《食品科学》：天津科技大学李文钊教授等：卡拉胶-变性淀粉-蛋清蛋白复合凝胶的制备及特性表征

凝胶在多糖和蛋白质系统中得到了广泛的开发和应用，作为一种具有凝胶性能的半固态物质在食品系统中发挥重要作用。蛋白质和多糖作为食品中两类重要的天然生物高分子物质，其复合体系中存在一定的相互作用而表现出良好的功能特性，是影响食品质地、结构和稳定性等食品品质的重要因素，因此蛋白质-多糖在食品生产应用中备受关注。

复合多糖凝胶体系如亲水胶体-淀粉、亲水胶体-亲水胶体等在食品中的应用可以改善食品产品 稳定性和结构特性。蛋清蛋白良好的凝胶性在实际应用中会影响食品的组织形态、黏稠性和持水性等，对蛋清粉进行热处理等改性处理可以有效提高其凝胶特性。 蛋白质-多糖凝胶作为传递营养物质的载体，有助于增加食品基质中的保水性，并改善流变特性和质地效果，具有作为流变修饰剂和稳定剂的潜力。蛋清粉蛋白质种类丰富且活性物质较多，具有良好凝胶性能，与多糖结合构成复合凝胶应用于食品 中在提升其品质特性的同时还可提高其营养价值。

天津科技大学食品科学与工程学院的崔亚雪、李文钊*、杨晓飞等探究了蛋清蛋白和多糖结合的复合凝胶特性对拓宽其在食品中的应用和促进开发具有相关功能性的新型凝胶软体材料具有重要的价值和意义。Car-HPDSP-蛋清蛋白复合凝胶有可能应用于食品和生物领域系统，探究不同改性处理蛋清粉与复合多糖的相互作用及凝胶化，以期为蛋清蛋白与多糖复合凝胶开发及应用提供一定参考和新思路。

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改性蛋清粉的基本成分分析

由表1可知，3 种改性蛋清粉的粗蛋白质量分数较高，且均在80%以上，表明粗蛋白为改性蛋清粉的主要成分，改性蛋清粉良好的凝胶特性与其丰富的蛋白质资源有关，水分、灰分及粗脂肪含量相对较低，可能更利于保持蛋清粉的质量和稳定性，这些成分构成蛋清粉的基本组成，使其具有一定的营养价值和功能特性。

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改性蛋清粉的凝胶特性分析

凝胶强度及持水能力是评价凝胶特性较为重要的指标。如图1所示，3 种蛋清粉均有良好的凝胶特性，且不同处理方式的蛋清粉凝胶特性存在显著差异。与P10相比，PHG14和PHG21的凝胶强度和持水性均较高，且依次增强，表明热处理对蛋清粉改性使其具有更好的凝胶性能，与Cheng Yuan等的研究结果一致。经热处理后，改性蛋清粉二硫键的共价交联程度增大，二硫键是稳定蛋白构象的重要化学键，从而促使蛋清蛋白凝胶有序网络的形成，增强凝胶网络与水之间的结合力。不同改性方式也会导致蛋白质的二、三级结构的变化而影响蛋白质构象，促使蛋白分子之间及其与水分子之间的相互作用变化。三者的凝胶强度和持水性变化趋势相同，两者指标可能存在一定的相关性，同时凝胶强度和持水性与凝胶网络结构形成的紧密程度及稳定状态有关。

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复合凝胶的凝胶强度分析

凝胶强度是凝胶在相关食品中的应用参考的重要指标，其关系到产品的状态、组织结构及品质特性。如图2所示，与C相比，二元复合凝胶C/H凝胶强度增大，表明复合多糖之间的互作有利于凝胶网络结构的形成。相对于C，含有蛋清蛋白的三元复合凝胶强度均有提高，表明蛋清蛋白的加入提升了三元复合凝胶的凝胶强度。C/H/P10、C/H/PHG14和C/H/PHG21三者的凝胶强度呈上升趋势，原因可能与蛋清粉经不同改性处理后凝胶特性的差异有关，其中与对照组C相比，后两者效果较显著，表明热处理改性可进一步提高蛋清粉凝胶特性，与2.2节结果一致，可能是由于改性蛋白分子结构的展开进而暴露分子内的巯基基团，伴随游离巯基与二硫键的转化，分子内和分子间相互作用力加强。同时蛋白质的热变性和聚集可能利于蛋清蛋白与复合多糖的相互作用，从而提高复合凝胶的凝胶强度，C/H/PHG14和C/H/PHG21凝胶强度的提高表明Car、HPDSP与热处理蛋清粉的结合可有效形成良好胶体状态的多糖-蛋白复合凝胶。

