《食品科学》：北京工商大学王蓓教授等：白芸豆蛋白质与乳液稳定性的关系

近年来，随着全球经济的迅速发展与生活水平的显著提升，人们的膳食模式和消费习惯随之改变，植物基食品代替高热量动物源食品的健康饮食理念受到广泛关注。植物基代乳作为植物基食品的一种，不含乳糖、胆固醇且饱和脂肪酸含量较低，更适合因肥胖和“三高”疾病困扰的人群，近年来也越来越多地出现在大众视野。然而，目前市场上的植物基代乳产品存在蛋白质含量低以及乳液体系稳定性差等问题，因此面临严峻挑战。

白芸豆（Phaseolus vulgaris L.）又名四季豆、白豆、菜豆、白腰豆，属于豆科菜豆属，是一种常见的植物基食材，在世界范围内广泛种植。据联合国粮农组织的公开数据，2023年全球种植面积约为3 500万 hm2，全球总产量约3 100万 t，我国是白芸豆种植面积第三大国，主要种植产区在云南、四川、贵州等地。作为一种药食两用的食品资源，白芸豆营养价值丰富，含有较多的膳食纤维、维生素和矿物质，还富含多肽、多酚和抗性淀粉等生物活性物质。

白芸豆是植物蛋白的优质来源，其蛋白质量分数高达21.7%～27.3%。白芸豆蛋白含有人体所需的多种必需氨基酸，其中赖氨酸和精氨酸含量尤为突出，具有优异的氨基酸组成和理想的氨基酸平衡模式。研究表明，蛋白质作为常见的乳化剂，可以促进水包油乳液体系的形成，从而提高乳液稳定性，赋予乳液理想的物化性质。蛋白质作为白芸豆乳的重要成分，同样对其稳定性起着重要作用。然而，也有研究发现蛋白质结构特性的改变对植物乳稳定性存在不良影响，如赵钜阳等报道了非极性多酚类物质可以与植物蛋白结合，使蛋白质三级结构展开，色氨酸等疏水基团暴露，从而导致蛋白质表面疏水性增强及空间结构变化。过强的疏水性和结构改变致使蛋白质溶解度降低，从而降低乳液稳定性。此外，不同品种来源的植物蛋白质结构特性也存在一定的差异，对植物乳的稳定性也会产生一定的影响。Dai Ying等报道了不同绿豆品种蛋白质的结构特性而非含量显著影响绿豆乳的稳定性，稳定的绿豆乳其原料蛋白质的溶解性和乳化稳定性更高，同时富含酸性亚基和7S蛋白。

北京工商大学食品与健康学院的孔春丽、李新阳、王蓓*等通过感官评价和物理稳定性分析，将8 个品种白芸豆所制乳液区分为稳定性较好和较差的品种。通过对蛋白质结构和组成进行分析，结合制乳工艺，进一步对比酶解前后蛋白质溶解性、乳化活性及二级结构的变化，揭示蛋白质在乳液体系中的作用机制，以期为优化植物基代乳产品的加工工艺提供理论依据，并为其他高蛋白植物原料在乳液体系中的应用提供参考。

01

白芸豆乳稳定性评价

感官评分由10 名经过专业培训的小组成员进行，采用标准化评分量表对8 个白芸豆乳样品的组织状态、色泽、气味、口感和整体可接受度5 个指标进行了系统评估。结果显示，WK1～WK3样品在所有感官指标上均获得了较高的评分，其中WK2的组织状态表现尤为突出，获得最高分（图1A）。相比之下，WK4～WK8样品在组织状态、口感及整体可接受度方面的评分明显偏低，尤其是WK6组织状态得分最低。这些感官品质差异主要与两个因素有关：一是乳液中沉淀物的产生程度，沉淀较少的产品往往具有更好的组织状态和口感；二是产品色泽的均匀性和稳定性，色泽均匀的产品通常能获得更高的感官评分。

8 个品种的白芸豆乳离心沉淀率表现出显著性差异（图1B）。WK1～WK3的离心沉淀率较低，其中WK1的沉淀率最低（4.57%），表现出较强的稳定性；而WK4～WK8的离心沉淀率较高，WK8的离心沉淀率高达15.66%，稳定性最差。离心沉淀率与蛋白聚集情况、溶解度有关，其差异的产生可能归因于不同品种白芸豆的蛋白质组成和结构存在差异。WK1～WK3可能含有更多具有良好乳化特性的蛋白质组分，因此能够更好地维持乳液的稳定性。8 种白芸豆制得的豆乳如图1C所示。

