南京农大食品科学技术学院张充教授团队在《Food Bioscience》发表最新研究成果—蛋白质谷氨酰胺酶助力豆粕蛋白粉功能提升 近期，南京农业大学食品科学技术学院张充教授团队在国际期刊《 Food Bioscience 》 (JCR 一区 , IF = 5.9) 发表题目为 “High-level Production of Protein Glutaminase from ChryseobacteriumProteolyticum and Its Application in Enhancing the Functional Properties of Dried Soybean Meal Protein Powder” 的研究性论文。本文第一作者为南京农业大学食品科学技术学院博士生张凯，张充教授为通讯作者。文章通过 RSM-ANN-GA 策略显著提高蛋白谷氨酰胺酶产量，并应用于豆粕蛋白粉改性。结果表明，酶处理有效改善溶解性、分散性、抗氧化性和消化率，优化后产品风味更佳、色泽更亮且营养保持稳定，为植物蛋白粉高值化利用提供了可推广的绿色工艺。 研究背景 全球大豆产量持续增长，豆粕蛋白含量高，却多用作饲料，造成资源浪费。将其制成蛋白粉，既能增值又具经济效益。工业常用喷雾干燥虽成本低，但高温易致蛋白聚集，降低溶解性与分散性。蛋白谷氨酰胺酶（PG）可将谷氨酰胺残基转化为谷氨酸，有效改善蛋白功能，已应用于多种植物蛋白。然而，PG产量偏低，限制了产业化。氮源优化对产酶至关重要，传统响应面法（RSM）虽常用于工艺优化，但对复杂体系预测有限，人工神经网络（ANN）结合遗传算法（GA）则能实现更高精度和效率。RSM-ANN-GA联合策略有望突破产酶瓶颈，为豆粕蛋白高值化利用提供新思路。 结论与展望 本研究利用响应面法（RSM）与人工神经网络-遗传算法（ANN-GA）联合优化了蛋白质谷氨酰胺酶（PG）的发酵培养基。结果表明，两种模型均具备良好可靠性，其中ANN-GA效果更优，使PG酶活达到7.590 U/mL，较优化前提升63.37%，为摇瓶条件下最高报道水平。进一步通过正交试验优化喷雾干燥工艺，使豆粕蛋白粉（DSMP）收率提升至29.71%。功能性评价显示，随着脱酰胺度（DD）的增加，DSMP的溶解性、分散性及抗氧化能力显著增强，多项指标优于商业大豆蛋白粉（CSPP）。在DD为55%时，DSMP的体外消化率与CSPP相当，同时展现更强的鲜味并降低苦味和涩味。色差分析表明，PG处理改善了粉体亮度与外观品质；营养与氨基酸组成则基本保持稳定，且有利于提升蛋白功能特性。 综上， PG 酶改性不仅有效缓解喷雾干燥引起的热聚集，还在营养、功能、感官及视觉等方面全面提升了豆粕蛋白粉品质。本研究建立了高产 PG 的可行路径，并验证了其在植物蛋白高值化利用中的潜力。未来，该工艺有望推广至更多植物蛋白资源，推动绿色、低成本、功能化蛋白粉的产业化生产，为食品工业应用提供新方向。 图文赏析 图1 图文摘要 图2. PG活性的优化。a-c为赖氨酸、酪氨酸和亮氨酸添加水平对PG活性的影响；d-i为响应面法（RSM）的三维图。根据方差分析（ANOVA），星号表示对照组与实验组间存在显著差异（p<0.05）。 图3. 神经网络耦合遗传算法增强PG活性。a：神经网络拓扑结构；b：神经网络拟合模型的回归图；c：由遗传算法确定的PG活性最优值。 图4. 喷雾干燥工艺优化。a-e分别表示物料浓度、麦芽糊精浓度、进料流速、进料温度和风机强度对DSMP粉末产率的影响。 图5. 不同DD条件下CSPP与DSMP特性对比。a：体外消化率与分散性；b：抗氧化活性；c：溶解度 图6. 不同DD条件下CSPP与DSMP的风味对比。a：电子舌；b：电子鼻 原文链接 https://doi.org/10.1016/j.fbio.2025.107528 作者简介 张充，生物技术专业博士，教授，博士生导师，南京农业大学食品科技学院生物工程系系主任，食品微生物与生物技术研究方向负责人，南京农业大学“钟山学者——学术新秀”，泰州市高层次创新创业人才。长期从事食品酶学与合成生物学、农产品资源高值化利用领域的研究。第一或通讯作者在 Food Hydrocolloids 、 Carbohydrate Polymers 、 Bioresource Technology 等食品生物技术领域权威期刊发表学术论文 40 余篇，第一发明人授权专利 10 件，主持国家级、省部级、企业横向课题 10 余项。曾任 Frontiers in Microbiology 客座编辑，以及 Food Chemistry 、 International Journal of Biological Macromolecules 、 Journal of agriculture and food chemistry 、 LWT- Food Science and technology 、 Enzyme and Microbial Technology 等期刊审稿人。主要研究成果：（ 1 ）挖掘并改造获得新型蛋白质谷氨酰胺酶（ PG ）、谷氨酰胺转氨酶（ TG) 、漆酶等核心食品酶品种；（ 2 ）结合分子生物技术与理化育种技术，选育具有自主知识产权的链霉菌、醋酸杆菌、金黄杆菌、食品级大肠杆菌等核心微生物菌种；（ 3 ）建立新型生物催化技术体系，以农产品加工副产物为原料，创制功能蛋白质、活性肽、细菌纤维素等新资源食品原料。
