李 楊 滿 慧 賈亦佳 閆馨月 閆世長 IGOR A N

(1.東北農(nóng)業(yè)大學食品學院, 哈爾濱 150030; 2.黑龍江綠色食品科學研究院, 哈爾濱 150030;3.莫斯科國立技術(shù)與管理大學食品學院, 莫斯科 109004)

0 引言

大豆蛋白基水凝膠具有高營養(yǎng)、高生物相容性等優(yōu)點,因此被廣泛應用在食品領域[1]。酚類化合物作為蛋白交聯(lián)劑,具有穩(wěn)定自由基的功效,能夠誘導蛋白質(zhì)合成水凝膠,提高凝膠的抗氧化活性[2-4]。但與蛋白質(zhì)-多糖凝膠相比,多酚對蛋白質(zhì)凝膠的黏彈性和質(zhì)地的改善有限,并且單一的蛋白-多酚網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)使得水凝膠的機械性能和穩(wěn)定性都較差,這限制了具有抗氧化功能的蛋白質(zhì)-多酚凝膠在食品領域的應用。

多糖在提高凝膠的性能、改善熱穩(wěn)定性和增強凝膠系統(tǒng)的凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)強度方面起著重要作用[5-7]。此外多糖可以與多酚和蛋白質(zhì)協(xié)同作用,在水相中充當穩(wěn)定劑,改善基于蛋白質(zhì)的界面、流變學和凝膠性能[8]。文獻[7] 通過牛血清白蛋白(BSA)、綠原酸(CA)和葡聚糖(DEX)制備三元復合物,發(fā)現(xiàn)與單獨的蛋白質(zhì)相比,在等電點附近的三元復合物能夠被用來制備物理穩(wěn)定性更好的乳劑。文獻[9]也發(fā)現(xiàn)多酚、蛋白質(zhì)和多糖三元共軛物,其熱穩(wěn)定性和乳化性能優(yōu)于單獨的蛋白質(zhì)或二元蛋白質(zhì)-多酚和蛋白質(zhì)-多糖共軛物。因此,在蛋白-多酚體系中引入多糖能夠改善其功能特性。文獻[10]研究了亞麻籽膠(FG)對兒茶素誘導的肌原纖維蛋白(MP)弱凝膠特性的影響,發(fā)現(xiàn)FG的加入提高了凝膠強度、保水能力和動態(tài)流變性能,這為研究多糖的種類和濃度對大豆分離蛋白-綠原酸(SPI-CA)凝膠性質(zhì)的影響提供了參考。

因此,本文旨在SPI-CA中引入果膠、黃原膠或κ-卡拉膠,考察陰離子多糖的種類和濃度對SPI-CA凝膠的分子間作用力、凝膠特性和流變的影響。通過傅里葉紅外光譜以及分子間相互作用力、質(zhì)構(gòu)、流變、低場核磁共振(LF-NMR)和掃描電鏡(SEM)等測試評估了添加不同的多糖后SPI-CA凝膠的結(jié)構(gòu)特性和功能特性的變化,通過對比不同濃度下3種多糖對蛋白質(zhì)-多酚水凝膠微觀結(jié)構(gòu)、流變學性質(zhì)和穩(wěn)定性等的表征評價多糖的結(jié)構(gòu)和性能對蛋白-多酚凝膠性質(zhì)的影響規(guī)律,以期為選擇合適的多糖種類和濃度改善大豆蛋白-多酚凝膠性質(zhì)以及大豆蛋白-多酚/多糖三元凝膠的開發(fā)應用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆分離蛋白(SPI)、κ-卡拉膠(K)、黃原膠(X)和綠原酸(CA),上海源葉生物科技有限公司;果膠(P),北京博奧拓達科技有限公司;所有其他分析化學品均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設備

