低浓度鱼明胶对酸化乳凝胶多尺度结构与力学性能的调控机制研究

《Food Hydrocolloids》：Multiscale structural and mechanical characterization of acid milk gels with low-concentration fish gelatin during gelation and cold storage

本研究通过宏观流变学（SAOS/LAOS）、微观颗粒追踪及纳米级小角X射线散射（SAXS）等多尺度技术，系统揭示了低浓度（0.5% w/w）鱼明胶在酸化乳凝胶形成与冷藏过程中的调控作用。结果表明，明胶可延缓凝胶弛豫过程，促进均匀网络结构，抑制蛋白簇异质性聚集，显著提升凝胶力学稳定性与结构均一性，为低添加量功能性食品配方的开发提供理论依据。

　　

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INTRODUCTION

酸化乳凝胶是酸奶等常见乳制品生产的基础工艺。采用葡萄糖酸-δ-内酯（GDL）可诱导牛奶酸化，其水解为葡萄糖酸的过程会逐步降低pH值（Lucey等, 1998）。源自哺乳动物和海洋胶原蛋白的明胶是常用食品亲水胶体，传统酸奶产品中通常添加0.2-1.0%浓度，主要用于抑制乳清析出、改善质构。

Preparation of reconstituted skim milk

复原脱脂乳的制备参照Oriomah等（2024）的方法并稍作调整。简言之，将中热脱脂奶粉（TINE AS，挪威奥斯陆）与蒸馏水混合至终浓度130 g/L并溶解。鱼明胶粉（GAL/F20，意大利Lapi Gelatin公司）按牛奶重量的0.5%（w/w）添加。该鱼明胶为温水鱼皮来源的B型明胶，等电点为pH=4.6。

Dynamic Rheological Measurements

图1展示了含与不含0.5%鱼明胶的样品在40°C孵育过程中的储能模量（G′）和损耗模量（G′′）典型曲线。样品初始平均pH为6.59±0.025，经约100分钟孵育降至~pH 4.6。无论是否添加明胶，溶胶-凝胶转变（G′ > G′′）均发生于~11分钟（~pH 5.5-6.0），此后G′与G′′值快速上升。在冷却阶段（40°C→10°C），模量值出现轻微（~10%）下降，而添加明胶的样品在低温下表现出更显著的网络强化效应。

CONCLUSIONS

本研究通过多尺度分析揭示了低浓度（0.5% w/w）鱼明胶在酸化乳凝胶形成（孵育、冷却、熟化）及冷藏过程中的作用。宏观尺度上，小/大振幅振荡剪切流变学表明明胶对凝胶黏弹性存在温度依赖性双相效应：高温阶段轻微抑制模量上升，低温阶段则显著增强网络强度。纳米级SAXS显示明胶促进更均匀的蛋白簇分布，而微观颗粒追踪证实其能延缓凝胶孔洞结构的粗化进程。这些发现阐明即使低于凝胶临界浓度，明胶仍可通过多尺度调控提升乳蛋白网络的结构稳定性。