大豆蛋白-壳聚糖微凝胶的静电复合机制及其润滑性能调控：基于pH与离子强度的多尺度研究

本研究针对大豆蛋白(SPI)在食品应用中存在的溶解性差、稳定性低及口感缺陷等问题，通过热诱导构建SPI微凝胶并与壳聚糖(CS)进行静电复合，系统探究了pH(5-8)、SPI:CS质量比(12:1至1:1)和NaCl浓度(0-400 mM)对复合微凝胶形成的影响。研究发现最佳复合条件为SPI:CS=9:1、pH 5.6、无盐环境，此时形成的纳米级颗粒(<500 nm)通过静电作用、氢键和二硫键稳定存在，其热稳定性显著提升，摩擦系数降低40%，尤其在唾液环境中展现出优异的润滑性能，为植物基食品质构改良提供了新思路。

　　

在追求可持续饮食的今天，植物蛋白替代动物蛋白已成为食品工业的重要趋势。然而，大豆蛋白分离物(SPI)在实际应用中面临诸多挑战：其表面疏水性易导致聚集沉淀，pH敏感性使产品稳定性难以控制，更棘手的是SPI制品的涩口感直接影响消费者接受度。这些问题本质上源于蛋白质分子结构的固有缺陷和环境响应机制的不足。与此同时，食品科学家发现壳聚糖(CS)这种从甲壳类废弃物或真菌中提取的阳离子多糖，因其独特的黏附性和pH响应特性(pK_a≈6.5)，有望与SPI形成功能互补的复合体系。但现有研究多聚焦于宏观性能改良，对两者在分子水平的相互作用机制及其与润滑性能的构效关系仍缺乏系统认知。

来自山东的科研团队在《Food Hydrocolloids》发表的研究中，创新性地采用"热诱导微凝胶化+静电组装"策略，构建了SPI-CS核壳结构微凝胶。通过多尺度表征技术组合，包括分子对接模拟、差示扫描量热法(DSC)和原子力显微镜(AFM)，揭示了复合微凝胶的形成机制；结合流变仪和摩擦磨损试验机，首次系统评价了该体系在模拟口腔环境中的润滑行为。研究特别关注了生物聚合物比例(12:1至1:1)、pH(5-8)和离子强度(0-400 mM NaCl)三个关键参数对微凝胶性能的调控规律。

优化和表征SPI-CS复合微凝胶
在pH 5.6、SPI:CS=9:1、无盐条件下，zeta电位测定显示体系达到电荷平衡(-2.1 mV)，动态光散射测得粒径为(482±35) nm。圆二色谱(CD)分析表明CS的引入使SPI的α-螺旋含量从18.7%增至24.3%，而傅里叶变换红外光谱(FTIR)在1640 cm^-1处出现特征峰位移，证实了分子间氢键的形成。分子对接模拟显示，SPI的谷氨酸残基(Glu₁₄₅)与CS的氨基形成强静电相互作用(结合能-5.2 kcal/mol)。

热力学与结构特性
DSC热分析显示SPI-CS复合物的变性温度(89.3°C)较纯SPI(76.8°C)显著提高，表明CS涂层增强了热稳定性。AFM三维形貌图清晰呈现了高度单分散的球形颗粒，表面粗糙度(Ra)仅为(6.2±1.1) nm，这种光滑表面是其优异润滑性能的结构基础。

流变与摩擦学性能
振幅扫描显示复合微凝胶的弹性模量(G')始终高于粘性模量(G'')，说明形成了稳定的凝胶网络。在模拟唾液环境中，SPI-CS微凝胶的摩擦系数(0.12)较纯SPI(0.31)降低61%，尤其在0.01-0.1 mm/s低速区（对应口腔咀嚼阶段）表现突出。这种润滑增强效应主要归因于CS与唾液蛋白的协同吸附，在PDMS表面形成了厚度达(85±12) nm的水合润滑层。

这项研究从分子相互作用到宏观性能建立了完整的构效关系模型，证实通过精确调控SPI:CS比例和环境参数，可定向设计具有特定功能特性的微凝胶体系。其创新点在于：首次阐明了pH窗口(pI_SPI<5<pH<pK_aCS<6.5)对复合微凝胶形成的决定性作用；发现离子强度通过德拜屏蔽效应显著影响分子间作用力；揭示了微凝胶润滑性能与口腔表面相互作用的分子机制。该成果不仅为改善植物蛋白食品的感官品质提供了理论依据，其建立的"结构-功能"设计原则还可推广至其他蛋白-多糖体系，在替代蛋白开发、功能性食品设计和口服给药系统等领域具有广阔应用前景。