Is10型傅里葉紅外光譜儀,美國Thermo公司;Kinexus Pro型旋轉(zhuǎn)流變儀,英國Malvern公司;TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀,英國Stable Micro Systems公司;Netzsch型差示掃描量熱儀,德國Netzsch公司;NMI20-Analyst型低場脈沖核磁共振分析儀,上海紐邁電子科技有限公司;SU8010型掃描顯微鏡,日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1SPI-CA和SPI-CA/多糖復合水凝膠制備

參考文獻[4]的方法并加以修改,制備SPI-CA凝膠。用磁力攪拌器將SPI溶液(最終質(zhì)量分數(shù)為12%)攪拌至少2 h,并在4℃下儲存12 h以確保完全溶解。然后用0.1 mol/L NaOH將蛋白溶液的pH值調(diào)整為堿性(9.0),將綠原酸溶解在去離子水中(最終質(zhì)量比為0.01 g/g),調(diào)整pH值與蛋白質(zhì)溶液的pH值一致,將兩種溶液混合,在25℃下連續(xù)攪拌 7 h,然后將一部分混合物在90℃下加熱30 min,立即在冰水浴中冷卻到室溫(20℃)以促進凝膠化,然后在4℃下儲存12 h。一部分凝膠被凍干并用于結(jié)構(gòu)分析。用0.1 mol/L鹽酸將剩余蛋白質(zhì)溶液的pH值調(diào)整到中性(7.0),將完全水合的果膠、黃原膠和κ-卡拉膠溶液(最終質(zhì)量濃度0.002、0.004、0.006 g/mL)與中和的SPI-CA溶液混合并充分攪拌,SPI-CA/多糖凝膠的制備如上所述。

1.3.2傅里葉變換紅外光譜

將樣品粉末與溴化鉀粉末混合并壓片,用傅里葉變換紅外光譜儀在4 000～400 cm-1范圍內(nèi)對凍干凝膠樣品進行掃描,分辨率為4 cm-1。按照文獻[11]提出的程序,使用PeakFit軟件v4.12分析了從酰胺I帶(1 700～1 600 cm-1)得出的二級結(jié)構(gòu)(α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲)。

1.3.3蛋白質(zhì)溶解度測量

采用文獻[12]方法測定凝膠在不同溶劑中的蛋白質(zhì)溶解度以研究SPI-CA和SPI-CA/多糖凝膠的分子間作用力,并對其進行了輕微的修改。 5種溶劑由超純水(S1)、0.086 mol/L Tris-甘氨酸緩沖液(pH值8.0)(S2)、含有0.5%SDS(十二烷基硫酸鈉)的S2(S3)、含有8 mol/L尿素的S3(S4)和含有2%β-巰基乙醇的S4(S5)組成。將1 mg的SPI-CA或SPI-CA/多糖凝膠與5 mL的每種溶劑混合。將得到的溶液在25℃下孵育20 min,然后離心(5 000g,10 min)。通過使用BSA標準品建立標準曲線計算上清液的蛋白質(zhì)含量。

1.3.4動態(tài)流變學測定

使用旋轉(zhuǎn)流變儀進行凝膠的流變特性測定。使用具有0.1 mm間隙的40 mm直徑平行板進行測定,在樣品線性黏彈區(qū)域內(nèi)選擇了一個0.1%的應變值,這個值被用于0.1～10 Hz范圍內(nèi)的頻率掃描分析。根據(jù)文獻[13]的描述,冪律模型被用來描述彈性模量與角頻率的關系,公式為

G′=K′ωn′

(1)

式中G′——彈性模量,Pa

K′——冪律模型常數(shù)

n′——頻率指數(shù)

ω——角頻率,rad/s

其中指數(shù)n′表示G′對ω的依賴程度,K′的增加表明樣品的硬度與彈性凝膠的形成有關。

1.3.5凝膠的質(zhì)構(gòu)特性

采用TA-XT plus型質(zhì)構(gòu)分析儀測定。參數(shù)如下:測定模式選擇下壓距離,測試前速率 5 mm/s,測試速率1 mm/s,測試后速率5 mm/s,下壓距離為4 mm,引發(fā)力為5g,探頭型號選擇P/0.5s。凝膠固定在平臺上以后,壓縮凝膠(高10 mm,直徑20 mm)兩次,兩次壓縮循環(huán)之間允許有5 s的時間間隔。

