Food Hydrocolloids|陈坚院士团队刘潇助理研究员课题组研究成果：大豆蛋白-卡拉胶多尺度复合物形成及其对乳液结构调控的作用机制

近期，江南大学未来食品科学中心陈坚院士团队在植物蛋白乳液食品体系结构调控和口腔感知提升方面获得重要研究进展。相关研究分别发表于Food Hydrocolloids (Meng et al., Food Hydrocolloids, 2024, 146, 109191, 2021级硕士孟繁鋆为论文第一作者，王淼教授和刘潇助理研究员为通讯作者)和Food Bioscience (Liu et al., Food Bioscience, 2024, 60, 104341，刘潇助理研究员为论文第一作者兼通讯作者)。

蛋白质稳定的乳液是食品加工中常见的结构体系，与动物蛋白乳液（如牛奶、冰激凌等）相比，大豆等植物蛋白在加工过程中易发生无序聚集，导致乳液产品产生乳析、破乳等不良现象。通过多糖静电修饰植物蛋白，可构建包括可溶性复合物、复合纳米颗粒和复合凝聚物在内的不同尺度复合体系，可有效控制植物蛋白的聚集行为，调控乳液的结构形成与感官性质表现。

基于以上思路，江南大学食品合成生物学与生物制造团队研究人员以大豆分离蛋白（Soy protein isolate，SPI）和κ-卡拉胶（κ-carrageenan，κCG）为研究对象，探究两者在静电相互作用下的复合行为。对不同复合比例和离子强度的SPI/κCG混合物进行浊度滴定，观察到pH6.0时所有样品中均形成可溶性复合物，将pH6.0时形成的SPI/κCG可溶性复合物进行热处理，制备SPI/κCG复合纳米颗粒（SCP），探究形成SCP的最佳SPI/κCG复合比例及其在不同浓度（C_p，0.5%~2.5%，w/v）和油相含量（φ，10%~60%，v/v）范围内对乳液结构和流变学性质的稳定作用（图1）。结果表明，与其它复合比例相比，达到SPI/κCG饱和复合比例（1:0.2）后的SCP作为稳定剂可以制备液滴尺寸更小的乳液。进一步通过建立储能模量（G'）与颗粒浓度（G'~C_pⁿ）和油相含量（G'~φ^m）的幂律关系，研究乳液结构形成与流变学之间的内在关联，指数n和m随着C_p和φ的增加而减小，表明乳液结构对C_p和φ有强烈依赖。交叉应变点（γ_co）是乳液结构崩解的指标，对于φ≤20%，γ_co随着C_p的增加而略有下降，对于30%<φ<50%，γ_co随C_p的增加而增加，当φ=60%时，γ_co随C_p的升高而显著降低。因此，通过控制SCP的形成条件和并改变C_p和φ的含量可有效调控乳液结构及流变学性质。

通过浊度滴定确定复合凝聚物形成的临界pH值（pH3.8~5.2），探究不同pH值（pH4.0、pH4.5、pH5.0、pH5.5）条件下SPI/κCG复合凝聚物形成及其对高内相乳液（High internal phase emulsions，HIPEs）流变学及口腔摩擦学的影响（图2）。SPI和κCG之间的静电相互作用会随着混合物pH值的降低而增强，进而提升了SPI/κCG复合凝聚物的得率和微观结构的团聚程度。然而pH5.0和pH5.5下形成的SPI/κCG复合凝聚物表现出更好的HIPEs形成能力。复合凝聚物得率最低的pH5.5样品表现出更小的乳液液滴尺度，在小振幅振荡剪切实验中展现出较高的粘弹特性。pH5.0样品在大振幅振荡剪切实验中表现出较好的大变形抵抗能力，同时在摩擦学测定中展现出较低的摩擦系数，这将为HIPEs带来更好的口腔质构感知与润滑口感。因此，通过调节pH值可有效控制蛋白-多糖复合凝聚物的形成和性质，进而改善高油相食品体系的结构与口感。

本研究工作得到了江苏省自然科学基金（BK20210673）的资助。

图1 SPI/κCG复合纳米颗粒（SCP）稳定乳液结构的机制图

图2 不同pH值下的SPI/κCG复合凝聚物对HIPEs结构的稳定机制

（编辑：潘梦妍）