《食品科学》：东北农业大学田波、隋晓楠教授等：大豆蛋白强化羧甲基纤维素钠复合油凝胶的性能

　　为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社将与陕西师范大学、新疆农业大学、浙江海洋大学、甘肃农业大学、大连民族大学★◆、西北大学于2024年10月14-15日在陕西西安共同举办◆★“2024年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。

　　气孔的形态与分布会显著影响油凝胶吸油、持油、机械强度等性能。由图1可知，添加蛋白后★■◆◆◆，蛋白质作为结构强化剂，吸附在纤维丝表面■◆★★■★，逐渐将其包裹■◆◆。随着蛋白比例的增加，蛋白沿纤维丝表面不断沉积形成片层结构★■◆■★。在低蛋白含量下，可以观察到纤维丝被一些蛋白颗粒黏附，在CMC-Na∶SPI＝1∶2时■■，纤维素开始被大豆蛋白完全包覆，蛋白含量的进一步增加导致了吸附蛋白厚度的逐渐增加。由扫描电镜图可以看出，随着大豆蛋白的不断加入，气凝胶结构变得更加致密，孔径大小和孔隙度随着蛋白含量的增加而降低，CMC-Na∶SPI＝1∶4时气凝胶呈现出最致密的结构。这佐证了粒径分析中SPI与CMC-Na之间发生静电吸附形成蛋白质-多糖复合物，这些结果表明，CMC-Na为气凝胶提供了弹性网络骨架★◆■，而SPI作为一种结构强化剂沿着CMC-Na链聚集★◆★■★■。

　　由表1可知，CMC-Na溶液平均粒径为（317.47±11.86）nm，随着蛋白添加量的增加★■，CMC-Na∶SPI＝1∶4溶液的平均粒径增长到（1561★★■◆■★.33±10.70）nm，表明蛋白与多糖成功复合。此时溶液pH值为5.5左右，高于大豆分离蛋白的等电点（pI）4.5。这表明大豆分离蛋白上带有正电荷的区域或分子片段可与CMC-Na的阴离子基团发生静电相互作用。蛋白质颗粒吸附于CMC-Na长链表面形成复合物★★◆，提高长链强度的同时形成均一■◆◆★、稳定的复合物溶液。

　　为此■★■■◆★，东北农业大学食品学院的崔梦琦◆◆■、田波和隋晓楠等人通过添加大豆蛋白球状颗粒包裹纤维素形成稳定的复合物以制备高弹性、高强度的脂肪模拟物，并探究不同蛋白添加量对CMC-Na油凝胶性能的影响。使用平均粒径★◆■■、宏观和微观形态■★◆■、红外光谱、吸油能力、持油能力和质构特性评价油凝胶■◆■★，此外还对油凝胶的抑菌能力和氧化稳定性进行分析测定◆■■◆■。本研究提出基于球状蛋白-长链纤维静电吸附结合制备油凝胶的方法，用以改善油凝胶性质★★★★◆，提高其强度和弹性，旨在为多糖-蛋白聚合物强化油凝胶及其进一步的应用提供有效的参考。

　　实习编辑：东北农业大学食品学院 胡婧瑶★◆◆◆；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。

　　采用气凝胶模板法制备CMC-Na油凝胶，大豆蛋白与CMC-Na通过静电吸附作用形成稳定的复合物结构，从而增强油凝胶弹性和强度。随着大豆蛋白含量的增加★◆◆■◆，油凝胶网络结构更加致密，持油率更高，最终形成高弹性■◆★、高强度的凝胶。蛋白质的加入明显减少了抑菌物质向外界的释放，进而降低了抑菌物质的损失，并延缓了油脂氧化速度，这提高了油凝胶的抑菌能力和抗氧化性能。综上所述，CMC-Na/大豆蛋白结合可形成稳定的油凝胶，有望替代食品加工中饱和反式脂肪酸的使用，本研究可为多糖蛋白聚合物在食品加工中的应用提供参考。