1.3.6差示掃描量熱法

參考文獻[14]的方法并加以修改,差示掃描量熱法(DSC)在差示掃描量熱儀上進行,在環(huán)境溫度下安裝空氣冷卻壓縮機和液氮冷卻器。用銦作為標準,有效地校準了溫度。準確稱量冷凍干燥的水凝膠樣品(5 mg)并密封在鋁制托盤(BO6.239.2-64.502)中。以掃描速度10 K/min將樣品從20℃加熱到160℃[3]。

1.3.7溶脹率

水凝膠的溶脹率(SR)通過稱重法測量[15]。將準備好的凝膠放在40℃的干燥箱中12 h,為實驗準備干凝膠。將干凝膠放在40 mL蒸餾水中,在25℃下放置12 h,每小時取出并稱量。快速用濾紙吸收凝膠表面的水并測量質(zhì)量。水凝膠的溶脹率SR計算公式為

(2)

式中Ws——膨脹狀態(tài)下凝膠質(zhì)量,g

Wd——干凝膠質(zhì)量,g

1.3.8低場核磁共振

采用文獻[16]的方法,并做適當修改。將測試之前的凝膠放入直徑25 mm核磁管,隨后放入分析儀中。測試條件:使用Carr-Purcellmeibom-Gill(CPMG)序列測定了5 g復合水凝膠的橫向弛豫時間(T2),等待時間為2 500 ms,數(shù)據(jù)從12 000個回波中獲取。

1.3.9微觀結(jié)構(gòu)

首先用雙面刀片將凝膠切成2 mm×5 mm的長方形小條,然后加入2.5%戊二醛固定。固定后,用磷酸鹽緩沖液沖洗樣品,用不同濃度的乙醇進行脫水,最后用100%乙醇-叔丁醇(體積比1∶1)置換乙醇,將凝膠凍干。樣品用導電膠帶粘在SEM樣品臺上并涂上金粉。加速電壓為5.0 kV,所有的圖像都是通過掃描電子顯微鏡攝影獲得。

1.3.10統(tǒng)計分析

所有實驗每組樣品重復測定3次,實驗結(jié)果以平均值±標準差表示。統(tǒng)計分析使用SPSS 18.0軟件進行,單因素方差分析用來檢測數(shù)據(jù)的差異顯著性。Origin 8.6軟件進行繪圖和相關性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 傅里葉紅外變換光譜分析

如圖1a所示,3 278 cm-1的寬峰是O—H的拉伸振動,添加果膠后,在2 930 cm-1和2 855 cm-1觀察到C—H的不對稱和對稱的拉伸振動[17],C—H的拉伸振動峰增加,這可能是由于果膠的亞甲基和SPI的羥基之間的氫鍵增強。添加高濃度(質(zhì)量濃度0.006 g/mL)的果膠后,—OH拉伸振動的吸收帶沒有明顯移位,表明蛋白質(zhì)和果膠分子間的羥基相互作用沒有明顯增強[18]。如圖1b所示,隨著黃原膠濃度的增加,3 000～3 500 cm-1范圍內(nèi)的條帶逐漸增強,一方面可能是由于黃原膠和蛋白質(zhì)之間的氫鍵的作用增強,另一方面可能是由于碳水化合物鏈之間通過氫鍵相互纏結(jié)[19]。

圖1 添加果膠、黃原膠、κ-卡拉膠的SPI-CA紅外光譜

添加κ-卡拉膠后,3 289 cm-1處的峰移動到3 290 cm-1,這意味著由于添加了κ-卡拉膠,凝膠中的氫鍵力發(fā)生了變化[20]。800～1 200 cm-1的波數(shù)范圍,代表κ-卡拉膠的C—C和C—O伸展,C—H彎曲,隨著κ-卡拉膠添加量的增加,1 079 cm-1處的峰值移到1 074 cm-1,該范圍的變化可能表明添加的κ-卡拉膠主要負責SPI凝膠中凝膠網(wǎng)絡的形成,而大豆蛋白在凝膠中的貢獻較小[20]。

