近年来，蛋白质与具有抗氧化作用的小分子如茶多酚、花青素、姜黄素、槲皮素等物质结合后发生物理化学性质的变化以及发生变化后的蛋白质对于健康的影响已经成为研究的一大热点。目前，蛋白质与小分子结合的研究多集中于动物蛋白，如乳蛋白、鱼类蛋白、牛血清白蛋白等，植物蛋白主要是大豆蛋白，而与红豆蛋白结合的研究相对较少。
超声波处理技术引起了食品工业的日益关注。超声波在食品中可用于辅助提取、灭菌、乳化、结晶、干燥等，主要是利用超声波的空化作用、机械效应及热效应等。为研究超声处理能否促进红豆蛋白与叶黄素的结合，从而提高叶黄素对红豆蛋白的修饰和功能改善作用，吉林农业大学食品科学与工程学院小麦和玉米深加工国家工程实验室的杜琛、尹欢欢、赵城彬*和刘景圣*等人采用超声处理制备红豆蛋白-叶黄素复合物，采用差示扫描量热仪（DSC）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）仪分析其热特性和二级结构，并研究其表面疏水性、巯基含量、溶解度、起泡和乳化特性，试图探究结构变化与功能性质改善之间的构效关系，从而为研发功能性红豆蛋白及其产业化应用提供理论参考。
1 不同超声处理下复合体系中红豆蛋白与叶黄素的结合率
结果显示，与未进行超声处理的对照组相比，在不同超声处理条件下，红豆蛋白与叶黄素的结合率得到不同程度的提高，由65.18%（对照组）提高到71.70%～91.82%，在240 W超声处理10 min（处理5）时结合率达到最大，表明超声处理可以促进叶黄素与红豆蛋白的结合。无论超声功率的强弱，随着超声时间的延长，结合率先升高后下降；而超声时间较短（5 min）时，结合率随超声功率升高而升高，超声10 min时，呈先增加后减少的趋势，超声时间达20 min时，超声功率越大其结合率反而越小。
2 不同超声处理下红豆蛋白-叶黄素复合物的热特性分析结果
由图2可知，所有红豆蛋白-叶黄素复合物与红豆蛋白都是在100 ℃附近出现一个吸收峰，经过超声处理的复合物比对照组的图谱稍向左偏移。叶黄素晶体在157 ℃出现熔融峰，而复合物在此温度未见熔融峰，说明叶黄素以无定形形式存在于粉末颗粒中，表明红豆蛋白-叶黄素复合物的形成。与红豆蛋白相比，对照组的Tp由108.34 ℃下降至101.10 ℃，ΔH从283.90 J/g减少至270.90 J/g，说明红豆蛋白-叶黄素复合物的变性温度降低，在变性时所需的热量减少。超声处理后复合物的Tp和ΔH进一步降低，但是Tp下降得并不显着（P＞0.05），而ΔH显着下降（P＜0.05），且在240 W超声处理10 min（处理5）时Tp和ΔH达到最低。然而，高功率长时间的超声处理（360 W、20 min）又会使ΔH有所上升，这可能是蛋白质分子重新聚集导致的。
3 不同超声处理下红豆蛋白-叶黄素复合物的FTIR分析结果
由图3可知，红豆蛋白的FTIR光谱与红豆蛋白-叶黄素复合物不同，主要是在3 100～3 600 cm-1波数范围内，复合物形成了较宽的强吸收峰，表明这些官能团参与了与叶黄素的结合，形成了稳定的蛋白质-叶黄素复合物。叶黄素的加入引起了红豆蛋白的酰胺II带从1 572 cm-1移至1 541 cm-1处，说明叶黄素引起了红豆蛋白二级结构的变化。与红豆蛋白相比，无论是否经过超声处理，红豆蛋白-叶黄素复合物的酰胺I带和酰胺II带的红外吸收强度都出现增加，这表明叶黄素分子中的氧原子、羟基与蛋白分子中C＝O、C—N基团可能通过疏水作用力等结合，说明叶黄素使红豆蛋白二级结构有一定程度的改变。
