大豆分离蛋白（SPI）是优质蛋白质的主要来源，成本低廉，具有很高的营养价值。利用多酚与蛋白相互作用改善蛋白质的功能特性已成为研究热点。蓝莓花色苷（BANs）是一种多酚类物质，具有丰富的生物学活性。BANs与SPI相互作用能够增强SPI的功能活性，具有广阔的应用前景。研究表明，除了温度、pH值、离子浓度等外部因素会影响花色苷与蛋白相互作用，一些物理加工技术，如超声、高压、脉冲电场等，也可以通过改变蛋白质结构与功能影响花色苷与蛋白的相互结合。高功率脉冲微波（HPPM）作为一种新型的食品加工技术，可通过将高压脉冲加在磁控管上产生周期性高频脉冲微波从而作用于样品，具有平均功率低、耗能小、效率高、瞬时高能和间歇作用的特点。
江苏省农业科学院农产品加工研究所的吴 寒、刘小莉*、周剑忠*等人主要利用HPPM物理场作为强化传质的手段，研究其对BANs改性SPI方面所发挥的作用，一方面探究HPPM对SPI-BANs复合物加工特性和功能活性的影响；另一方面，进一步明确新型大豆蛋白配料——高功率脉冲微波-大豆分离蛋白-花色苷（HPPM-SPI-BANs）复合物在戚风蛋糕中的应用效果，为深入探讨物理场协同改性大分子蛋白的作用机制提供一定的理论参考，同时为扩大HPPM在食品领域的应用范围提供新的思路。 如图1所示，SPI溶解性为42.44%，与对照SPI相比，添加花色苷后，SPI-BANs复合物的溶解性显著增加了0.39 倍（P＜0.05），这可能是花色苷与大豆蛋白相互作用，使蛋白质结构改变，多肽链展开，疏水基团暴露所造成的。此外，在HPPM处理条件下，HPPM-SPI-BANs复合物的溶解性提高了1.11 倍，表明物理场处理可能破坏蛋白质的二级结构，使β-折叠和α-螺旋发生改变，此时水分子更易进入蛋白质内部与其分子发生水和作用，提高了蛋白质的溶解性。HPPM波协同花色苷对SPI起泡性及泡沫稳定性的影响
基于在空气-水界面的快速扩散和结构展开，蛋白质表面张力下降，产生发泡行为，然而，空间构象和表面电荷密度能够改变SPI的二级和三级结构，影响蛋白质的起泡功能。如图2所示，SPI-BANs复合物的泡沫稳定性显著高于SPI（P＜0.05），这可能与蛋白质和花色苷互作后蛋白结构改变有关。此外，HPPM-SPIBANs的起泡性和泡沫稳定性均显著高于SPI和SPI-BANs（P＜0.05），高功率脉冲微波处理可能使得蛋白质结构柔韧性增强，具有更低的表面张力，复合物可在空气-液体界面形成更多弹性气泡，吸附在气-水界面上，说明HPPM处理协同花色苷能够更有效地改善SPI的起泡功能。
HPPM波协同花色苷对SPI乳化性及乳化稳定性的影响
图3所示为SPI、SPI-BANs和HPPM-SPI-BANs的乳化性和乳化稳定性分析结果。相同质量浓度下，SPI-BANs的EAI和ESI均显著高于SPI（P＜0.05），这可能是蛋白质与花色苷结合使蛋白质结构改变，液滴间空间斥力增加和表面电荷变化所致。对于HPPM-SPI-BANs，其EAI和ESI则显著高于SPI-BANs，表明HPPM处理能使蛋白质的结构舒展，链节变得更为柔顺，有利于在界面上进行分子有序重排，同时增强蛋白质与花色苷的分子间作用力，提高蛋白质的亲水亲油性和乳化能力。 对SPI、SPI-BANs和HPPM-SPI-BANs三者的抗氧化能力进行热图分析，结果如图4所示。热图中颜色的深浅表示样品抗氧化能力的强弱，其中，SPI几乎不具备抗氧化能力，在DPPH清除自由基能力方面，HPPM-SPIBANs的清除能力明显高于SPI和SPI-BANs，且SPI-BANs也明显高于SPI（P＜0.05）。铁离子还原能力在3 种样品中的变化趋势与DPPH自由基清除能力基本一致。由此可见，复合物抗氧化能力的增强主要来源于花色苷的作用，其抗氧化活性较强，通过与蛋白质相互结合可以赋予SPI更高的功能活性。