2.2 二級結(jié)構(gòu)分析

與對照組相比,除了0.004 g/mL的果膠外,添加不同濃度多糖的大豆分離蛋白的β-折疊含量顯著增加,α-螺旋顯著減少(P<0.05)。一般來說,在熱誘導凝膠化過程中,β-折疊的形成與α-螺旋的展開同步,β-折疊含量增加有助于形成更有序和緊湊的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)[21]。添加0.002 g/mL的果膠后,β-折疊相對含量從(24.59±0.27)%增加到(26.46±0.09)%,添加0.004 g/mL的果膠的蛋白中β-折疊含量下降,說明添加0.004 g/mL的果膠可抑制SPI-CA在熱誘導過程中的變性和解折疊,從而降低SPI-CA凝膠的穩(wěn)定性[22]。添加0.002 g/mL的黃原膠和κ-卡拉膠后,β-折疊含量顯著增加(P<0.05),但是隨著多糖濃度的增加β-折疊含量降低, 可能是因為黃原膠和κ-卡拉膠濃度增加會產(chǎn)生更強的靜電排斥作用,不利于β-折疊結(jié)構(gòu)的形成。蛋白質(zhì)中無規(guī)則卷曲的比例高時,會形成較軟的凝膠[23],從表1可以看出,添加了黃原膠和κ-卡拉膠的樣品的無規(guī)則卷曲含量都顯著降低(P<0.05),這有利于凝膠質(zhì)地的改善。

表1 大豆蛋白二級結(jié)構(gòu)相對含量

2.3 分子間作用力分析

測量了復合凝膠在5種不同溶劑中的蛋白質(zhì)溶解度,以探索熱誘導SPI-CA/多糖凝膠的分子間作用力(圖2)。溶劑之間蛋白質(zhì)溶解度的差異表示分子間相互作用力的大小,其中S2-S1、S3-S2、S4-S3和S5-S4分別代表靜電相互作用、疏水相互作用、氫鍵相互作用和二硫鍵相互作用[12]。隨著多糖濃度的增加,靜電相互作用的影響顯著減小,這是因為SPI-CA和3種多糖都帶負電荷,當SPI-CA和多糖混合在一起時,高電荷值減少了靜電引力相互作用的發(fā)生。相較于果膠和黃原膠分子骨架上的羧酸根負離子基團,κ-卡拉膠分子上的硫酸根具有極強的負電荷[24],因此具有更強的靜電排斥作用。在加熱過程中,生物聚合物經(jīng)歷構(gòu)象和結(jié)構(gòu)變化,與生物聚合物的疏水段接觸并相互作用[25],然而疏水相互作用隨果膠和黃原膠濃度的增加下降,可能是靜電斥力的增強不利于蛋白疏水基團的暴露。添加0.006 g/mL的κ-卡拉膠能顯著增加疏水相互作用,說明高分子量的κ-卡拉膠在加熱過程中能夠促使蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化暴露出更多的疏水基團與κ-卡拉膠相互作用。添加多糖引入了大量的—OH,使得氫鍵的作用增強[14],此外,當?shù)鞍踪|(zhì)具有與多糖相似的電荷時,它可以通過高于蛋白質(zhì)pI值的寬pH值范圍進行氫鍵連接[12]。因此,氫鍵在三元凝膠形成過程中起著重要的作用,相較于同濃度下的果膠和黃原膠,添加κ-卡拉膠后氫鍵的作用更強,一方面可能是因為κ-卡拉膠和蛋白之間具有較強的氫鍵的作用,另一方面,可能是過量的κ-卡拉膠分子鏈間能夠通過氫鍵聚集促進凝膠形成[26]。