对照组与红豆蛋白相比，α-螺旋相对含量降低4.78%，β-折叠相对含量降低7.02%，无规卷曲相对含量增加17.93%，β-转角相对含量没有显着变化（P＞0.05），这说明红豆蛋白与叶黄素结合后，蛋白质的二级结构变得无序，花青素与大豆分离蛋白的相互作用也是类似结果。不同超声处理条件对红豆蛋白-叶黄素复合物的二级结构具有不同影响。在低功率和短时间（处理1）的超声处理下，与对照组相比，复合物的α-螺旋相对含量减少，无规卷曲相对含量增加，而β-折叠和β-转角相对含量均没有显着变化（P＞0.05），这说明低功率和短时间的超声处理能够使复合物二级结构由α-螺旋转变为无规卷曲，这种转变在240 W超声处理10 min（处理5）时效果最明显。α-螺旋是通过肽链的内部氢键稳定，而β-折叠通过肽键之间的氢键而稳定，由于超声处理导致蛋白质分子结构展开，氢键被削弱，从而使蛋白质的结构变得无序和灵活。然而，随着超声处理的不断进行，在高功率和长时间的超声处理下，复合物的α-螺旋和β-折叠相对含量降低，β-转角相对含量开始增加，而无规卷曲相对含量变化不显着（P＞0.05），这说明高功率和长时间的超声处理可能不利于α-螺旋结构向无规卷曲结构转变，而是转变成另一种有序的β-转角结构。
4 不同超声处理下红豆蛋白-叶黄素复合物的表面疏水性
结果显示，叶黄素与红豆蛋白的结合使蛋白质表面疏水性显着下降（P＜0.05），这可能是由于叶黄素与蛋白质通过疏水键结合。经超声处理后的复合物表面疏水性显着升高（P＜0.05），且高于红豆蛋白，这表明超声处理对红豆蛋白表面疏水性的增加作用大于叶黄素对表面疏水性的降低作用。对β-伴大豆球蛋白和黑豆蛋白进行超声处理时，也观察到类似现象。随着超声功率增加和超声时间的延长，表面疏水性呈先升高后降低的趋势，在240 W超声处理10 min（处理5）时，复合物的表面疏水性达到最大。这表明适当的超声处理诱导蛋白质分子发生一定程度的解折叠，从而导致最初在分子内部的疏水基团和区域暴露于极性环境的数量增加；当超声处理过度时，蛋白颗粒之间通过静电等非共价作用发生聚集，导致部分疏水基团又被重新包埋。
5 不同超声处理下红豆蛋白-叶黄素复合物的巯基含量
结果显示，叶黄素的结合使红豆蛋白游离巯基含量显着下降（P＜0.05），这可能是由于蛋白质与叶黄素中羟基基团发生相互作用，导致巯基含量的下降，超声处理可使红豆蛋白-叶黄素复合物的游离巯基含量显着升高（P＜0.05）。与未经超声处理的复合物相比，在较短超声时间（5 min）处理时，复合物的游离巯基含量增加，且随超声功率增加而增加，但低于红豆蛋白的游离巯基含量。当超声条件达到240 W处理10 min（处理5）以后，复合物的游离巯基含量高于红豆蛋白，这表明适当的超声处理能够有效抑制叶黄素对红豆蛋白游离巯基的降低作用，甚至改善其游离巯基的暴露。然而，在较高超声功率（360 W）和较长超声时间（20 min）处理时，复合物的游离巯基含量相较于处理5、6、7、8组而言又有一定程度的降低，这可能是长时间高功率的处理使游离出来的巯基被氧化导致的。对于总巯基含量，经不同超声处理后，其变化并没有明显的趋势。
6 不同超声处理下红豆蛋白-叶黄素复合物的溶解度