　　良好的抗压能力对于防止油凝胶产品被外力损坏非常重要。图5A呈现了不同比例SPI与CMC-Na的样品在80%应变范围内的应力-应变曲线。所有应力-应变曲线都显示出凝胶结构特征的3 个阶段■★◆■，包括在屈服点之前在低应变值（小于10%）下的线性弹性区域◆■◆，在中等应变值（10%～70%）下具有相对平坦曲线的塑性区域◆■★■★★，以及在高应变值（超过70%）下应力急剧增加的最后致密化阶段。所有油凝胶在被压缩至80%的整个过程中表现出优异的柔韧性和弹性。随着大豆蛋白含量的增加★■，油凝胶密度同时逐渐增加，可以观察到更明确的屈服点和曲线平台期更高的压缩强度，表明在更高的密度下油凝胶由高弹性向高硬度发生转变。如图5B～D所示◆■◆■★，CMC-Na∶SPI＝1∶4 显示出最高的压缩强度（0◆★■■.39 MPa）★■、杨氏模量（0.36 MPa）和屈服强度（0◆★◆.09 MPa）★■，而CMC-Na油凝胶显示出最低的压缩强度（0★■■★.10 MPa）、杨氏模量（0.09 MPa）和屈服强度（0.01 MPa），表明SPI的加入显著增强了油凝胶强度★■◆■★，使油凝胶获得更优异的力学性能。与扫描电镜的结果对比，SPI与CMC-Na吸附结合对油凝胶的机械强度有显著的积极影响■◆★。由此可知，在CMC-Na弹性支架的基础上通过静电吸附SPI可以获得高弹性、高强度的油凝胶。

　　图4A表示油凝胶吸油量随时间变化的关系★■■，曲线初始斜率表示吸油速率。随着蛋白含量的增加，曲线斜率变小■★，表示吸油速率减慢■★★◆★。吸收速率的降低可能在很大程度上归因于CMC-Na/SPI气凝胶密度的升高和孔隙率的降低。对于所有样品◆★■■■，液态油在前5 s时吸附速率较快，在10 s时吸附达到平衡状态，体现出气凝胶模板良好的吸油能力。由图4B可以看出，不同蛋白含量气凝胶模板吸油量在13■■.58～56.48 g/g之间。较高蛋白质含量的溶液含有更少的水■◆，因此冻干后获得的气凝胶有较少的空间负载。并且随着蛋白质含量的增加，气凝胶自身质量显著增加◆★◆★，吸附的油与气凝胶的相对质量比降低，因此，吸油率下降。通过高速离心模拟油释放评估油凝胶持油能力，所有样品的持油率均高于60%，最高可达80%，油凝胶的油损失随着大豆蛋白含量的增加而降低。结合扫描电镜结果可知，气凝胶中更高的大豆蛋白含量形成了更致密和均匀的网络，虽然一定程度上降低了相对的吸油率■★■■◆◆，但提供了更高的离心稳定性，减少了油的泄漏。

　　为进一步分析聚合物形成过程中CMC-Na和SPI之间的相互作用，测定了CMC-Na溶液在不同SPI添加量下的FTIR光谱。由图2可知，聚合物气凝胶的光谱表现出SPI和CMC-Na的特征峰。SPI的主要谱带有酰胺A带（3285 cm-1，O—H或N—H伸缩振动）、酰胺I带（1655 cm-1，C＝O伸缩振动）、酰胺II带（1537 cm-1，N—H弯曲变形和C—N伸缩振动）◆◆◆◆◆★。酰胺I带和酰胺II带被认为是蛋白质二级结构的敏感区域。1061 cm-1附近是多糖分子中C—O—C伸缩振动的典型特征峰，SPI在此处无吸收峰。聚合物在1655 cm-1和1537 cm-1处的吸收峰随着蛋白含量的增加而增大，说明CMC-Na和SPI成功结合★◆◆。在1061 cm-1左右的吸收峰随着大豆蛋白含量的增加而减小，表明CMC-Na的羧基与SPI的氨基之间可能存在静电相互作用，同时静电相互作用的形成也促进了酰胺I带的弱位移。1712 cm-1处的尖峰为酯基的C＝O拉伸◆■◆■■◆，表明纤维素的羟基与柠檬酸的羧基发生了交联◆■★★■◆。一般认为此时多元羧酸先脱水形成环酐，然后与纤维素分子链上的羟基发生酯化交联反应。波数3600～3000 cm-1处的吸收峰是多糖分子内或分子间—OH的伸缩振动所引起。相较于SPI，所有聚合物在3600～3000 cm-1处吸收峰的最高点向高波数方向发生位移，这说明SPI和CMC-Na间可能存在氢键相互作用。