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复合凝胶的持水性分析

持水性是对凝胶保留水分能力的评估。如图3所示，C的持水性相对较低，二元复合凝胶C/H持水性有一定提高，原因可能是与变性淀粉复配后，淀粉分子链羟丙基基团的高亲水性促使凝胶体系与水分子结合，有利于水分的保留与固定。与对照组相比，含有蛋清蛋白的三元复合凝胶呈现较好的持水性，且三者持水性依次增强，原因可能与蛋清蛋白中含有大量的极性基团有关，较利于与水分子紧密结合。其中PHG14、PHG21效果更好，可能与其改性方式以及凝胶强度有关，也表明其与Car、HPDSP多糖分子之间结合可能存在较好的协同互作，从而显著增强了三元复合凝胶的持水性，它们之间的相互作用对复合凝胶中水分流动的阻滞保留能力更强。上述结果表明蛋清蛋白-多糖复合物形成的三元复合凝胶持水性良好，同时凝胶强度及其微观网络结构的有序性也与凝胶的持水性有关。

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复合凝胶的流变特性分析

凝胶的流变特性关系到食品的性质和内部结构。图4显示了储能模量

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复合凝胶的水分分布分析

凝胶中水分的存在状态体现凝胶网络与水分子之间的相互作用，其可由低场核磁共振中体现水分迁移的横向弛豫时间

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表2显示了不同凝胶样品的弛豫时间和峰面积比例，弛豫时间

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复合凝胶的DSC分析

凝胶中水的构成状态与凝胶特性和内部结构有关，水与高分子链之间的相互作用及水的特性一定程度上体现凝胶体系的稳定性。其中，Wf的测定基于凝胶样品DSC曲线上关于水在温度变化过程中发生的热转变行为。图6a为不同凝胶组分从-30 ℃升温至30 ℃的DSC曲线。在设定温度变化区间内，所有凝胶样品均在0 ℃附近存在一个吸热峰，代表不同凝胶组分的水分随温度变化而发生相变。该吸热峰可表示凝胶样品中可冻结水在升温过程中的热焓变化，且峰面积与焓变相关，与C相比，C/H和三元复合凝胶的峰面积均呈缩小的趋势。

通过计算，不同凝胶样品的

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复合凝胶的FITR分析

为进一步研究多糖与蛋清蛋白在复合凝胶形成中的相互作用，进行FTIR分析以确定复合凝胶中特定官能团的构象变化。如图7所示，对照组及三元复合凝胶的红外光谱均在3 420 cm-1处有一较宽的吸收带，其对应于羟基（—OH）基团的拉伸振动；在波数2 929 cm-1处有一较小的吸收带，归属于脂肪烃（C—H）基团的拉伸带；同时在波数1 650 cm-1（酰胺I带，酰胺键C＝O的拉伸振动）处也表现出吸收带。与C相比，C/H在1 080 cm-1处还表现出吸收带。与对照组C、C/H相比，三元复合凝胶的红外光谱显示出对照组分所有的吸收带，且振幅增大，在波数1 542 cm-1（酰胺II带，归属N—H基团和C—N基团的弯曲振动）和1 235 cm-1处也表现出新的吸收带。酰胺结构域I和II是蛋白质二级结构的关键区域。C/H/PHG14、C/H/PHG21羟基伸缩振动峰分别在3 405、3 408 cm-1处，其向低波数移动表明复合凝胶系统中形成了更多的氢键相互作用，同时使其具有更强的吸收强度。随着蛋清蛋白的加入，三元复合凝胶的红外光谱吸收带振幅增大、峰位弱移以及新的吸收带的出现，表明复合多糖和蛋清蛋白之间存在相互作用有助于复合凝胶内部结合，从而导致更稳定的有序结构。