蛋白质与水之间的作用力主要是蛋白质中的肽键（偶极-偶极相互作用或氢键），或氨基酸的侧链（解离的、极性甚至非极性基团）同水分子之间发生了相互作用，蛋白质变性的程度也可以通过蛋白质溶解度评价。结果显示，与叶黄素的结合能够显着提高红豆蛋白的溶解度（P＜0.05），其原因可能归结于叶黄素与蛋白质之间的非共价作用使蛋白的表面疏水性下降。与对照组相比，所有经超声处理的红豆蛋白-叶黄素复合物的溶解度均显着增加（P＜0.05）。从整体上看，随着超声时间延长及超声功率的增加，红豆蛋白的溶解度呈先增加后减小的趋势，当超声条件为240 W处理20 min（处理5）时，复合物的溶解度达到最大值（71.48%）。
7 不同超声处理下红豆蛋白-叶黄素复合物的乳化性及乳化稳定性
结果显示，与未处理的红豆蛋白相比，红豆蛋白-叶黄素复合物的乳化性和乳化稳定性均有所增加，但是变化不显着（P＞0.05）。蛋白质乳化作用与其溶解度和表面疏水性均有关，虽然与叶黄素的结合使红豆蛋白的溶解度增加，但会降低其表面疏水性。与对照组相比，超声处理会显着提高复合物的乳化性和乳化稳定性（P＜0.05）。随着超声功率的增加和超声时间的延长，乳化性先增加后减小。在较低功率（120 W）或较短时间（5 min）的超声处理下，复合物的乳化稳定性随超声处理时间延长或超声功率增加呈增加趋势；而在高功率（360 W）和长时间（20 min）的超声处理下，复合物的乳化稳定性与360 W、10 min和240 W、20 min处理组相比出现了显着降低（P＜0.05）。当超声条件为240 W处理10 min（处理5）时，乳化性和乳化稳定性达到最大，这与此超声条件下复合物具有最高的溶解度和表面疏水性有关。适当的超声功率（240 W）和处理时间（10 min）能够使蛋白质空间结构分散，蛋白质发生适度变性，有效暴露出疏水基团，同时增强其溶解度，促进了蛋白质与叶黄素的相互作用，从而使乳化性和乳化稳定性提高。此外，此超声条件下复合物的结构更加松散、热稳定性更低，二级结构更加无序和灵活。然而，高功率（360 W）和长时间（20 min）的超声处理会使蛋白质严重变性，产生较多的不溶性蛋白。同时，过度超声处理使复合物中蛋白质分子重新聚集，使其结构更加紧密和有序，导致其乳化作用降低，与DSC和FTIR分析结果符合。
8 起泡性及泡沫稳定性分析
结果显示，与未处理的红豆蛋白相比，与叶黄素的结合不会使蛋白质的起泡性发生显着变化（P＞0.05）。然而，超声处理可以显着提高红豆蛋白-叶黄素复合物的起泡性。随超声时间延长或超声功率增加，在较低功率（120 W）或较短时间（5 min）的超声处理下复合物的起泡性呈增加趋势；而在较长时间（20 min）时，复合物的起泡性又显着降低（P＜0.05），同时在功率240W、10 min处理下起泡性最大，这说明适当的超声处理能够有效改善复合物的起泡性。红豆蛋白与叶黄素形成复合物后泡沫稳定性没有显着变化（P＞0.05），且超声处理也不会明显改善复合物的泡沫稳定性。
结 论
超声处理能够促进红豆蛋白与叶黄素的结合，在240 W超声处理10 min时，结合率达到最大（91.82%）。热特性分析表明红豆蛋白与叶黄素形成了复合物，复合物的形成使峰值温度（Tp）和热焓值（ΔH）降低，超声处理会使复合物的Tp和ΔH进一步下降，结构变得松散。适当的超声处理会使复合物二级结构中的α-螺旋转变为无规卷曲结构，无序化增加导致表面疏水性和游离巯基含量升高。功能性质分析表明与叶黄素的结合增加了红豆蛋白的溶解度，而复合物的乳化性和乳化稳定性以及起泡性和泡沫稳定性没有显着改变。超声处理进一步改善了复合物的功能性质，在240 W超声处理10 min时，复合物的溶解度、乳化性、乳化稳定性和起泡性达到最大。然而超声处理并未对复合物的泡沫稳定性产生明显影响。这些功能性质的改善可能与蛋白质结构变的松散和无序化程度增加有关。
