《食品科學》：北京工商大學王蓓教授等：白蕓豆蛋白質與乳液穩定性的關系

近年來，隨著全球經濟的迅速發展與生活水平的顯著提升，人們的膳食模式和消費習慣隨之改變，植物基食品代替高熱量動物源食品的健康飲食理念受到廣泛關注。植物基代乳作為植物基食品的一種，不含乳糖、膽固醇且飽和脂肪酸含量較低，更適合因肥胖和“三高”疾病困擾的人群，近年來也越來越多地出現在大眾視野。然而，目前市場上的植物基代乳產品存在蛋白質含量低以及乳液體系穩定性差等問題，因此面臨嚴峻挑戰。

白蕓豆（Phaseolus vulgaris L.）又名四季豆、白豆、菜豆、白腰豆，屬于豆科菜豆屬，是一種常見的植物基食材，在世界范圍內廣泛種植。據聯合國糧農組織的公開數據，2023年全球種植面積約為3 500萬 hm2，全球總產量約3 100萬 t，我國是白蕓豆種植面積第三大國，主要種植產區在云南、四川、貴州等地。作為一種藥食兩用的食品資源，白蕓豆營養價值豐富，含有較多的膳食纖維、維生素和礦物質，還富含多肽、多酚和抗性淀粉等生物活性物質。

白蕓豆是植物蛋白的優質來源，其蛋白質量分數高達21.7%～27.3%。白蕓豆蛋白含有人體所需的多種必需氨基酸，其中賴氨酸和精氨酸含量尤為突出，具有優異的氨基酸組成和理想的氨基酸平衡模式。研究表明，蛋白質作為常見的乳化劑，可以促進水包油乳液體系的形成，從而提高乳液穩定性，賦予乳液理想的物化性質。蛋白質作為白蕓豆乳的重要成分，同樣對其穩定性起著重要作用。然而，也有研究發現蛋白質結構特性的改變對植物乳穩定性存在不良影響，如趙鉅陽等報道了非極性多酚類物質可以與植物蛋白結合，使蛋白質三級結構展開，色氨酸等疏水基團暴露，從而導致蛋白質表面疏水性增強及空間結構變化。過強的疏水性和結構改變致使蛋白質溶解度降低，從而降低乳液穩定性。此外，不同品種來源的植物蛋白質結構特性也存在一定的差異，對植物乳的穩定性也會產生一定的影響。Dai Ying等報道了不同綠豆品種蛋白質的結構特性而非含量顯著影響綠豆乳的穩定性，穩定的綠豆乳其原料蛋白質的溶解性和乳化穩定性更高，同時富含酸性亞基和7S蛋白。

北京工商大學食品與健康學院的孔春麗、李新陽、王蓓*等通過感官評價和物理穩定性分析，將8 個品種白蕓豆所制乳液區分為穩定性較好和較差的品種。通過對蛋白質結構和組成進行分析，結合制乳工藝，進一步對比酶解前后蛋白質溶解性、乳化活性及二級結構的變化，揭示蛋白質在乳液體系中的作用機制，以期為優化植物基代乳產品的加工工藝提供理論依據，并為其他高蛋白植物原料在乳液體系中的應用提供參考。

01

白蕓豆乳穩定性評價

感官評分由10 名經過專業培訓的小組成員進行，采用標準化評分量表對8 個白蕓豆乳樣品的組織狀態、色澤、氣味、口感和整體可接受度5 個指標進行了系統評估。結果顯示，WK1～WK3樣品在所有感官指標上均獲得了較高的評分，其中WK2的組織狀態表現尤為突出，獲得最高分（圖1A）。相比之下，WK4～WK8樣品在組織狀態、口感及整體可接受度方面的評分明顯偏低，尤其是WK6組織狀態得分最低。這些感官品質差異主要與兩個因素有關：一是乳液中沉淀物的產生程度，沉淀較少的產品往往具有更好的組織狀態和口感；二是產品色澤的均勻性和穩定性，色澤均勻的產品通常能獲得更高的感官評分。

8 個品種的白蕓豆乳離心沉淀率表現出顯著性差異（圖1B）。WK1～WK3的離心沉淀率較低，其中WK1的沉淀率最低（4.57%），表現出較強的穩定性；而WK4～WK8的離心沉淀率較高，WK8的離心沉淀率高達15.66%，穩定性最差。離心沉淀率與蛋白聚集情況、溶解度有關，其差異的產生可能歸因于不同品種白蕓豆的蛋白質組成和結構存在差異。WK1～WK3可能含有更多具有良好乳化特性的蛋白質組分，因此能夠更好地維持乳液的穩定性。8 種白蕓豆制得的豆乳如圖1C所示。