02

白芸豆乳Zeta电位分析

Zeta电位是评价分散体系稳定性的关键指标，它反映了分散体系中颗粒间相互作用的静电势垒强度。Zeta电位的绝对值越高，意味着颗粒相互排斥，没有聚集趋势。由图2可知，WK1～WK3的Zeta电位绝对值显著高于WK4～WK8，其中WK1最高（24.03 mV），说明这3 个品种制作出的白芸豆乳中悬浮的颗粒表面携带了较强的负电荷，并在其周围形成了有效的电荷屏障（双电层）。该屏障产生的强静电排斥力能有效防止颗粒聚集，从而形成稳定的乳液体系。相反，WK4 Zeta电位绝对值最低（20.23 mV），其次是WK6、WK5、WK7、WK8，这意味着体系中颗粒表面电荷密度较低，形成的静电排斥势垒较弱。在这种情况下，颗粒间的吸引力更容易占主导，导致颗粒易于相互靠近、絮凝并最终沉淀，造成整个体系的稳定性显著降低。

03

白芸豆乳可溶性蛋白质含量及游离巯基含量

白芸豆乳蛋白含量分析结果如表2所示，WK1和WK3品种的可溶性蛋白质量浓度显著高于其他品种，分别为15.83 mg/mL和15.95 mg/mL，WK8含量最低，为9.63 mg/mL，这与Chen Maoshen等的研究结果一致。制乳稳定的品种（WK1和WK3）具有较高的可溶性蛋白含量可能归因于其蛋白质空间结构的展开，这种结构变化会导致其溶解度提高，使其能够快速迁移到油水界面形成稳定界面膜，延缓液滴聚集，使乳液体系更稳定。孙冰玉等同样发现豆乳在加工过程中蛋白质的空间结构展开，会导致其表面疏水性增加，溶解度、乳液稳定性增强。

游离巯基是蛋白质分子中的重要功能基团，其暴露可增强蛋白质颗粒的疏水性，促进其在油水界面的快速吸附，形成高黏弹性界面膜，因此对蛋白质界面行为和乳化性质具有重要影响。如表2所示，乳液稳定品种WK1～WK3的游离巯基含量显著高于不稳定品种WK4～WK8，其中WK2游离巯基含量最高，为60.89 μmol/g，WK4含量最低，为10.31 μmol/g，这与目前一些已有研究的结果相似，如Nie Haonan等发现山药可溶性蛋白中较高的游离巯基含量使乳液中蛋白质与油滴之间的结合更强，从而提高乳化性能和稳定性。

04

白芸豆乳微观结构

利用激光共聚焦显微镜对白芸豆乳的微观结构进行观察，结果如图3所示，不同样品间的微观颗粒大小存在显著差异。

在稳定性较好的WK1～WK3样品中观察到由FITC标记的蛋白质呈现均匀分布，且由尼罗红染色的油脂也分布均匀，这种均匀的微观结构有利于维持乳液的长期稳定性。而在稳定性较差的WK4～WK8中观察到了明显的大颗粒聚集，这些样品中的蛋白质发生了显著的聚集，导致连续相的结构被破坏，进而导致乳液失稳。在这8 个样品中，WK1～WK3的黑色区域较小，表明网格最细，而WK7和WK8的黑色区域格外明显，较大的孔隙往往会损失更多的水分使乳液产生分层沉淀。原料蛋白溶解度差可能是形成聚集体的主要原因，WK4～WK8有限的溶解度导致形成粗糙的凝胶聚集体导致沉淀。