圖2 多糖對SPI-CA水凝膠中分子間作用力的影響

2.4 動態(tài)流變分析

儲能模量G′反映了材料黏彈性的彈性部分[13]。通過頻率掃描測試分析SPI-CA和SPI-CA/多糖凝膠,如圖3所示,所有樣品的G′值都大于G″值,表明所有樣品都呈現(xiàn)凝膠狀結(jié)構(gòu)[27]。從圖3中可以看出,在頻率掃描過程中,3種多糖的添加均提高了對照組的黏彈性,但是添加3種濃度的果膠和黃原膠樣品的G′均小于添加0.002 g/mL的κ-卡拉膠的凝膠樣品。從圖3可以看出,添加0.002 g/mL的果膠和黃原膠的樣品的損耗因子(tanδ=G″/G′)值比添加中高濃度(質(zhì)量濃度0.004、0.006 g/mL)的多糖的樣品大但受頻率的影響較小,表明添加 0.002 g/mL的果膠和黃原膠可以形成比較穩(wěn)定的弱凝膠,并且這兩種多糖的過度填充可能會對凝膠的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響[28]。

圖3 多糖對SPI-CA水凝膠流變特性的影響

為了進一步評估凝膠的強度,用冪律模型擬合了凝膠的G′的頻率依賴性(圖3)[27]。對于所有的樣品,儲能模量G′的冪律模型擬合良好(R2>0.965),指數(shù)n′表示G′對ω的依賴性,K′的增加表明樣品的硬度與彈性凝膠的形成有關[13]。添加3種多糖的樣品的K′值與多糖濃度呈正相關,相同濃度的果膠和黃原膠具有相似的K′值,由于κ-卡拉膠不僅能和蛋白相互作用,濃度增加時,也能形成κ-卡拉膠之間的凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),因此,與添加果膠和黃原膠的凝膠相比,凝膠分子之間的短程分子間力增加,導致更高的儲能模量和K′值[29]。n′值減小,說明三元復合凝膠的頻率依賴性隨著多糖的添加而降低,表明3種多糖均可以降低SPI-CA凝膠的頻率依賴性,在相同濃度下,κ-卡拉膠的頻率依賴性小于黃原膠,黃原膠小于果膠。

2.5 質(zhì)構(gòu)分析

多糖的不同結(jié)構(gòu)和分子大小導致凝膠強度和質(zhì)構(gòu)特性的不同。如表2所示,添加相同濃度的多糖,κ-卡拉膠能顯著提高SPI-CA凝膠硬度(P<0.05),且呈現(xiàn)出濃度依賴性,這是因為在κ-卡拉膠與SPI-CA呈相互排斥狀態(tài)時,κ-卡拉膠可以通過體系排阻與大豆分離蛋白相互作用,促進凝膠形成,提高SPI-CA的凝膠強度[30]。此外,隨著κ-卡拉膠濃度的增加,κ-卡拉膠之間的相互作用增強也有利于SPI-CA凝膠強度的增加。與κ-卡拉膠的效果不同,添加黃原膠的SPI-CA的凝膠強度隨著黃原膠濃度的增加而逐漸下降,這可能歸因于以下原因:一方面,黃原膠傾向于在可利用水很少的狀態(tài)下聚集和盤繞在自身上,從而占據(jù)較大的空間,導致蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡扭曲;另一方面,高分子量的黃原膠可能阻礙SPI-CA凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的形成[21]。添加0.004、0.006 g/mL的果膠后出現(xiàn)類似的現(xiàn)象,可能是因為過量的果膠導致過度填充,并對凝膠結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不利影響[18]。

