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在植物基食品制造领域，大豆蛋白淀粉样纤维（SAFs）凝胶因机械强度低限制了应用。研究人员探究纳米纤维素长径比对 SAFs 凝胶特性的影响及机制。结果发现长径比与凝胶改善效果呈负相关。该研究为 SAFs 复合凝胶应用提供新思路。
在当今食品科学的研究热潮中，植物基食品制造领域正蓬勃发展，其中食品源性蛋白淀粉样纤维因其在水凝胶、增稠剂和质地改良剂等方面的潜在应用，吸引了众多科研人员的目光。大豆蛋白淀粉样纤维（Soybean protein amyloid fibrils，SAFs）便是其中的 “潜力股”，它由大豆分离蛋白（Soy protein isolate，SPI）在酸和热的条件下，通过分子内和分子间相互作用自组装而成。SAFs 具有高长径比、各向异性尺寸，还能形成缠结网络，在低体积分数下就能构建起空间填充网络。而且，它对酸、热和酶等极端环境有很强的抵抗力，还含有抗氧化 / 抗菌肽，既无致敏性又无毒，非常适合用于制备新型水凝胶，在功能性蛋白基材料和食品配料领域大有用武之地。
然而，SAFs 凝胶却存在一个 “致命弱点”—— 机械强度低。这是因为其凝胶微观结构不均匀，还缺乏有效的能量耗散机制，就像一座看似坚固的大厦，内部结构却不稳固，这严重阻碍了 SAFs 在植物基食品加工制造中的实际应用。为了攻克这一难题，科研人员一直在寻找方法来重建 SAFs 的凝胶结构单元，并阐明相应的凝胶协同机制，这就如同为这座 “大厦” 重新规划稳固的内部架构。
在这样的背景下，安徽农业大学的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们聚焦于纳米纤维素长径比对 SAFs 凝胶性质的影响及其调控机制。研究发现，纳米纤维素长径比与 SAFs 复合凝胶的粘弹性、凝胶强度和持水能力呈负相关。也就是说，纳米纤维素长径比越小，这些凝胶性能提升得越明显。其中，添加长径比最小的纤维素纳米纤丝（Cellulose nanofibril，CNF）使凝胶强度提高了 45.44%。该研究成果发表在《Food Hydrocolloids》上，为纳米纤维素和食品源性蛋白淀粉样纤维在食品工业中的应用开辟了新路径，也为新型植物基食品的开发提供了理论支持和实践指导。
研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先，通过 Zetasizer 分析仪测定纳米纤维素的 Zeta 电位，以此来研究其表面电荷特性。此外，还运用了形态观察、光谱分析、分子对接和相关分析等技术，从形态变化、分子结构特征、官能团分布和分子相互作用等多个角度，深入剖析纳米纤维素对 SAFs 凝胶行为的调控机制。
纳米纤维素的表征及理化性质研究
研究人员测定了四种纤维素样品的 Zeta 电位，发现三种纳米纤维素（细菌纳米纤维素 Bacterial nanocellulose，BNC、纤维素纳米晶体 Cellulose nanocrystalline，CNC 和 CNF）的 Zeta 电位值均小于 - 30 mV，且显著低于微纤化纤维素（Microfibrillated cellulose，MFC）。这表明纳米纤维素带有足够电荷，能产生静电排斥，抑制其在水溶液中的聚集，保证了良好的分散稳定性。
纳米纤维素长径比对 SAFs 凝胶性质的影响研究
通过探究不同结构纳米纤维素（BNC、CNC 和 CNF）的 SAFs 基凝胶的流变行为、凝胶强度、持水能力和水分分布，研究人员发现纳米纤维素长径比越小，SAFs 复合凝胶的粘弹性、凝胶强度和持水能力提升越显著。这一结果直接揭示了纳米纤维素长径比与 SAFs 凝胶性质之间的紧密联系。
纳米纤维素调控 SAFs 凝胶行为的机制研究
从形态观察、光谱分析等多方面深入研究发现，长径比小的纳米纤维素在 SAFs 溶液中分散稳定性好，能促使 SAFs 中的疏水氨基酸和芳香族氨基酸残基更大程度地隐藏在蛋白质内部。同时，长径比小的纳米纤维素还促进复合凝胶形成更多的 β - 折叠构象，并有效诱导凝胶中离子键、氢键和二硫键增加。这些变化从分子层面解释了纳米纤维素长径比影响 SAFs 凝胶性质的内在机制。
研究结论表明，精准调控纳米纤维素的长径比能够显著影响 SAFs 分子的聚集状态、官能团、结构特征和相互作用力，进而实现对 SAFs 凝胶性质的定向优化。这一成果为 SAFs 复合凝胶体系在功能性蛋白基材料、食品配料等多个领域的应用带来了新的可能性。它不仅有助于解决植物基食品制造中 SAFs 凝胶机械强度低的问题，还为开发新型植物基食品提供了有力的理论依据和实践指导，推动了食品科学领域的进一步发展。
