利用军用冬虫夏草多糖和聚合乳清蛋白复合水凝胶改善山羊奶酸奶的物理化学性质和质地

本研究通过制备聚乳清蛋白（PWP）与冬虫夏草菌丝多糖（CMP）的复合水凝胶，系统研究了其对 goat milk yogurt 的物理化学性质、流变特性及质构改良作用。结果表明，CMP 的加入显著提升了水凝胶的粒子尺寸（147.3% 增长）、热稳定性（熔融温度升高至 114.3°C）和持水能力（57.2%），并通过氢键和疏水相互作用形成致密三维网络结构。在酸奶中添加 10% PWP-6% CMP 复合体系，有效延缓酸化速度，增强流变弹性（储能模量提高 25%），改善质地并抑制异味生成，同时电子舌检测显示其圆润感和醇厚度显著提升。该研究为 goat milk yogurt 质量改良提供了新型功能材料及多尺度作用机制证据。

　　
该研究聚焦于通过构建新型复合水凝胶（PWP-CMP）改善山羊酸奶的物理化学性质和质构。研究团队以热诱导聚合乳清蛋白（PWP）为基质，结合真菌多糖（Cordyceps militaris多糖，CMP）形成复合网络结构，旨在解决传统山羊酸奶存在的凝胶网络脆弱、水分保持能力差及质地松散等问题。通过多维度表征手段，系统解析了CMP对PWP凝胶网络的作用机制及其对酸奶品质的影响。

**研究背景与核心问题**
山羊酸奶因蛋白质组成差异和季节性乳成分波动，普遍存在质地过软、蛋白质网络结构松散、酸后沉淀（syneresis）明显等缺陷。现有改善策略多依赖化学增稠剂或植物源胶体，存在功能单一或影响风味的局限性。本研究创新性地引入真菌多糖CMP，结合PWP的热凝胶特性，探索蛋白-多糖复合体系对酸奶结构强化和功能优化的协同效应。

**关键发现与创新点**
1. **复合水凝胶的协同作用机制**
- CMP通过β-(1→3)/(1→6)-葡萄糖苷主链与PWP形成多重氢键网络，其分子拓扑结构（分支度高、侧链含甘露糖等亲水基团）赋予PWP-CMP独特的三维交联特性。实验表明，当CMP浓度达6%时，复合水凝胶颗粒尺寸较纯PWP增大147%，表面电荷密度提升至-50.8 mV，显著增强体系稳定性。
- 热力学分析显示，复合体系玻璃化转变温度（Tg）提升至114.3℃，表明CMP通过氢键和疏水作用稳定了PWP的β-折叠构象，延缓了热诱导的蛋白变性过程。

2. **酸奶品质的系统性改善**
- **质构强化**：添加6% CMP的PWP复合体系使酸奶硬度提升32%，粘弹性模量（G'）增加至2.1 Pa，显著改善咀嚼感和稳定性。微观结构分析（冷冻电镜）显示，复合水凝胶形成致密的蜂窝状孔隙结构（孔径分布0.5-2 μm），较传统酸奶的松散结构（孔隙>5 μm）更利于水分吸附。
- **水分保持能力优化**：WHC从基础值的54.56%提升至57.2%，达行业优质酸奶标准（>55%）。CMP通过表面吸附和内部交联形成“双壳层”防护结构，有效抑制酪蛋白胶束的聚集态解离。
- **发酵过程调控**：复合体系延缓pH下降速率达18%，减少产酸菌过度繁殖导致的酸败问题。电子鼻检测显示，6% CMP组挥发性酯类物质（如乙酸乙酯、苯乙醇）浓度提升27%，赋予酸奶更复杂且愉悦的芳香特征。

3. **分子互作与结构演变解析**
- **光谱表征**：FTIR显示1631-1636 cm?1区域（酰胺I带）的蓝移证实PWP二级结构从α-螺旋向β-折叠转变，而1645-1650 cm?1区域（酰胺I'带）的吸收增强表明氢键密度提升。2D-COS分析进一步揭示C=O伸缩振动与O-H伸缩振动的耦合效应，表明多糖链与蛋白肽链的协同交联。
- **荧光光谱追踪**：3D荧光成像显示CMP通过疏水作用（Tyr残基包裹）和氢键（Asn-Glu相互作用）诱导PWP构象重塑，形成更致密的胶束聚集体。
- **分子对接模拟**：β-乳球蛋白和α-乳白蛋白的受体-配体复合结构显示，CMP分子中的甘露糖残基（C3、C4位羟基）与PWP的Gln115和SER116形成双氢键，而CMP的葡萄糖残基（C1、C6位羟基）则与α-乳白蛋白的ASP14和ILE89发生疏水相互作用，形成多尺度交联网络。

**工业化应用潜力**
该研究建立了蛋白-多糖复合体系在酸奶加工中的优化路径：
- **配方设计**：推荐CMP添加浓度为4.5%-6%（基于WHC和质构评分），此时复合水凝胶的剪切储能模量（G'）达到峰值2.3 Pa，且电子舌检测显示该浓度下酸奶的“醇厚感”和“鲜味”指标最优。
- **工艺适配性**：在43℃发酵体系中，复合水凝胶的热稳定性（Tg）与酸奶加工温度窗口（40-45℃）高度匹配，确保发酵后期仍能维持结构完整性。
- **功能协同**：CMP的抗氧化活性（DPPH自由基清除率提升19%）与PWP的钙结合能力（每克复合物可结合3.2 mg Ca2?）形成功能互补，为开发高营养价值的酸奶产品提供新思路。

**学术价值与产业意义**
本研究首次系统揭示了真菌多糖在蛋白水凝胶中的“三重增强机制”：
1. **结构强化**：通过氢键网络密度（每平方纳米形成5.2个氢键）提升胶体稳定性
2. **功能扩展**：CMP的免疫调节成分（如 cordsmin）可被包埋在复合凝胶中缓慢释放
3. **感官优化**：复合体系通过调控挥发性有机物（VOCs）组成实现风味层次提升（Frimen风味轮分析显示16种风味物质增加8种）

实验数据表明，当CMP添加量超过3%时，酸奶的质构参数（硬度、弹性模量）与水分保持能力呈现非线性增长，提示存在最佳复合比例（6% CMP +10% PWP）。该成果为功能性酸奶开发提供了理论依据和技术路线，预计可使山羊酸奶保质期延长30%以上，感官评分提升15-20个百分点。