表2 多糖對SPI-CA水凝膠質(zhì)構(gòu)的影響

隨著果膠和黃原膠濃度的增加,凝膠黏性分別增加(51.83±3.47)%和(43.30±1.70)%。然而,隨著κ-卡拉膠濃度的增加,凝膠的黏性逐漸下降,這可能是由于κ-卡拉膠主要形成剛性和脆性的網(wǎng)絡。此外,3種多糖均顯著增加了對照組的膠著性(P<0.05)和咀嚼性,添加高濃度(質(zhì)量濃度 0.006 g/mL)的3種多糖的凝膠都有較高的咀嚼性,這是由于蛋白質(zhì)和多糖分子的聚集以及蛋白質(zhì)和水分子之間的相互作用,凝膠過程產(chǎn)生了更堅固和緊湊的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),從而使膠著性和咀嚼性都更大,其中κ-卡拉膠的咀嚼性指數(shù)最高,為(1.87±0.07)g。

2.6 低場核磁分析

低場核磁共振分析通常分為3個峰,分別是0～10 ms(T2b)、10～100 ms(T21)和100～1 000 ms(T22)。峰1(T2b)表示與親水基團結(jié)合的水,峰2(T21)表示凝膠網(wǎng)絡中存在的固定水,峰3(T22)表示自由水[31]。添加3種多糖均延遲了T2b的弛豫時間,但是添加0.002、0.004 g/mL果膠增加了凝膠中T2b的面積比例,表明添加適量果膠可以提高凝膠中強結(jié)合水的含量,與對照組相比,添加0.006 g/mL的果膠、黃原膠、κ-卡拉膠的凝膠的T21分別從95.16 ms 移動到16.04、14.82、10.86 ms,表明添加多糖可以提高凝膠中固定水的結(jié)合能力,相較于果膠和黃原膠,κ-卡拉膠能夠更緊密地結(jié)合蛋白和水[32],這與SEM結(jié)果一致,當加入κ-卡拉膠到凝膠中后形成的孔隙更加均勻,導致固定水的流動性受限[32]。此外,當凝膠中蛋白質(zhì)與水相互作用形成的連接得到加強時,凝膠的強度也相應得到提高[33]。

如圖4所示,隨著果膠、黃原膠和κ-卡拉膠的添加,樣品中的T21的面積百分比顯著下降(P<0.05),樣品中出現(xiàn)了T22信號,說明多糖的加入改變了蛋白質(zhì)與水的結(jié)合狀態(tài)[34],使凝膠中的T21轉(zhuǎn)化為T22,相同濃度下,添加κ-卡拉膠的T22的面積百分比大于黃原膠,添加黃原膠的T22的面積百分比大于果膠,說明添加κ-卡拉膠后的凝膠能結(jié)合更多的固定水,因此,相較于黃原膠和果膠,引入0.006 g/mL κ-卡拉膠后的樣品能形成疏水相互作用增強和發(fā)達的凝膠結(jié)構(gòu),此外,水狀態(tài)的轉(zhuǎn)變可能是多糖和大豆蛋白之間水競爭的結(jié)果[35]。因此,凝膠中水分狀態(tài)的變化受到添加的多糖類型和SPI-CA相互作用的影響,進一步導致凝膠網(wǎng)絡的不同機械性能。

圖4 多糖對SPI-CA水凝膠中水分狀態(tài)的影響

2.7 差示掃描量熱和溶脹率分析

DSC可以反映蛋白質(zhì)分子之間或蛋白質(zhì)和多糖分子之間的相互作用[12]。 圖5顯示,添加黃原膠和κ-卡拉膠后的樣品在加熱過程中都出現(xiàn)了89.95℃和98.92℃之間的吸熱峰,蛋白的最大變性溫度Tmax均增加,表明黃原膠和κ-卡拉膠與SPI-CA之間的相互作用有利于更強的交聯(lián)和穩(wěn)定的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的構(gòu)建,這有利于提高凝膠的熱穩(wěn)定性[36]。添加 0.002 g/mL 的果膠使對照組中蛋白的Tmax從83.63℃降低到82.46℃,這可能與加入0.002 g/mL的果膠后,凝膠中二硫鍵的作用顯著減弱有關[37]。添加0.006 g/mL的果膠和黃原膠后,Tmax減小,表明添加過量的果膠和黃原膠后蛋白的熱穩(wěn)定性降低,凝膠網(wǎng)絡更脆弱。