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复合凝胶的结晶特性分析

凝胶样品的结晶特性可以反映其组成成分之间的相容性和分子间相互作用。不同凝胶样品的XRD图如图8所示，凝胶样品主要在2

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复合凝胶的微观结构观察

不同凝胶样品的微观结构和孔径分布如图9所示，单一C表现出多孔结构和相对较大的直径，在200～300 μm分布更多，具有较大的孔洞且分布不均匀，拥有更大空腔的网络结构。二元复合凝胶C/H则为连接较短、相对松散的微观结构，呈现缠结杂乱且不规则的孔腔，孔径略有减小，直径在约150 μm分布较多。对于三元复合凝胶，C/H/P10呈现了有较粗糙的网络壁，以粗交联链交联的连续网络结构，具有粗糙的腔和孔洞，相应的孔径分布不均匀，孔径缩小在约75 μm分布更多。C/H/PHG14和C/H/PHG21复合凝胶则显示出相对聚集的微观网络结构，呈现高度互联且紧密连续的三维网络结构，具有规则的孔腔，孔隙均匀分布、孔径显著减小，约20 μm，且孔隙分布面积减少。与孔径较大的单一凝胶相比，C/H/PHG14和C/H/PHG21形成具有稳定互连、网络结构良好的多糖-蛋白三元复合凝胶，增强复合体系的有序稳定性。通常孔径会影响体系组分和水之间的相互作用，两者具有一定的相关性，孔径较大可能使水与组分之间相互作用减弱，体系中自由水相对增多。孔径较大也证实了相关凝胶的持水能力较差，这与上述持水性和水分分布结果一致。

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结论

通过制备Car-HPDSP-蛋清蛋白复合凝胶，探究不同改性处理蛋清粉与复合多糖的相互作用及凝胶化，表征蛋清蛋白与复合多糖结合构建复合凝胶的凝胶特性和结构特性。与C和二元复合凝胶C/H相比，Car-HPDSP-蛋清蛋白三元复合凝胶具有更稳定的凝胶特性和微观结构，其中C/H/PHG14、C/H/PHG21综合特性更好。改性蛋清粉与多糖的复配提高了复合凝胶的凝胶强度和持水性，同时改善了复合凝胶的黏弹特性；蛋清蛋白与多糖的互作影响复合凝胶内部的水分迁移，显著缩短了T2，蛋清蛋白和多糖的协同凝胶化与水分向结合水方向迁移有关；

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作者简介

通信作者：

李文钊 教授

天津科技大学食品科学与工程学院教授

李文钊，女，工学博士，天津市教学名师，天津科技大学食品科学与工程学院教授、硕士生导师，国家级一流课程负责人，国家级食品专业教学团队成员。博士就读于天津大学，美国威斯康星大学麦迪逊分校访问学者。

从事食品专业教学与研究工作。注重科研融入教学，主持国家一流课程2 门，主讲国家资源共享课、国家级双语教学示范课程各1 门；获市高等教育教学成果二等奖3 次，主编及参编出版高校教材10 部，参译著国外优秀教材2 部。指导学生参加创新创业比赛并多次获奖，2023年荣获天津市大学生课外学术科技作品竞赛优秀指导教师。

专注现代食品加工技术及食品资源开发与研究，开拓传统食品，改善食品品质、延长货架期；研究新食品资源功能并开发具有保健功能的新型食品。积极申报科研课题，服务社会，为企业解困。先后主持完成肉类烹饪加工过程品质技术研究等25 项横向科研课题，参与国家科技部“食品加工过程安全控制工程化技术研究及设备开发”等多项国家级纵向科研项目。公开发表论文80余篇，其中SCI\EI检索12 篇，授权国家发明专利9 项，转化2 项。主持完成“海上平台配餐原材料营养素维保技术研究与应用”鉴定成果的综合评价为国际先进。参与审定国家标准2 项。

第一作者：

崔亚雪 硕士研究生

天津科技大学食品科学与工程学院硕士研究生

崔亚雪，女，中共党员，天津科技大学食品科学与工程学院硕士研究生，研究方向为食品加工技术及食品资源开发与研究。就读于天津科技大学，在食品科学与工程学院李文钊教授课题组攻读硕士学位，师从李文钊教授专注现代食品加工技术及食品资源开发与研究。研究生期间为校企合作项目负责人，根据企业需求及产品开发目标，进行产品信息研究及新产品研发计划，负责推进研发进度及相关研究准确性。曾担任食品新资源开发研究生党支部纪检委员，负责支部的纪律检查工作，对党员进行党纪监督等；曾担任院学生会宣传部部长，负责学院各项活动的宣传工作；积极参加大学生寒暑假实践活动、大学生创新创业训练计划项目和省级食品创新大赛等；获学业优秀奖学金、二等奖学金、三等奖学金等；曾获辽宁省普通高等学校本科大学生食品创新大赛三等奖、第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛校级银奖等。

本文《卡拉胶-变性淀粉-蛋清蛋白复合凝胶的制备及特性表征》来源于《食品科学》2024年46卷第2期72-80页，作者：崔亚雪，李文钊*，杨晓飞，颜 凤，张家萍，阮美娟。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240519-147。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：梁雯菁；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

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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