高压处理对大豆蛋白分离物消化行为的影响：从蛋白质聚集角度探讨

《Food Hydrocolloids》：Effect of High Pressure Processing on the Digestion Behavior of Soy Protein Isolate: from a Protein Aggregation Perspective

　　

韩秋雨|王晨毅|彭宇|张伟|廖晓军|赵静

中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京，中国

摘要

大豆蛋白分离物的消化率较低，限制了其应用。为阐明加工方式如何影响大豆蛋白分离物的消化率，本研究分析了加热和高压处理对大豆蛋白分离物体外消化行为的影响。与加热相比，最佳压力下的高压处理能更有效地促进胃肠道水解及游离氨基酸的释放。400 MPa/15分钟的高压处理使大豆蛋白分离物的胃肠道水解率从46.47%上升至52.09%，并且胃肠道阶段的游离氨基酸释放量最高，比对照组高出31.28%。这一提升得益于高压处理导致的大豆蛋白分离物部分展开，同时β折叠结构减少（66.05%），这有助于在胃肠道中形成更易被消化蛋白聚集体（粒径为3.12纳米至615.10纳米），从而提高消化酶的接触效率。400 MPa/15分钟的高压处理尤其能促进甲硫氨酸和缬氨酸的胃肠道释放。肽组学分析进一步表明，400 MPa/15分钟的高压处理可促使小肽（分子量≤1000道尔顿且含氨基酸数≤6个）的释放，其中生物活性肽的比例高达18.44%。而在经加热处理的大豆蛋白分离物中并未观察到这种现象，这再次说明高压处理具有独特的机制。我们的研究为了解高压处理对大豆蛋白分离物消化行为的影响及机制提供了新见解，也为植物蛋白加工领域的创新技术发展奠定了基础。

引言

随着人们对环境可持续性的日益关注，蛋白质来源的选择逐渐偏向植物蛋白（Li等人，2024）。大豆蛋白分离物仍是应用最广泛的植物基蛋白质原料之一。其高蛋白纯度以及均衡的氨基酸组成，使其被广泛应用于肉类替代品、乳制品替代品以及强化蛋白质食品中（Hertzler等人，2020；Morton等人，2018；Sethi等人，2016；Zhang, Yuan等人，2025）。然而，作为一种典型的植物基蛋白质，大豆蛋白分离物的应用仍受到其紧密的球状结构以及易聚集特性的限制，这些特性可能会降低酶的接触效率，进而影响未经处理或加工不足的体系中的消化率（Picot-Allain等人，2021；Shaghaghian等人，2022）。为克服这一缺陷，人们采用了多种加工技术，包括酶法处理、高压处理、电场处理、高温加热、欧姆加热等（Ma等人，2026；Shaghaghian等人，2022）。由于实用性高且成本较低，热处理被广泛使用，但不当的热处理可能会降低植物蛋白的消化率（Opazo-Navarrete等人，2025）。近年来，非热处理技术，如高压处理，也被用来改善植物蛋白的功能特性，不过关于高压处理对消化行为影响的研究相对较少。此外，热处理和非热处理影响大豆蛋白分离物消化率的机制也尚未完全明确。

大豆蛋白分离物中的主要储藏蛋白是β-伴大豆球蛋白（7S）和大豆球蛋白（11S），它们通常呈现紧密的球状结构（Zheng等人，2022）。大豆蛋白分离物的天然结构特征，再加上商业提取过程中pH值调整和热处理所导致的蛋白质变性，被认为是其消化率异常的原因。这些强烈的处理方式会因蛋白质的部分变性和分子重排而增加疏水性氨基酸残基的暴露程度（Zhao等人，2023）。构象变化是导致蛋白质消化率改变的因素之一。例如，分子间疏水相互作用增强会促使形成更为紧密的球状结构，从而降低大豆蛋白分离物的消化率（Zhang等人，2023）。有研究表明，植物蛋白在消化过程中也可能会发生聚集，这种不利的聚集现象会限制酶接触切割位点，进而降低消化率（Yan等人，2024）。高温会破坏大豆蛋白分离物的三级结构，导致蛋白质展开并暴露出疏水基团，进而引发热诱导的聚集现象（Tang等人，2022）。这些聚集体可能在胃肠道消化过程中持续存在，并不断重新组合。pH值和离子强度的变化会导致聚集体重新排列，进而阻碍消化酶的扩散，最终降低整体蛋白质的消化率。先前的研究指出，经过加工处理后的大豆蛋白分离物会呈现更为紧密的构象，并因共价交联而形成不溶性消化聚集体，这会降低消化率，同时也会减缓胃排空速度（Yan等人，2024；Zhang等人，2023）。此外，加工过程中产生的氧化作用和美拉德反应也会改变蛋白质的分子结构、聚集行为以及消化特性（Wang等人，2022；Zhang, Xiao等人，2025）。因此，不同加工策略对植物蛋白消化行为的影响很可能是复杂且多因素共同作用的结果。