02

白蕓豆乳Zeta電位分析

Zeta電位是評價分散體系穩定性的關鍵指標，它反映了分散體系中顆粒間相互作用的靜電勢壘強度。Zeta電位的絕對值越高，意味著顆粒相互排斥，沒有聚集趨勢。由圖2可知，WK1～WK3的Zeta電位絕對值顯著高于WK4～WK8，其中WK1最高（24.03 mV），說明這3 個品種制作出的白蕓豆乳中懸浮的顆粒表面攜帶了較強的負電荷，并在其周圍形成了有效的電荷屏障（雙電層）。該屏障產生的強靜電排斥力能有效防止顆粒聚集，從而形成穩定的乳液體系。相反，WK4 Zeta電位絕對值最低（20.23 mV），其次是WK6、WK5、WK7、WK8，這意味著體系中顆粒表面電荷密度較低，形成的靜電排斥勢壘較弱。在這種情況下，顆粒間的吸引力更容易占主導，導致顆粒易于相互靠近、絮凝并最終沉淀，造成整個體系的穩定性顯著降低。

03

白蕓豆乳可溶性蛋白質含量及游離巰基含量

白蕓豆乳蛋白含量分析結果如表2所示，WK1和WK3品種的可溶性蛋白質量濃度顯著高于其他品種，分別為15.83 mg/mL和15.95 mg/mL，WK8含量最低，為9.63 mg/mL，這與Chen Maoshen等的研究結果一致。制乳穩定的品種（WK1和WK3）具有較高的可溶性蛋白含量可能歸因于其蛋白質空間結構的展開，這種結構變化會導致其溶解度提高，使其能夠快速遷移到油水界面形成穩定界面膜，延緩液滴聚集，使乳液體系更穩定。孫冰玉等同樣發現豆乳在加工過程中蛋白質的空間結構展開，會導致其表面疏水性增加，溶解度、乳液穩定性增強。

游離巰基是蛋白質分子中的重要功能基團，其暴露可增強蛋白質顆粒的疏水性，促進其在油水界面的快速吸附，形成高黏彈性界面膜，因此對蛋白質界面行為和乳化性質具有重要影響。如表2所示，乳液穩定品種WK1～WK3的游離巰基含量顯著高于不穩定品種WK4～WK8，其中WK2游離巰基含量最高，為60.89 μmol/g，WK4含量最低，為10.31 μmol/g，這與目前一些已有研究的結果相似，如Nie Haonan等發現山藥可溶性蛋白中較高的游離巰基含量使乳液中蛋白質與油滴之間的結合更強，從而提高乳化性能和穩定性。

04

白蕓豆乳微觀結構

利用激光共聚焦顯微鏡對白蕓豆乳的微觀結構進行觀察，結果如圖3所示，不同樣品間的微觀顆粒大小存在顯著差異。

在穩定性較好的WK1～WK3樣品中觀察到由FITC標記的蛋白質呈現均勻分布，且由尼羅紅染色的油脂也分布均勻，這種均勻的微觀結構有利于維持乳液的長期穩定性。而在穩定性較差的WK4～WK8中觀察到了明顯的大顆粒聚集，這些樣品中的蛋白質發生了顯著的聚集，導致連續相的結構被破壞，進而導致乳液失穩。在這8 個樣品中，WK1～WK3的黑色區域較小，表明網格最細，而WK7和WK8的黑色區域格外明顯，較大的孔隙往往會損失更多的水分使乳液產生分層沉淀。原料蛋白溶解度差可能是形成聚集體的主要原因，WK4～WK8有限的溶解度導致形成粗糙的凝膠聚集體導致沉淀。

