FSHW | 五种食用菌蛋白理化性质及其功能特性评估

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Introduction

蛋白质是维持人体生长和生命健康的关键营养素，除了提供能量来源外，也是作为人体组织的组成部分。近年来，由于人们对蛋白质的营养价值和功能特性的认识不断提高，人们对蛋白质的需求也逐渐增加。一些新的植物来源蛋白质（如大豆、豌豆、花生和小麦蛋白等）具有很高的营养价值，这些蛋白质不但极大地丰富了蛋白质资源的利用，同时其物理化学性质，如溶解度、表面电荷、发泡、乳化性能和凝胶性能，在食品中具有重要的功能。反过来，这些特性影响食品加工、储存和消费，并影响最终产品的质量和感官特性。然而，由于这些植物蛋白存在生长周期长、致敏性、气味重、转基因生物和功能特性差等问题，并且缺乏一些重要的氨基酸，包括赖氨酸、蛋氨酸和/或半胱氨酸。因此对寻找更加可持续、生长周期短、更健康以及更便宜的新来源蛋白质日益重要，了解这些蛋白质的功能特性对其提高其在食品和非食品应用中的有效和成功利用至关重要。

食用菌营养丰富，含有多种功能成分，包括蛋白质、多糖、多酚、矿物质和维生素，其中蛋白质含量为15%～25%（干重），与牛肉、猪肉等畜禽产品相当。食用菌的蛋白质能量比与大米、燕麦和牛奶相当甚至更高，而且构成食用菌蛋白质的氨基酸包含了更多人体所需的必需氨基酸种类，通常可以满足成年人的需要。食用菌是优质蛋白质的良好来源，因为它们通常提供完整的必需氨基酸，而且比动物和植物蛋白质生产得更快、更便宜。虽然已有一些关于食用菌中某些蛋白质的理化和功能特性的报道，但由于提取方法和实验条件的差异，不同研究结果的比较没有意义。为了比较这些蛋白质的营养价值和功能，研究它们在相同条件下的理化性质和功能特性是必要的，同时也为推动食用菌的精深加工产业的发展具有重要的意义。

南京农业大学食品科技学院钱正博士，赵立艳教授等首次以食用菌蛋白为研究对象，评估了不同来源食用菌蛋白的理化性质和功能特性，为新型食用菌蛋白的开发利用提供理论依据。

Results

蛋白质表面疏水性、巯基和二硫键分析

与SPI和PPI相比，五种食用菌蛋白具有较低的H0和SH含量，较高的H0归因于更多的芳香族和脂肪族氨基酸残基的暴露在亲水环境中，而较高的SH含量影响着蛋白质的溶解度，因此表明五种食用菌蛋白具有更高溶解性。在五种食用菌蛋白中PEP和HMP具有更高的H0和SH，说明这两种蛋白质在加工或变性后容易暴露更高的疏水残基以及能够聚集形成更加疏松的结构。此外，二硫键结果表明五种食用菌蛋白中PEP、FVP、HMP和LEP均显著高于SPI，而低于PPI，说明它们可能在对乳液稳定性方面发挥相似的作用。

图1 不同食用菌蛋白的外观图

蛋白质二级结构分析

与SPI和PPI相比，PEP和POP具有更高的β-折叠结构（图2）。而β-折叠是一种具有特定几何形状的拉伸结构，可能会影响蛋白质的加工性能。此外，发现其他几种蛋白的α-螺旋含量显著高于PEP和POP（P＜0.05），说明这些蛋白的结构稳定性更好，主要是由于主链上所有肽键都参与了氢键，使得α-螺旋构象相当稳定。

图2 不同蛋白分离物的圆二色光谱（a）和二级结构（b）

蛋白质溶解度、持水性/持油性、起泡性能和乳化性能分析

7种蛋白在pH 2.0～12.0范围内的溶解度呈典型的“U”型曲线（图3a），与SPI和PPI相比，这5种食用菌蛋白的溶解度较高可能与SPI和PPI具有较高的H0表面疏水性有关。因此，具有高溶解度的食用菌蛋白在功能食品中可能具有广阔的应用前景。此外，与SPI和PPI相比，PEP、LEP、POP和FVP均具有显著较高的WHC（图3b）、FC（图3c）、FS（图3c）和EAI（图3d），因此，在肉类替代品、汤、香肠、烘焙产品等方面，食用菌蛋白可能是SPI和PPI的有效替代蛋白质。

图3 不同蛋白质的溶解度（a）、持水能力和持油能力（b）、发泡性能（c）、乳化性能（d）

主成分PC1和主成分PC2的方差贡献分别为55.26%和18.64%。两个主成分的累计贡献率为73.90%（图4a）。将7种蛋白质的功能和理化性质分为3个不同的簇，PEP和POP的整体功能特性和理化性质接近。相关性分析结果表明（图4b），WHC和PS与EAI、FC、β-折叠均呈显著正相关，而与OHC、H0、SH、SS以及α-螺旋均呈显著负相关。β-折叠与EAI和FS呈显著正相关，而α-螺旋与EAI、FC和FS均呈显著负相关。此外，EAI和FC均与H0和SH呈显著负相关关系。