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酶处理前后白芸豆蛋白的SDS-PAGE

SDS-PAGE基于蛋白质分子质量差异和凝胶分子筛作用，对不同蛋白质组分和亚基进行分离，并通过蛋白条带的强弱进行定量分析。不同品种白芸豆蛋白电泳图谱如图4A所示，不同品种白芸豆蛋白质电泳图谱相似性较高，蛋白亚基条带大多分布在17～95 kDa，其中最突出的条带在48～63 kDa之间，对应主要存在于白芸豆蛋白中的7S球蛋白。有研究报道芸豆蛋白主要由7S和11S组成。7S蛋白是由α′、α和β亚基组成，芸豆11S蛋白由碱性亚基和酸性亚基组成。不同亚基组成可能影响蛋白质溶解度，Klassen等研究豌豆蛋白亚基组成时，发现7S蛋白具有更高的溶解性和较小的分子质量，其高碳水化合物含量和较小的多肽尺寸可能增强净电荷密度，从而表现出更高的溶解性，11S蛋白分子质量较大（350～400 kDa），疏水性氨基酸含量高，易形成聚集体，导致溶解性较低，从而使蛋白质表现出不同溶解度。白芸豆乳蛋白图谱如图4B所示，不稳定品种的白芸豆蛋白因酶解作用使7S球蛋白条带明显减小。且制乳酶解后出现了明显的分子质量在11～20 kDa之间的新肽，说明制乳后出现了更多低分子质量的蛋白质成分。李月等研究发现乳清蛋白在热处理过程中发生变性，导致蛋白质分子间交联形成聚集体，同时释放低分子质量肽段。低分子质量肽段可能因疏水基团暴露不足，无法有效吸附在油水界面，导致脂肪球聚结和上浮，破坏乳液稳定性。

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白芸豆氨基酸组成分析

氨基酸作为蛋白质的主要组成物质，与蛋白质功能性质密切相关，因此，首先对不同品种白芸豆的氨基酸组成进行了分析。如表3所示，17 种氨基酸均被检出，但不同品种间氨基酸含量存在较大差异，WK8的氨基酸含量总和最高，为24.41 g/100 g，WK5含量最低，为19.47 g/100 g，且WK4～WK8总氨基酸均值为22.12 g/100 g，而WK1～WK3总氨基酸均值为21.33 g/100 g，稳定品种总氨基酸水平居于中等。对于非极性氨基酸，不稳定组亮氨酸和异亮氨酸的均值高于稳定组均值，不稳定组均值分别为1.71、0.96 g/100 g，且WK8组中含量最高，说明疏水性氨基酸可能增强蛋白质聚集倾向，从而降低乳液稳定性。极性氨基酸呈现相同结果，仍为WK8中含量最高（5.00 g/100 g），WK5中含量最少（4.16 g/100 g），不稳定组丝氨酸、酪氨酸含量显著高于稳定组，两种氨基酸具有亲水性潜力，但未能有效发挥稳定作用，可能受到空间结构限制。对带电荷氨基酸含量进行分析，发现不稳定组WK4、WK6～WK8的带电氨基酸总量更高，高比例带电氨基酸可能因静电作用引发蛋白质絮凝，从而影响蛋白质的结构、溶解性和稳定性。

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酶处理前后白芸豆蛋白的乳化活性和溶解度

8 种白芸豆蛋白的乳化活性如图5A所示，可知酶处理前乳化活性指数在6.19～9.99 m2/g之间，酶处理后在0.62～1.80 m2/g之间，且酶处理后稳定性较好的品种WK1～WK3的乳化活性显著高于稳定性较差的品种WK4～WK8。有研究表明，蛋白质分子质量大小、亲水或疏水基团组成会影响蛋白质的乳化活性，高乳化活性蛋白在形成乳液时有效地提高了乳液稳定性。

由图5B可知，酶处理前蛋白质溶解度在1.25%～30.51%之间，乳液稳定性较好的品种WK1～WK3的蛋白溶解度显著高于不稳定品种WK4～WK8。酶处理后，各品种溶解度均显著升高到10.97%～63.48%之间，此时WK1～WK3品种的蛋白溶解度仍显著性高于WK4～WK8。酶处理可以增加蛋白质的溶解度、降低其分子质量、暴露埋藏的疏水基团以及增加其表面疏水性。溶解度是蛋白质应用于食品中的重要条件，溶解度差异会影响蛋白质在乳液体系中的分散性和可溶性蛋白质的含量，限制蛋白质在食品中的应用。综上，WK1～WK3品种的蛋白质溶解度较高，有助于提升乳液体系中的蛋白质含量，提高白芸豆乳的感官特性以及乳液的稳定性。

