魔芋葡甘聚糖-琼脂杂化水凝胶的开发及其对酪蛋白水解肽的高效吸附机制研究

本研究针对天然多糖水凝胶机械性能差、吸附效率低的问题，开发了魔芋葡甘聚糖(KG)-琼脂(AG)杂化水凝胶体系。通过优化2.5%KG-1.5%AG配比，获得具有均匀多孔结构(比表面积达113.59 mg/g)的吸附材料，其肽吸附符合伪二级动力学模型和Freundlich等温线，脱附率>93%，为食品级生物活性肽纯化提供了可持续解决方案。

　　

在追求功能性食品和生物医药应用的时代，生物活性肽因其抗氧化、免疫调节等特性备受关注。然而从复杂的蛋白质水解物中高效分离这些肽段始终是技术瓶颈。传统吸附材料如活性炭存在环境负担大、选择性差的缺陷，而单一多糖水凝胶又面临机械强度不足的困境。琼脂(AG)虽能形成多孔结构但易脆裂，魔芋葡甘聚糖(KG)虽有优异持水性却需高浓度成胶。如何构建兼具机械稳定性和高吸附性能的绿色材料，成为食品工程领域亟待突破的科学问题。

韩国食品医药技术评估院资助的研究团队在《Journal of Food Engineering》发表论文，创新性地将KG与AG复合，通过氢键和链缠结构建杂化网络。研究采用流变学测试、扫描电镜(SEM)和质构分析表征材料性能，结合伪二级动力学模型和Freundlich等温线解析吸附机制，并以酪蛋白酶解液为模型验证实际应用效果。

实验材料
研究选用分子量200-2000 kDa的KG与>100 kDa的AG作为基质，酪蛋白酸钠经木瓜蛋白酶水解制备肽溶液。关键创新在于采用物理交联法避免化学交联剂残留，确保食品级安全性。

杂化水凝胶的理化特性
通过比较2.5KG-1.5AG与3.0KG-1.0AG两组配方，发现前者凝胶强度提升27%，溶胀指数达380%，SEM显示其孔径分布更均匀。傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实KG的乙酰基与AG羟基形成分子间氢键，这种协同作用使储能模量(G')提高1.8倍。

吸附性能研究
在150 mg/L肽溶液中最优配方吸附量达113.59 mg/g，较单一组分提高42%。动力学分析显示速率常数k₂
=2.3×10^-3
g/mg·min，符合化学吸附特征。Freundlich常数1/n=0.68表明表面存在多层不均匀吸附位点，这与KG链段提供的羧基和AG的磺酸基团多样性相关。

脱附与再生
采用pH 7.4磷酸缓冲液可实现93.2%的肽脱附，经5次循环后吸附效率仍保持85%以上。这种优异的重现性源于KG-AG网络的弹性恢复能力，其压缩回弹率始终维持在90±3%。

该研究证实KG-AG杂化水凝胶通过以下机制实现高效肽吸附：(1)KG的乙酰基与肽氨基形成氢键；(2)AG磺酸基团与羧基产生静电吸引；(3)三维网络的空间位阻效应实现分子量筛选。Young Hoon Jung团队指出，这种材料在婴幼儿配方奶粉肽富集、运动营养补剂开发等领域具有应用前景。其重要意义在于：首次阐明多糖杂化体系对肽类的吸附选择性与机械稳定性间的构效关系，为设计下一代食品级分离材料提供了理论范式。研究还提示，通过调控KG脱乙酰度可进一步优化吸附特异性，这将成为未来研究方向。