05

酶處理前后白蕓豆蛋白的SDS-PAGE

SDS-PAGE基于蛋白質分子質量差異和凝膠分子篩作用，對不同蛋白質組分和亞基進行分離，并通過蛋白條帶的強弱進行定量分析。不同品種白蕓豆蛋白電泳圖譜如圖4A所示，不同品種白蕓豆蛋白質電泳圖譜相似性較高，蛋白亞基條帶大多分布在17～95 kDa，其中最突出的條帶在48～63 kDa之間，對應主要存在于白蕓豆蛋白中的7S球蛋白。有研究報道蕓豆蛋白主要由7S和11S組成。7S蛋白是由α′、α和β亞基組成，蕓豆11S蛋白由堿性亞基和酸性亞基組成。不同亞基組成可能影響蛋白質溶解度，Klassen等研究豌豆蛋白亞基組成時，發現7S蛋白具有更高的溶解性和較小的分子質量，其高碳水化合物含量和較小的多肽尺寸可能增強凈電荷密度，從而表現出更高的溶解性，11S蛋白分子質量較大（350～400 kDa），疏水性氨基酸含量高，易形成聚集體，導致溶解性較低，從而使蛋白質表現出不同溶解度。白蕓豆乳蛋白圖譜如圖4B所示，不穩定品種的白蕓豆蛋白因酶解作用使7S球蛋白條帶明顯減小。且制乳酶解后出現了明顯的分子質量在11～20 kDa之間的新肽，說明制乳后出現了更多低分子質量的蛋白質成分。李月等研究發現乳清蛋白在熱處理過程中發生變性，導致蛋白質分子間交聯形成聚集體，同時釋放低分子質量肽段。低分子質量肽段可能因疏水基團暴露不足，無法有效吸附在油水界面，導致脂肪球聚結和上浮，破壞乳液穩定性。

06

白蕓豆氨基酸組成分析

氨基酸作為蛋白質的主要組成物質，與蛋白質功能性質密切相關，因此，首先對不同品種白蕓豆的氨基酸組成進行了分析。如表3所示，17 種氨基酸均被檢出，但不同品種間氨基酸含量存在較大差異，WK8的氨基酸含量總和最高，為24.41 g/100 g，WK5含量最低，為19.47 g/100 g，且WK4～WK8總氨基酸均值為22.12 g/100 g，而WK1～WK3總氨基酸均值為21.33 g/100 g，穩定品種總氨基酸水平居于中等。對于非極性氨基酸，不穩定組亮氨酸和異亮氨酸的均值高于穩定組均值，不穩定組均值分別為1.71、0.96 g/100 g，且WK8組中含量最高，說明疏水性氨基酸可能增強蛋白質聚集傾向，從而降低乳液穩定性。極性氨基酸呈現相同結果，仍為WK8中含量最高（5.00 g/100 g），WK5中含量最少（4.16 g/100 g），不穩定組絲氨酸、酪氨酸含量顯著高于穩定組，兩種氨基酸具有親水性潛力，但未能有效發揮穩定作用，可能受到空間結構限制。對帶電荷氨基酸含量進行分析，發現不穩定組WK4、WK6～WK8的帶電氨基酸總量更高，高比例帶電氨基酸可能因靜電作用引發蛋白質絮凝，從而影響蛋白質的結構、溶解性和穩定性。

07

酶處理前后白蕓豆蛋白的乳化活性和溶解度

8 種白蕓豆蛋白的乳化活性如圖5A所示，可知酶處理前乳化活性指數在6.19～9.99 m2/g之間，酶處理后在0.62～1.80 m2/g之間，且酶處理后穩定性較好的品種WK1～WK3的乳化活性顯著高于穩定性較差的品種WK4～WK8。有研究表明，蛋白質分子質量大小、親水或疏水基團組成會影響蛋白質的乳化活性，高乳化活性蛋白在形成乳液時有效地提高了乳液穩定性。

由圖5B可知，酶處理前蛋白質溶解度在1.25%～30.51%之間，乳液穩定性較好的品種WK1～WK3的蛋白溶解度顯著高于不穩定品種WK4～WK8。酶處理后，各品種溶解度均顯著升高到10.97%～63.48%之間，此時WK1～WK3品種的蛋白溶解度仍顯著性高于WK4～WK8。酶處理可以增加蛋白質的溶解度、降低其分子質量、暴露埋藏的疏水基團以及增加其表面疏水性。溶解度是蛋白質應用于食品中的重要條件，溶解度差異會影響蛋白質在乳液體系中的分散性和可溶性蛋白質的含量，限制蛋白質在食品中的應用。綜上，WK1～WK3品種的蛋白質溶解度較高，有助于提升乳液體系中的蛋白質含量，提高白蕓豆乳的感官特性以及乳液的穩定性。