图4 不同蛋白质的理化性质和功能性质的PCA评分图（a）和不同蛋白质的功能性质和结构性质的相关性分析（b）

pH对蛋白质凝胶质构特性的影响

不同pH对蛋白质凝胶质构特性的影响如图5所示。当pH为2.0、4.0和7.0时，五种食用菌蛋白凝胶的内聚性显著低于SPI（P＜0.05），但显著优于PPI凝胶，说明五种食用菌蛋白形成的凝胶结构优于PPI而次于SPI。在凝胶弹性方面可以发现pH为2.0时，PEP和FVP凝胶弹性与SPI凝胶相近显著优于其他几种蛋白凝胶；当pH高于4.0时，五种食用菌蛋白的弹性均显著高于SPI和PPI凝胶（P＜0.05）。此外，在硬度方面与SPI和PPI相比，可以发现在考察pH范围内，PEP凝胶不仅具有更高的硬度同时也表现出更高的胶粘性和咀嚼性。因此，pH能够显著提升和改造蛋白热诱导凝胶的一些质构特性，可在食品加工中用于SPI和PPI凝胶的替代品以改善食品的口感。

图5 不同pH条件下蛋白凝胶质构特性的影响

pH对蛋白质凝胶流变性能的影响

不同pH条件下蛋白凝胶储能模量（G'）随应变的变化图如图6所示。在不同的pH条件下，可以发现SPI凝胶的线性粘弹性范围大于其他蛋白凝胶的线粘弹性范围，说明在相应的pH条件下SPI凝胶结构的稳定性更好。此外，与其他几种食用菌蛋白凝胶相比，在pH 4.0～7.0时，PEP凝胶的G'值最高，线性粘弹性区间与PPI接近具有相似的凝胶结构稳定性，这也表明PEP凝胶比其他四种食用菌蛋白质凝胶具有更高的应变敏感性和脆性。

图6 不同pH条件下蛋白凝胶的储存模量随应变的变化

不同pH条件下蛋白凝胶G'和G"随频率的变化图如图7所示。整个频率范围内，所有的凝胶的G´值均高于G"值，表明所有凝胶都具有稳定的结构和良好粘弹性。在所有样品中，PEP、SPI和PPI凝胶分别在pH为2.0、6.0和7.0时，G´和G"值较高，表明它们具有更高的凝胶结构，此结果与硬度测定结果基本一致。此外，与其他几种食用菌蛋白凝胶相比，PEP凝胶在考察pH范围内具有更高G′和G″，说明PEP凝胶可能具有更高的凝胶强度，这与硬度和弹性的结果一致。

图7 不同pH条件蛋白凝胶模量随频率的变化

Conclusion

本研究表明，与商业化的大豆和豌豆分离蛋白相比，五种食用菌蛋白具有更低的表面疏水性和巯基含量，从而说明它们暴露的疏水性基团较低具有更好的溶解性。二级结构表明PEP和POP中α-螺旋和β-折叠约占60%，证明这两种蛋白质具有高度有序和稳定的构象，具有更高的热稳定性。起泡性、持水性和乳化性测定结果表明PEP、LEP、POP和FVP具有很好的应用前景可作为SPI和PPI新型有效替代蛋白质。此外，蛋白凝胶特性测定结果表明，PEP展现出与SPI和PPI相当或更优越的硬度、弹性以及流变特性，因此，PEP可在食品加工中用于SPI和PPI凝胶的替代品以改善食品的口感。

01

第一作者

钱正，男，南京农业大学食品科技学院在读博士生，主要研究方向为食品营养与化学。目前以第一作者或共同第一作者发表SCI论文3篇。曾获南京农业大学博士研究生一等学业奖学金等荣誉奖励。

02

通信作者

赵立艳，女，南京农业大学食品科技学院教授，博导，食品质量与安全系系主任。江苏省现代农业（特粮特经）产业技术体系岗位专家，江苏省六大高峰人才，中国食品科学技术学会果蔬加工技术分会理事、中国食用菌协会香菇分会副理事长。博士毕业于中国农业大学，美国康奈尔大学、罗格斯大学访问学者。近年来承担了国家自然科学基金、科技部十二五科技支撑计划课题、十三五重点研发任务、江苏省自然科学基金等科研项目多项。作为主要完成成员获得江苏省科学技术一等奖1项、教育部科技进步奖2项，发表论文100余篇，其中SCI论文50余篇，获得授权专利10余项。

Evaluation of physicochemical and functional properties of protein isolates from 5 edible mushroom species

Zheng Qian, Mengdie Yang, Xiao Chen, Qiping Zhan, Lei Zhong, Qiuhui Hu, Liyan Zhao*

Key Laboratory of Edible Mushroom Processing, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China

*Corresponding author.

Abstract

Edible mushroom proteins are the promising ones with the advantages of complete essential amino acid profile and multiple functional activities. To reinforce their applications in functional food development, this study comprehensively evaluated the physicochemical and functional properties of protein isolates from 5 mushroom species, i.e., Pleurotus eryngii (PEP), Pleurotus ostreatus (POP), Lentinula edodes (LEP), Flammulina velutipes (FVP) and Hypsizygus marmoreus (HMP). Results showed that PEP, LEP, FVP, POP and HMP exhibited better protein solubility (PS), water holding capacity (WHC), emulsification activity index (EAI), and foaming capacity (FC) than those of soybean protein and pea protein isolates (PPI). PEP (51.95%) and POP (49.15%) had a higher amount of β-sheet structure. Principal component analysis and correlation analysis showed that the seven proteins could be divided into 3 clusters, and WHC, EAI and FC were significantly positively correlated with PS and β-sheet. The least gelation concentration of PEP (16%) and FVP (16%) at pH 6.0 and 7.0 was similar to PPI, and PEP showed better hardness, springiness and rheological properties than other proteins gels. Overall, our study showed that 5 edible mushroom proteins possessed excellent functionalities (except for gelling capacity), which provided novel insights on unexploited sources of mushroom proteins used as protein-based foods in the food industry.

Reference:

QIAN Z, YANG M D, CHEN X, et al. Evaluation of physicochemical and functional properties of protein isolates from 5 edible mushroom species[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(2): 9250043. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250043.

本文编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片：图虫创意