pH调控下大豆蛋白纤维-细菌纤维素复合物的结构互作机制及乳化性能优化研究

本研究针对大豆蛋白纤维(SPF)/大豆分离蛋白(SPI)与细菌纤维素(BC)复合物在不同pH条件下的结构互作机制及其功能特性展开探索。通过调控BC浓度(0-3.6 mg/mL)和pH值(2.0/7.0)，研究人员发现复合物可形成"线-网"、"双网"和"点-线"三种特征结构。光谱分析和界面特性测试表明，pH 2.0时以静电作用和氢键为主，pH 7.0时则涉及氢键、疏水和静电多重作用。特别当BC添加量为2.0 mg/mL时，SPF-BC形成的"双网"结构使乳化活性指数达44.60 m2 /g，稳定性达53.37 min，为功能性乳液食品开发提供了新思路。

　　

在食品工业中，蛋白质作为多功能成分广泛应用于乳化、凝胶等领域，但大豆分离蛋白(SPI)的刚性结构限制了其界面吸附能力。虽然通过酸热改性可获得柔性更好的大豆蛋白纤维(SPF)，但如何进一步提升其功能特性仍是挑战。与此同时，细菌纤维素(BC)因其独特的纳米纤维网络和高反应活性，成为蛋白质改性的理想搭档。然而，现有研究多聚焦单一形态蛋白与纤维素的相互作用，对不同构象蛋白与纤维素在外界条件调控下的结合机制尚不明确。

来自东北农业大学等机构的研究团队在《Food Hydrocolloids》发表研究，系统考察了SPF/SPI-BC复合物在不同pH(2.0/7.0)和BC浓度(0-3.6 mg/mL)下的结构演变规律。通过透射电镜(TEM)、ζ电位、紫外光谱等技术，揭示了pH依赖性的相互作用转变机制；结合乳化特性、差示扫描量热(DSC)等分析，明确了结构-功能关系。研究发现：在pH 2.0条件下，BC主要通过静电作用和氢键与SPF/SPI结合；而在pH 7.0时，则形成氢键、疏水和静电多重作用网络。特别值得注意的是，当BC添加量为2.0 mg/mL时，SPF-BC形成的"双网"结构展现出最优异的乳化性能，其乳化活性指数(EAI)达到44.60 m²
/g，7F-2.0样品的乳化稳定性指数(ESI)高达53.37分钟。

关键技术方法包括：通过透射电镜(TEM)观察复合物形貌特征；采用ζ电位分析仪测定表面电荷特性；利用紫外可见分光光度计和傅里叶变换红外光谱(FTIR)解析分子相互作用；通过乳化活性/稳定性指数评价功能特性；结合差示扫描量热法(DSC)分析热稳定性。

【Zeta(ζ)-potential分析】显示：pH 2.0时BC带负电(-3.5 mV)，SPI/SPF带正电，通过静电吸引形成复合物；pH 7.0时两者均带负电，但通过氢键和疏水作用仍能有效结合。

【结构特征】TEM观察到三种典型结构："线-网"（SPI-BC）、"双网"（SPF-BC）和"点-线"（低浓度BC），其中"双网"结构在pH 7.0时表现出最优的界面吸附能力。

【功能特性】SPF-BC复合物在pH 7.0时的溶解度提高23.6%，热变性温度提升8.2°C，证实纤维化和BC添加协同增强了蛋白质的稳定性。

该研究创新性地阐明了pH调控下蛋白质构象变化对复合物形成机制的调控作用，提出的"双网"结构设计策略为开发高性能食品乳化剂提供了新途径。研究结果不仅深化了对蛋白质-多糖相互作用的理论认识，更为功能性乳液食品的精准设计提供了关键技术参数，对推动植物蛋白在健康食品中的应用具有重要意义。