此外，HPPM-SPI-BANs的抗氧化活性均明显高于SPI-BANs，这是因为HPPM等物理场可有效促进SPI与BANs结合，提高复合物中花色苷结合率，同时使蛋白质中掩埋的还原性基团更多地暴露，从而更大程度上增强复合物的抗氧化活性。综上，通过HPPM协同BANs处理SPI，能够更有效地赋予SPI生理活性方面的功能，制备得到的复合物HPPM-SPI-BANs也可作为新型蛋白配料应用于食品工业中，以强化产品的抗氧化活性。4 HPPM-SPI-BANs对蛋糕烘焙特性的影响
由表1可知，添加HPPM-SPIBANs对蛋糕的水分散失有显著抑制作用（P＜0.05）。与此同时，戚风蛋糕的正常含水率应在35%～44%之间，最佳含水率应在39%～40%之间，利用具有更高起泡和乳化能力的HPPM-SPI-BANs替代部分蛋清蛋白加入蛋糕中，可使蛋糕的含水率增加至39.25%，处于含水率最佳范围，蛋糕的口感和风味更佳，焙烤损失率由30.14%显著降至26.88%（P＜0.05）。
质构特性也是衡量蛋糕品质的重要指标，HPPMSPI-BANs对蛋糕质构特性的影响情况如表1所示。HPPM-SPI-BANs的添加可使蛋糕内部网孔变大，对力的支撑变弱，显著降低蛋糕硬度（由4.28 N减小至4.12 N（P＜0.05））。对于咀嚼性而言，其也与蛋糕品质呈负相关性，当添加HPPM-SPI-BANs时，蛋糕的咀嚼性显著下降（P＜0.05），口感更加绵软。相比于SPI，HPPM-SPI-BANs的添加还可以显著提高蛋糕的内聚性和弹性，分别由0.56和8.69提高至0.62和10.47（P＜0.05），说明蛋糕内在结合力有所提升，内部质地更加丰富和具有弹性。研究表明，蛋糕的硬度变化与淀粉分子的老化有直接关系；戚风蛋糕的感官品质在一定程度上取决于其硬度与咀嚼性，芯部组织的松软程度与硬度和咀嚼性成反比，与弹性成正比。以上结果表明，添加HPPM-SPI-BANs可以使戚风蛋糕的焙烤损失率、含水率及硬度相比于蛋糕C-E和C-S得到明显改善，且内聚性、弹性和咀嚼性明显优于蛋糕C-S，蛋糕品质得到提升。5 HPPM-SPI-BANs对蛋糕抗氧化活性的影响 由图5可见，添加HPPM-SPI-BANs替代部分蛋清后，蛋糕提取物的抗氧化能力明显高于未添加HPPMSPI-BANs的蛋糕C-E和C-S，其中DPPH自由基清除率分别升高了3.56 倍和1.29 倍。在铁离子还原能力方面，添加HPPM-SPI-BANs的蛋糕分别是蛋糕C-E和C-S的3.79 倍和4.36 倍。新型蛋白配料HPPM-SPI-BANs中因含有活性成分花色苷而具有良好的抗氧化能力，除了能够改善上述对蛋糕烘焙品质外，还赋予了蛋糕较强的功能活性。此前的研究表明，SPI替代部分蛋清加入蛋糕，可以平衡产品的氨基酸水平，提高蛋糕的营养价值，HPPM-SPI-BANs的添加不仅改善了蛋糕口感，还能提升蛋糕附加值，使产品能够满足当下消费市场提出的更高要求。6 HPPM-SPI-BANs对蛋糕贮藏期品质的影响HPPM-SPI-BANs对蛋糕水分质量分数和硬度的影响
从图6A可以看出，添加HPPM-SPI-BANs可以提高蛋糕的水分质量分数，使蛋糕的含水量保持较高的状态，在1～3 d内均高于蛋糕C-E和C-S，这对于防止蛋糕硬度增加有积极作用。如图6B所示，不同蛋糕的硬度在贮藏期内均明显增加，最终达到4.75～5.25 N，并且添加HPPM-SPI-BANs后，蛋糕的硬度变化趋势比蛋糕C-E和C-S有所减缓，始终维持在最低水平，这说明HPPMSPI-BANs可以有效抵抗蛋糕在贮藏过程中存在的淀粉回生等问题，从而改善戚风蛋糕的贮藏品质。夏爽利用超声和糖基化改性大豆蛋白，并将其应用于重油蛋糕中，也改善了蛋糕的货架期品质。HPPM-SPI-BANs对蛋糕老化速率的影响