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酶处理前后白芸豆蛋白二级结构

利用傅里叶变换红外光谱在1 600～1 700 cm-1范围内可以测定蛋白质二级结构并提供折叠和结合特性等信息。结果如图6和表4、5所示，酶处理前白芸豆蛋白二级结构主要以β-折叠为主，平均占比为32.87%，与贾斌的研究结果一致，其中WK1的β-折叠占比最高（35.95%），WK8占比最低（29.74%）。酶处理后除WK7外其他各品种中的β-折叠占比均降低，且稳定品种中占比更低（均值27.12%），可能是由于酶解过程中肽键断裂削弱了维持β-折叠的氢键网络，同时暴露出更多亲水基团，使蛋白质分子更易分散，乳液更稳定。WK1和WK4具有较高的α-螺旋含量，分别为33.33%、34.52%，然而酶处理后占比分别为26.90%、26.58%，呈现明显的降低现象。WK8具有较高的无规卷曲比例，为24.24%，酶处理后占比为21.39%。这可形成较松散的二级构象并容易展开结构骨架。此外，值得注意的是，β-转角的含量高会使较小的蛋白质聚合体含量升高，有利于提高乳液体系稳定性：经酶解后除WK7外其他各品种中β-转角占比均提高，且稳定品种β-转角占比平均值（27.87%）高于不稳定品种的平均值（25.61%），说明β-转角含量高有助于降低乳液发生絮凝沉淀的可能性。

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结 论

本研究围绕白芸豆蛋白质结构特性及乳液稳定性展开全面探究，通过测定蛋白质组成、结构和理化特性等揭示蛋白质对白芸豆乳稳定性的关键作用。研究发现两者之间具有以下关联：在界面稳定机制层面，稳定组WK1～WK3乳液较高的Zeta电位绝对值赋予体系强静电排斥力，有效抑制颗粒聚集；而不稳定组WK4～WK8因电位较低更易絮凝沉淀；稳定组乳液中较高的可溶性蛋白及游离巯基含量，进一步表明其蛋白质高亲水性有利于维持体系均一性。此外，白芸豆品种间氨基酸组成存在差异，不同种类氨基酸含量也会对蛋白质稳定性产生影响；SDS-PAGE分析表明酶处理显著弱化了7S球蛋白条带，同时促进了低分子质量蛋白片段生成。功能特性研究表明，稳定组WK1～WK3蛋白酶解后乳化活性与溶解度显著提升，证实高溶解度对乳液稳定性及感官品质的促进作用。二级结构解析显示，以β-折叠为主导的蛋白质构象经酶处理后发生重构，暴露出更多亲水基团从而提高乳液稳定性。微观结构直接印证上述结论：激光共聚焦成像显示稳定组WK1～WK3形成均匀的蛋白质-油脂分布式网络，而不稳定组WK4～WK8则因大颗粒聚集体破坏连续相结构，最终导致乳液稳定性降低。

第一作者：

孔春丽北京工商大学食品与健康学院副教授硕士生导师。博士毕业于荷兰格罗宁根大学医学院，主要从事母乳寡糖和非消化多糖对婴幼儿和老年人肠道微生物及肠道粘膜免疫屏障调控作用和相关机制研究。相关研究成果在Food Chemistry、Fodd Research International 等期刊上发表论文26 篇，发明专利1 项、著作2 部。先后主持国家自然科学基金项目1 项，参与国家自然科学基金项目1 项，参与国家重点研发子课题1 项，主持、参与多项企业横向课题。

通信作者：

王蓓北京工商大学食品与健康学院副院长、教授博士生导师。现任中国食品科学技术学会益生菌分会理事，长期致力于乳及其制品风味关联合成生物技术与应用研究。近年来，在国内外期刊上发表论文100余篇，申请国内外发明专利近20 项，授权国内专利十余项，美国专利2 项，申请软件著作权3 项。主持国家自然基金课题、十四五重点研发子课题、企业横向课题等20余项。获得北京市教育教学成果奖一等奖、国家市场监管科研成果奖一等奖、上海市科技进步一等奖、中国商业联合会特等奖等多项奖励。

引文格式：

孔春丽, 李新阳, 胡怡美, 等. 白芸豆蛋白质与乳液稳定性的关系[J]. 食品科学, 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.

实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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