025年）。这种离子介导的屏蔽作用和水合竞争的协同效应会根据蛋白质类型和离子强度的不同而表现出特定的响应，从而改变蛋白质的物理化学性质及其空气-水界面性质和发泡行为（Ding等人，2024年）。Chen等人（2025年）报告称，随着NaCl浓度（0–100 mM）的增加，小麦水相蛋白质形成了更大的聚集体，这促进了它们在空气-水界面的吸附并增强了发泡性能。Ding等人（2024年）观察到，50 mM NaCl降低了蛋清蛋白的表面电荷和表面水合层，导致蛋白质聚集和发泡能力下降。相反，过高的500 mM浓度则促进了蛋白质的解离和溶解，从而显著提高了发泡能力和泡沫稳定性。因此，使用AISPH作为模型来研究离子强度如何影响泡沫行为对于扩展其在食品中的后续应用至关重要。

在我们之前的研究中，我们证实超声波改性进一步显著增强了AISPH的界面活性（Xu、Wu等人，2026年），基于此我们提出了将其作为新型发泡剂用于泡沫稳定的可行性。考虑到盐离子强度是影响实际烘焙过程中蛋白质功能特性的关键因素，我们评估了不同NaCl浓度下AISPH的物理化学性质、分子结构、空气-水界面行为和发泡性能，以充分阐明其作用机制。此外，由于天使蛋糕是测试蛋白质发泡性能的经典食品模型，因此进一步研究了AISPH作为蛋清蛋白替代品在实际应用中的表现。总之，本研究为大豆蛋白副产品的利用提供了实用策略，并拓宽了AISPH在食品工业中的应用范围。

章节片段

材料

脱脂大豆粉（“低加热”，含0.45克蛋白质）由山东禹旺实业有限公司（中国山东）提供。所有其他化学试剂均为分析级。

样品制备

AISPH的制备方法如我们之前的研究所述。随后，制备了1%（w/v）的AISPH分散液，并在20 kHz（400 W）下进行10分钟的超声处理，脉冲模式为4秒开启/2秒关闭。然后准确称量不同量的NaCl并溶解到分散液中，以达到最终浓度

ζ电位和颗粒大小

ζ电位反映了分散系统中颗粒的表面电荷分布。通常，ζ电位的绝对值较低表示表面电荷较低，伴随颗粒聚集或沉淀。图1A记录了添加NaCl前后颗粒ζ电位的变化。结果表明，随着NaCl的添加，AISPH的ζ电位绝对值从27.3 ± 0.69 mV显著降低到12.86 ± 0.7 mV（P < 0.05）

结论

本研究系统地研究了NaCl浓度从0到300 mM范围内AISPH的物理化学、结构和界面性质，以及其在天使蛋糕中的应用性能。结果表明，NaCl通过静电屏蔽作用和竞争蛋白质表面的水合层，破坏了蛋白质内部的氢键，导致蛋白质展开并暴露出游离巯基和疏水基团。

CRediT作者贡献声明

郑旭：撰写——原始稿件，方法学部分。袁安东：撰写——审阅与编辑。黄宇涵：撰写——审阅与编辑。吴西西：概念构思。徐静文：概念构思。齐宝坤：资源准备。严世章：项目管理。姜连洲：概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们与本研究无利益冲突。我们声明与提交的工作无关的任何商业或关联利益。

致谢

我们衷心感谢龙江科技人才支持计划（CYQN24015）的支持。