通过超声波预处理方法提高卡布里鹰嘴豆（Cicer arietinum L.）蛋白水解物的生产性能：对其技术功能特性和抗氧化活性的影响

《Food Chemistry Advances》：Production improvement of Kabuli chickpea ( Cicer arietinum L.) protein hydrolysates through ultrasonic pre-treatment approach: Impact on techno-functional properties and antioxidant activity

　　本研究采用超声预处理（20 kHz, 50%振幅, 50°C, 10s/2s间歇, 15分钟）联合碱性蛋白酶解法，显著提升了鹰嘴豆蛋白水解物的产率（55.41%）、水解程度（DH 70.63%）和抗氧化活性（DPPH 61.38%，HRSA 64.46%，Fe2?螯合率60.67%），同时提高了蛋白质含量（80%）和溶解度（pH12达100%）。FTIR分析表明超声处理改变了蛋白质二级结构，但氨基酸组成无显著差异。研究证实超声预处理能有效改善蛋白质水解物的功能特性，为食品和营养品开发提供新策略。

　　### 鸡蛋蛋白水解技术的革新与应用前景

在食品工业中，蛋白质水解是一种广泛应用的技术，用于生成具有多种功能特性和生物活性的肽。然而，传统的水解方法常常面临低产率、酶效率低下、处理时间过长以及成本较高的问题。这些问题限制了水解产物在营养和功能特性上的表现，特别是其抗氧化活性。为了解决这些挑战，研究者们开始探索新的预处理方法，其中超声波技术因其独特的物理效应而备受关注。本文通过研究超声波预处理对Kabuli鹰嘴豆蛋白水解产物（CPH）的工艺影响，揭示了其在提升技术功能特性及抗氧化活性方面的潜力。

#### 超声波预处理的优势与作用机制

超声波技术利用高频声波（通常高于20 kHz）在生物介质中产生微气泡空化现象。这种现象在气泡坍塌时会释放出高压力和温度，从而形成强烈的剪切力和湍流。这些物理效应不仅有助于破坏蛋白质分子结构，还能提高酶与底物之间的相互作用频率，从而加快水解反应速率。此外，超声波还能增加蛋白质的可溶性，改善其结构，使得酶更容易接触到蛋白质分子，提高水解效率。这些特性使得超声波成为一种有效的辅助手段，用于提升蛋白质水解的产率和功能特性。

#### 实验方法与结果分析

实验中，Kabuli鹰嘴豆种子经过研磨制成粉状，随后通过一系列步骤提取蛋白质并进行水解。其中，蛋白质水解过程采用的是Alcalase酶，这是一种来源于微生物的蛋白酶，具有高稳定性和较低的生产成本，适用于多种蛋白质的水解。为了进一步优化水解效果，研究引入了超声波预处理步骤。超声波处理在20 kHz频率、50%振幅、50°C温度下进行，持续时间为15分钟，采用10秒开启、2秒关闭的循环模式。

实验结果显示，经过超声波预处理后的蛋白质水解产物（UCPH）在多个关键指标上优于未经处理的水解产物（CPH）。首先，UCPH的产率显著提高，达到55.41%，而CPH的产率仅为32.54%。其次，UCPH的蛋白质含量达到80%，远高于CPH的76.57%。此外，UCPH的水分含量和灰分含量也分别达到4.37%和7.83%，而CPH分别为3.45%和5.62%。这些结果表明，超声波预处理能够有效提升水解产物的产率和营养价值。

蛋白质水解的彻底程度（Degree of Hydrolysis, DH）是衡量水解效果的重要指标。实验中，UCPH的DH达到了70.63%，而CPH仅为47.81%。这一显著差异归因于超声波处理所引起的蛋白质分子结构变化，使得更多的肽键被有效断裂，从而生成更小的肽分子。此外，超声波处理还能增加蛋白质的可溶性，特别是在pH 12.0时，UCPH的可溶性达到100%，而CPH仅为83.98%。这些变化表明，超声波不仅提高了水解效率，还改善了蛋白质的溶解性能，从而增强了其在食品体系中的应用潜力。

#### 技术功能特性与抗氧化活性的提升

除了产率和可溶性，超声波处理还对蛋白质的结构产生了显著影响。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析，发现UCPH的二级结构发生了细微变化。具体来说，UCPH在不同波数范围内表现出不同的吸收峰，表明其蛋白质分子在超声波处理后经历了结构的重新排列。这种结构变化不仅提高了蛋白质的可溶性，还增强了其与其他成分的相互作用能力，从而改善了其功能特性。

在抗氧化活性方面，UCPH同样表现出优于CPH的性能。DPPH自由基清除活性是评估抗氧化能力的一个常用指标，UCPH在不同浓度下表现出更高的清除率，最高达到61.38%，而CPH仅为50.86%。这表明，超声波处理有助于释放更多的具有抗氧化作用的氨基酸，如谷氨酸、天冬氨酸、赖氨酸和精氨酸等。此外，UCPH在羟基自由基清除活性（HRSA）和亚铁离子螯合活性方面也表现出更高的值，分别为64.46%和60.67%。这些结果进一步支持了超声波处理在提升水解产物抗氧化活性方面的有效性。

#### 研究意义与应用前景

本研究的发现对食品工业和营养健康领域具有重要意义。通过超声波预处理，可以显著提高鹰嘴豆蛋白水解产物的产率、可溶性和抗氧化活性，使其在多种应用中更具优势。例如，这些产物可以作为功能性食品成分、化妆品成分、营养补充剂、动物饲料和可持续蛋白质替代品使用。此外，研究还指出，超声波处理不仅提升了水解产物的物理化学特性，还可能增强其生物活性，如抗高血压、抗炎和抗氧化作用。

值得注意的是，尽管UCPH在多个指标上优于CPH，但两者的氨基酸组成并没有显著差异。这表明，超声波处理并未改变氨基酸的种类和比例，而是通过改变蛋白质结构和分子大小，提高了其在实际应用中的性能。这种特性对于开发具有特定功能的肽产品尤为重要，因为氨基酸的组成直接影响肽的生物活性。

#### 未来研究方向

尽管本研究取得了积极的成果，但仍有许多问题需要进一步探索。例如，需要更深入地了解超声波处理对特定生物活性肽的释放机制，以及这些肽在体内的实际效果。此外，未来的研究可以考虑使用动物模型进行体内实验，以评估这些水解产物在人体内的抗氧化和抗高血压效果。同时，开发新的封装技术，以提高这些活性肽的稳定性和生物利用度，也是值得探索的方向。

随着对功能性食品和营养补充剂需求的增加，超声波辅助蛋白水解技术的应用前景广阔。通过优化处理参数，如频率、振幅、温度和处理时间，可以进一步提高水解产物的性能。此外，结合其他技术，如分子对接分析，有助于揭示这些肽与靶标分子之间的相互作用机制，从而指导其在药物开发和营养补充领域的应用。

总之，超声波预处理为改善鹰嘴豆蛋白水解产物的技术功能特性及抗氧化活性提供了一种有效的方法。通过进一步研究和优化，这种技术有望在食品工业、医药和保健品领域发挥更大的作用，为人类健康和可持续发展做出贡献。