　　油凝胶在55 ℃贮藏14 d的氧化稳定性变化如图7所示。在加速氧化期间★◆◆★■★，使用液态油作为对照，同时监测油的初级和次级反应产物的生成量以确定油凝胶的氧化稳定性。在所有的样品中，初级和次级脂质氧化产物含量在整个贮藏过程中逐渐增加，表明脂质被氧化。新鲜制备的油凝胶PV与液态油的PV没有显著差异，这是因为本实验油凝胶的制备只需经过简单快速的物理吸油过程，油凝胶未受到剧烈的理化处理或长时间暴露在空气中。在贮藏前期★◆◆★◆，油凝胶的PV增长趋势慢于液态油。这表明油凝胶内部结构通过限制油的流动和迁移减缓油的氧化；在贮藏后期，油凝胶的PV曲线依然低于液态油■■★◆■，可以推断，在加速氧化过程中◆★■★■■，油凝胶的网络结构依然保持完好★◆◆，可以阻挡氧气与油脂的接触。就次级反应产物而言，油凝胶和液态油的TBARS值在贮藏期内趋于增加◆◆★。与液态油相比◆◆，油凝胶的增长慢得多。综上所述，油凝胶形成的网络结构可以显著提高油脂氧化稳定性。

　　油凝胶是一种半固态油★■，它是通过将液态油固定在由凝胶剂和稳定剂形成的三维网络中形成，能够降低脂肪迁移率★★、消除饱和及反式脂肪酸的危害。然而，制备过程中的高温处理不仅对油中的热敏性成分降解，而且还会导致油的进一步氧化。此外，较高含量胶凝剂的添加也不利于其在食品中的应用◆■■■■。气凝胶模板法是制备油凝胶的一种间接方法★★，它是将聚合物预先水合以形成水凝胶，然后将其干燥获得聚合物网络骨架并将其作为吸油的多孔材料■■◆。近年来，基于生物相容性的天然大分子如多糖、蛋白质等已被广泛研究用于构建气凝胶模板★■◆★◆★，而后通过物理吸附以得到固化油凝胶。羧甲基纤维素（CMC）是一种阴离子长链多糖，其具有良好的凝胶性■★◆◆■■、生物相容性和稳定的内部网络结构★★★◆◆◆。综上◆◆■■，蛋白质和多糖可以通过相互作用聚合形成稳定的复合物，从而提高凝胶的力学性能。

　　在本研究中■■，使用直径13 mm★■★★、高15 mm的中空圆柱体制备冻干气凝胶，气凝胶样品均为白色不透明圆柱体。将气凝胶吸满油后得到油凝胶■◆★，从图3可以看出，吸油后凝胶体积没有明显变化，形状完好。CMC-Na油凝胶由于其规则的孔隙结构具有良好的透光性而呈现半透明的状态，随着大豆蛋白添加量的增加◆◆★◆★，固形物含量升高，密度增加◆■★，孔隙度下降，透光性变差。所有油凝胶都具有均匀、半透明的外观，这表明液态油在气凝胶中均匀分布◆★★■★★，证明两者具有良好的相容性。

　　为加强企业主导的产学研深度融合，促进食品科研成果转化和服务地方经济产业，由全国糖酒会主办★◆◆◆，北京食品科学研究院★■、中国食品杂志社和中粮会展（北京）有限公司承办的“食品科技成果交流会■★■”将于2024年10月29-31日糖酒会期间在深圳国际会展中心举办 ，以当前食品科技发展趋势和食品产业发展的重点科技需求为导向，针对食品产业发展面临的重大科技问题，交流和借鉴国外经验，为广大食品科研工作者和生产者提供新的思路◆■★■，指明发展方向。

　　采用圆盘扩散法对油凝胶对抑菌物质的释放能力进行初步评估◆★■◆★。图6显示了负载有5%肉桂醛的油凝胶对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制效果，对抑菌圈直径的统计结果如表2所示。结果表明，不同蛋白比例的油凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有明显的抑制作用★■◆，而且抑菌圈的直径与SPI含量明显相关。样品中SPI含量越多，抑菌圈直径越小，这表明相同培养时间下释放到外界的抑菌物质更少★◆，抑菌物质在油凝胶内留存含量更高，进而提高了样品的抑菌能力。这说明蛋白含量高的油凝胶通过减少外源抑菌物质的释放，以维持油凝胶内较高的抑菌物质浓度，避免细菌繁殖■◆★★，以实现产品的高效贮藏。此外，油凝胶对大肠杆菌的抑菌活性比金黄色葡萄球菌弱，这是因为革兰氏阴性菌的外部有一层亲水膜，肉桂醛作为疏水物质会降低其渗透能力◆■，因此，同一油凝胶对大肠杆菌的抑菌圈直径比金黄色葡萄球菌更小◆★。

　　本文《大豆蛋白强化羧甲基纤维素钠复合油凝胶的性能》来源于《食品科学》2024年45卷4期60-67页，作者★★◆■：崔梦琦，单冠程，孙若涵，田波，隋晓楠。DOI：10.7506/spkx0521-199。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息■■■。