由于淀粉老化过程中的结晶具有高分子聚合物结晶的特点，可对蛋糕芯部在储藏期的老化晶核生长模式进行分析，结果如表2所示。在一定温度范围内（-4～35 ℃），Avrami指数n可被分为2 个区间段，晶体生长时的维数和其成核时间决定了该值的大小。当n＜1时，结晶以瞬间成核为主；当1＜n≤2时，结晶以自发成核方式为主。表2中不同蛋糕的n均处于（1,2）区间，说明储藏期蛋糕芯内部发生的支链淀粉重结晶现象主要是自发成核形成的。另外，老化速率常数k则与晶体生长的快慢及晶核密度密切相关，能够提供一系列晶核形成和生长进程的相关信息。添加HPPMSPI-BANs使蛋糕的k值明显减小，仅为0.12，分别小于蛋糕C-E和C-S，表明HPPM-SPI-BANs可以有效减缓蛋糕芯部的老化速度，使其相对不易发生老化。 本实验基于SPI与花色苷相互作用，结合了HPPM物理场进行处理，明确了HPPM协同花色苷能够更有效地提高SPI的物理特性（如溶解性、起泡性、泡沫稳定性、乳化性和乳化稳定性），得到的HPPM-SPI-BANs复合物具有更高的抗氧化能力，赋予了SPI可被开发成为新型功能性食品配料的潜力。通过将HPPM-SPI-BANs应用于蛋糕的制作过程，证实了上述复合物能够明显改善戚风蛋糕的质构特性等烘焙特性，提高其功能活性，以及抑制贮藏期内水分散失，延缓蛋糕的老化速率。本研究有利于进一步实现植物蛋白质资源的综合利用，并为后续逐步扩大HPPM等新型非热加工技术的应用范围提供理论和科学依据。
刘小莉，女，博士、研究员、硕士生导师。现任江苏省农业科学院农产品加工研究所食品生物工程创新团队负责人。主要从事果蔬功能食品生物加工、非热加工和冷杀菌技术、农产品生物保鲜等研究。近5年来，主持国家自然科学基金项目、江苏省自然科学基金、江苏省重点研发计划、江苏省农业自主创新资金项目、人力资源和社会保障部留学人员科技活动项目等多项省部级以上课题，授权国家发明专利20余项，在国内外期刊发表研究论文100余篇，其中SCI收录论文40余篇，起草制定农业部行业标准1 项、江苏省农业地方标准3 项。研究成果荣获江苏省科学技术奖三等奖、江苏省农业科技奖丰收奖二等奖、农业部中华农业科技奖二等奖、中国食品工业协会科学技术奖一等奖、中国产学研合作创新成果奖创新奖等。
周剑忠，博士、硕导、三级研究员。主要从事农产品精深加工及综合利用、食品微生物及食品生物技术研究。近5年主持20多项部省级科研项目，制定江苏省农业地方标准5 项，获国家授权发明专利23 件，在发表期刊论文100多篇。获国家科技进步二等奖（排名第4），江苏省科学技术三等奖（排名第1），南京市科技进步二等奖（排名第1）等5 项科技奖项。
吴寒，女，博士，助理研究员，现江苏省农业科学院农产品加工研究所工作。主要从事益生乳酸菌功能及机制解析、膳食成分分子互作、功能因子高效提取、纯化及活性评价方面的研究工作。曾于法国里尔一大交流访学2年，以第一作者在国内外期发表研究论文近20篇，其中SCI源TOP一区9 篇，累计影响因子> 40；参与国家自然科学基金项目、江苏省自然科学基金和江苏省农业自主创新资金项目等多项省部级以上课题，技术主持江苏省重点研发计划、扬州市科技计划、常熟市科技计划等项目；作为主要完成人，研究成果获得中国食品工业协会科学术奖一等奖、江苏省农业科学院科学技术奖二等奖。
本文《高功率脉冲微波协同花色苷对大豆分离蛋白理化特性的影响及其在蛋糕中的应用》来源于《食品科学》2023年44卷第17期60-66页，作者：吴寒，刘浩男，邸清茹，夏依旦·买买提，刘小莉，周剑忠。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220801-002。