08

酶處理前后白蕓豆蛋白二級結構

利用傅里葉變換紅外光譜在1 600～1 700 cm-1范圍內可以測定蛋白質二級結構并提供折疊和結合特性等信息。結果如圖6和表4、5所示，酶處理前白蕓豆蛋白二級結構主要以β-折疊為主，平均占比為32.87%，與賈斌的研究結果一致，其中WK1的β-折疊占比最高（35.95%），WK8占比最低（29.74%）。酶處理后除WK7外其他各品種中的β-折疊占比均降低，且穩定品種中占比更低（均值27.12%），可能是由于酶解過程中肽鍵斷裂削弱了維持β-折疊的氫鍵網絡，同時暴露出更多親水基團，使蛋白質分子更易分散，乳液更穩定。WK1和WK4具有較高的α-螺旋含量，分別為33.33%、34.52%，然而酶處理后占比分別為26.90%、26.58%，呈現明顯的降低現象。WK8具有較高的無規卷曲比例，為24.24%，酶處理后占比為21.39%。這可形成較松散的二級構象并容易展開結構骨架。此外，值得注意的是，β-轉角的含量高會使較小的蛋白質聚合體含量升高，有利于提高乳液體系穩定性：經酶解后除WK7外其他各品種中β-轉角占比均提高，且穩定品種β-轉角占比平均值（27.87%）高于不穩定品種的平均值（25.61%），說明β-轉角含量高有助于降低乳液發生絮凝沉淀的可能性。

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結 論

本研究圍繞白蕓豆蛋白質結構特性及乳液穩定性展開全面探究，通過測定蛋白質組成、結構和理化特性等揭示蛋白質對白蕓豆乳穩定性的關鍵作用。研究發現兩者之間具有以下關聯：在界面穩定機制層面，穩定組WK1～WK3乳液較高的Zeta電位絕對值賦予體系強靜電排斥力，有效抑制顆粒聚集；而不穩定組WK4～WK8因電位較低更易絮凝沉淀；穩定組乳液中較高的可溶性蛋白及游離巰基含量，進一步表明其蛋白質高親水性有利于維持體系均一性。此外，白蕓豆品種間氨基酸組成存在差異，不同種類氨基酸含量也會對蛋白質穩定性產生影響；SDS-PAGE分析表明酶處理顯著弱化了7S球蛋白條帶，同時促進了低分子質量蛋白片段生成。功能特性研究表明，穩定組WK1～WK3蛋白酶解后乳化活性與溶解度顯著提升，證實高溶解度對乳液穩定性及感官品質的促進作用。二級結構解析顯示，以β-折疊為主導的蛋白質構象經酶處理后發生重構，暴露出更多親水基團從而提高乳液穩定性。微觀結構直接印證上述結論：激光共聚焦成像顯示穩定組WK1～WK3形成均勻的蛋白質-油脂分布式網絡，而不穩定組WK4～WK8則因大顆粒聚集體破壞連續相結構，最終導致乳液穩定性降低。

第一作者：

孔春麗北京工商大學食品與健康學院副教授碩士生導師。博士畢業于荷蘭格羅寧根大學醫學院，主要從事母乳寡糖和非消化多糖對嬰幼兒和老年人腸道微生物及腸道粘膜免疫屏障調控作用和相關機制研究。相關研究成果在Food Chemistry、Fodd Research International 等期刊上發表論文26 篇，發明專利1 項、著作2 部。先后主持國家自然科學基金項目1 項，參與國家自然科學基金項目1 項，參與國家重點研發子課題1 項，主持、參與多項企業橫向課題。

通信作者：

王蓓北京工商大學食品與健康學院副院長、教授博士生導師。現任中國食品科學技術學會益生菌分會理事，長期致力于乳及其制品風味關聯合成生物技術與應用研究。近年來，在國內外期刊上發表論文100余篇，申請國內外發明專利近20 項，授權國內專利十余項，美國專利2 項，申請軟件著作權3 項。主持國家自然基金課題、十四五重點研發子課題、企業橫向課題等20余項。獲得北京市教育教學成果獎一等獎、國家市場監管科研成果獎一等獎、上海市科技進步一等獎、中國商業聯合會特等獎等多項獎勵。

引文格式：

孔春麗, 李新陽, 胡怡美, 等. 白蕓豆蛋白質與乳液穩定性的關系[J]. 食品科學, 2026, 47(1): 105-113. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250804-033.

KONG Chunli, LI Xinyang, HU Yimei, et al. Relationship between white kidney bean (Phaseolus vulgaris L.) proteins and emulsion stability[J]. Food Science, 2026, 47(1): 105-113. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250804-033.

實習編輯：李雄；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

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