高压处理可以通过干扰蛋白质的非极性区域来改变其结构与构象，进而影响其消化特性。蛋白质在高压处理下的行为遵循勒夏特列原理，该原理指出，增加压力会使平衡向偏摩尔体积较小的状态移动（Khati等人，2024）。压力变化还可以引发一些低能量相互作用，从而稳定蛋白质结构，包括静电相互作用（Mulla等人，2022；Zainol等人，2021）。因此，蛋白质的结构转变，如单体展开、熔融球状结构形成以及蛋白质聚集，都取决于压力。目前，关于高压处理对植物蛋白消化率影响的研究结果并不一致，这可能是因为所采用的高压处理参数不同。已有研究表明，扁豆蛋白和红豆蛋白在不同的处理压力下会发生结构展开，进而提高蛋白质的水解率（Ahmed等人，2019；Lee等人，2018）。相反，另有研究指出，在相似的高压处理条件下，大豆蛋白分离物会逐渐形成不溶性聚集体，这可能会降低其消化率（Tang & Ma，2009）。因此，大豆蛋白分离物的消化行为及其与不同高压处理条件下蛋白质结构变化之间的关系尚不明确，这也限制了高压处理技术在植物蛋白加工中的应用。

为此，我们开展了一项综合研究，探讨热处理和非热处理对大豆蛋白分离物体外消化率的影响，旨在阐明蛋白质聚集在这一过程中的作用。我们考虑了多种指标，如粒径、表面电荷、二级结构以及蛋白质氧化程度，以此建立蛋白质聚集与消化行为之间的关联。通过氨基酸分析和肽组学分析，我们对消化产物进行了表征，从而深入了解了大豆蛋白分离物的营养价值。本研究旨在为了解高压处理和热处理对大豆蛋白分离物消化行为的影响及机制提供新见解，为通过创新技术改善其营养价值奠定基础。

章节节选

材料

大豆蛋白分离物（蛋白含量为87.33%±0.18%）购自中国山东省临沂市山松生物制品有限公司。实验中使用的其他试剂则分别来自Sigma公司（美国密苏里州Merck Ltd.）和北京索莱宝科技有限公司。

大豆蛋白分离物的高压处理

首先将大豆蛋白分离物以25毫克/毫升的浓度分散在10毫摩尔/升的磷酸盐缓冲液（pH值为7.0）中，然后在400转/分钟的速度下搅拌2小时。之后将悬浮液以8000转/分钟的速度匀浆30秒，至少重复三次。随后对悬浮液进行

水解度

图2A和2B展示了高压处理和加热处理对大豆蛋白分离物体外消化过程中水解度的影响。所有大豆蛋白分离物样本的水解度均低于15%，且在胃消化阶段（0-120分钟）上升缓慢，这说明大豆蛋白分离物的分解程度较弱，胃蛋白酶在其内部的扩散也受到限制。在胃肠道消化阶段（120-240分钟），所有样本的水解度均迅速上升，表明胰酶的蛋白水解作用更为强烈。在胃消化阶段（120分钟时）以及

结论

在本研究中，我们比较了不同加工条件下的高压处理和加热处理对大豆蛋白分离物的结构、体外消化情况以及肽谱的影响。总体而言，高压处理和加热处理都会引发大豆蛋白分离物不同的消化行为和聚集机制。研究结果表明，高压处理能更有效地促进大豆蛋白分离物的消化，其中400 MPa/15分钟的处理效果最佳，它不仅提高了蛋白质的水解度以及游离氨基酸的释放量，还

CRediT作者贡献说明

赵静：写作——审阅与编辑，研究指导，项目管理，资金获取，数据整理，概念构思。廖晓军：写作——审阅与编辑，结果验证。王晨毅：结果验证，方法设计，实验研究，正式分析。韩秋雨：写作——初稿撰写，结果验证，方法设计，实验研究，数据整理，概念构思。张伟：写作——审阅与编辑，资源协调。彭宇：写作——审阅与编辑

未引用参考文献

Chen等人，2013；Landim等人，2023；Zhang等人，2025。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（编号：2024YFD2101303）以及中国农业大学的2115人才发展支持计划的资助。