超临界干燥压力与温度对豌豆蛋白-魔芋葡甘聚糖复合气凝胶结构及D-柠檬烯控释性能的调控机制

本文系统研究超临界二氧化碳(scCO2)干燥工艺中压力与温度参数对豌豆蛋白-魔芋葡甘聚糖复合气凝胶结构特性的影响，揭示其在活性成分包载（如D-limonene）、油脂结构化及胃肠道控释方面的优势，为食品级载体材料设计提供新策略。

　　

Highlight

复合蛋白-多糖气凝胶凭借其生物可降解性、高孔隙率、卓越的生物活性物质负载能力及油脂结构化特性，近年来受到广泛关注。超临界二氧化碳(scCO₂)干燥是一种有效的水凝胶干燥技术，它通过消除毛细管力来保持孔隙结构并最小化收缩。本研究通过在不同压力（100、150和200 bar）和温度（55与65°C）条件下对豌豆蛋白-魔芋葡甘聚糖醇凝胶进行scCO₂干燥，系统探究了干燥参数对气凝胶微观结构、形态、热性质、结晶度、溶胀及释放行为的影响。

Materials and methods

豌豆蛋白（蛋白质含量>84%）由Roquette Frères Pvt. Ltd.（法国）馈赠，魔芋葡甘聚糖（粘度平均分子量M_w～10.4×10⁵ g mol^?1，乙酰化度～1.6%）购自NOW Foods（美国）。D-柠檬烯和向日葵油分别采购自HiMedia Laboratories（印度）和Fortune Foods（印度）。所有其他试剂均为分析级。

Rheological properties of gel

水凝胶和醇凝胶的储能模量（G’）和损耗模量（G”）的频率依赖性如图1所示。两种凝胶均表现出主导的弹性响应（G’ > G”），且模量值在频率扫描中保持稳定，表明其对外加振荡剪切具有高稳定性。水凝胶的低幂律指数n’（0.14）说明其具有强互联的交联网络结构。

Summary

本研究通过在三种压力（100、150和200 bar）和两种温度（55和65°C）下对豌豆蛋白-魔芋葡甘聚糖复合气凝胶进行scCO₂干燥，发现递增浓度的乙醇溶剂交换可有效最小化凝胶结构坍塌。冻干过程会引入冰晶应力，导致较大孔径（22.17 nm）但较低比表面积；而scCO₂干燥的气凝胶在150 bar/55°C条件下获得最高比表面积（97.38 m² g^-1），在100 bar/55°C和150 bar/55°C时表现出最高溶胀度（7.43 g水/g）。此外，150 bar/55°C干燥的气凝胶具有最优的油脂吸附能力（9.51 g/g）和D-柠檬烯负载量（5.01 mg/g），并在模拟胃肠液中实现显著缓释效果（6小时释放约80%），显著优于冻干样品。该气凝胶系统在光热稳定性及控释性能方面展现出巨大应用潜力。

Conclusion

scCO₂干燥压力与温度显著影响豌豆蛋白-魔芋葡甘聚糖气凝胶的结构与功能特性。优化后的气凝胶在活性成分包载、油脂结构化及胃肠道控释方面性能卓越，是食品和医药领域中极具前景的功能性载体材料。