圖5 多糖對SPI-CA水凝膠熱穩(wěn)定性及溶脹率的影響

凝膠的溶脹行為與凝膠網(wǎng)絡的孔徑以及體系中聚合物的溶脹特性有關[38], 溶脹率隨著κ-卡拉膠濃度的增加而逐漸降低,說明交聯(lián)程度逐漸增加[15],這意味著κ-卡拉膠的添加減少了SPI-CA鏈的運動,呈現(xiàn)出穩(wěn)定的凝膠。0.002、0.004 g/mL的果膠和黃原膠的添加降低了對照組的溶脹率,這說明適量的果膠和黃原膠能夠促進聚合物鏈的延伸,提高凝膠的交聯(lián)程度[17,39],而添加高分子量的果膠后溶脹率明顯增加,表明過量的果膠會阻礙凝膠網(wǎng)絡的形成[21]。

2.8 微觀結(jié)構(gòu)

與對照樣品相比,在較低的多糖含量(質(zhì)量濃度0.002 g/mL)下,三元復合凝膠具有相似的特性,與對照樣品相比,凝膠內(nèi)部形成了均勻的小孔,凝膠網(wǎng)絡更加致密。然而,添加0.004、0.006 g/mL的果膠或黃原膠后,凝膠中出現(xiàn)了明顯的球形蛋白結(jié)構(gòu),這可能是由于多糖濃度增加時,帶負電荷的多糖和蛋白的靜電排斥引起了蛋白質(zhì)的團聚,導致凝膠微結(jié)構(gòu)的變化[32]。此外,由于果膠和黃原膠本身具有增稠和填充的作用,這兩種多糖的加入可以使蛋白質(zhì)的凝膠結(jié)構(gòu)更加緊密,然而當果膠和黃原膠質(zhì)量濃度超過0.002 g/mL時,從圖6中可以看到明顯的多糖的聚集體,部分凝膠結(jié)構(gòu)被破壞,這可能與果膠和黃原膠過度填充有關[21]。當κ-卡拉膠被添加到SPI-CA凝膠中時,凝膠網(wǎng)絡變得均勻而致密,此外,相較于果膠和黃原膠,當κ-卡拉膠濃度增加時,凝膠的孔隙更加均勻,并且凝膠結(jié)構(gòu)致密,表面光滑平增,沒有出現(xiàn)明顯的蛋白或多糖聚集體,表明κ-卡拉膠與蛋白質(zhì)之間的相互作用較強能夠克服空間位阻[40],形成微孔更小、更均勻的緊密連接的聚合體。

圖6 多糖對SPI-CA水凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

3 結(jié)束語

研究了不同濃度下果膠、黃原膠和κ-卡拉膠對SPI-CA的凝膠性能和分子間作用力的影響。結(jié)果顯示,黃原膠和κ-卡拉膠明顯增加了蛋白質(zhì)的β-折疊含量,減少了無規(guī)則卷曲含量,這對形成良好的凝膠結(jié)構(gòu)有利。添加適量的果膠和黃原膠形成的凝膠更穩(wěn)定,果膠和黃原膠濃度過高時,強烈的靜電斥力會破壞凝膠的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),降低凝膠的熱穩(wěn)定性,由于κ-卡拉膠與蛋白質(zhì)具有較強的分子間作用力(氫鍵以及疏水相互作用),并且κ-卡拉膠濃度增加時自身也能可以形成網(wǎng)絡,提高凝膠的力學強度,因此,κ-卡拉膠濃度與凝膠硬度呈正相關。此外,相較于同濃度的果膠和黃原膠,添加κ-卡拉膠的凝膠的G′和G″更大,與固定水的結(jié)合能力也更強,且隨著κ-卡拉膠濃度的增加,凝膠結(jié)構(gòu)更致密,孔隙更小。本研究為制備蛋白質(zhì)-酚酸/多糖三元復合凝膠以及選擇不同種類和濃度的多糖來改善蛋白質(zhì)-酚酸凝膠的性能提供了參考。