金耳多糖调控大豆分离蛋白凝胶流变特性及分子互作机制提升3D打印适性的研究

【编辑推荐】为解决大豆分离蛋白(SPI)凝胶在3D打印中存在的流变性能不足（如静态流动阻力差、弹性响应弱）和结构稳定性差等问题，研究人员通过引入金耳多糖(NAP)构建复合凝胶体系。研究发现NAP通过增强氢键、疏水作用等分子互作显著改善SPI凝胶的流变参数（黏度、触变性）、持水性(WHC)和打印精度，其中2.00% (w/v) NAP添加量效果最优。该研究为植物基功能性食品的精准制造提供了新策略。

　　

在追求可持续饮食的浪潮中，植物蛋白替代动物蛋白已成为全球趋势。大豆分离蛋白(SPI)因其高营养价值和低成本成为明星原料，但在3D食品打印领域却遭遇"水土不服"——其凝胶体系存在流变学缺陷：静态下抗流动能力弱，动态振荡时弹性响应差，更棘手的是缺乏剪切稀化特性（非牛顿流体行为），导致打印成品易塌陷变形。这些问题的根源在于SPI分子中α-螺旋和β-折叠结构在剪切应力下易解旋，且凝胶三维网络强度不足。

为攻克这一技术瓶颈，来自合肥工业大学的研究团队独辟蹊径，从药用真菌金耳(Naematelia aurantialba)中提取活性多糖(NAP)，系统研究了0.25%-2.00% (w/v)浓度NAP对SPI热致凝胶的改性作用。这项发表于《International Journal of Biological Macromolecules》的研究揭示，NAP通过多尺度调控机制将SPI凝胶改造成理想的"生物墨水"。

研究采用流变仪测定黏度曲线和蠕变恢复特性，结合质构分析、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等多维表征技术。实验选用中国安徽阜阳产金耳提取NAP，与山东产SPI（蛋白含量92%）构建复合体系。

关键发现
流变行为调控：应变扫描确定线性黏弹区(LVR)为0.1%应变。NAP浓度提升使复合凝胶表观黏度呈剪切稀化特性，2.00% NAP组在50 s^-1剪切速率下黏度达对照组的3.2倍。动态频率扫描显示所有样品G'（储能模量）始终高于G"（损耗模量），证实典型凝胶行为。

分子互作机制：疏水作用被证明是主导力量（占比38.7%），其次为二硫键(28.1%)、氢键(21.5%)和静电作用(11.7%)。FTIR显示β-折叠含量从24.1%（对照组）提升至31.4%（2.00% NAP组），XRD证实无定形区扩大促进分子链缠结。

打印性能验证：2.00% NAP组持水性(WHC)提升19.8%，打印线条宽度偏差率仅3.7%，显著优于对照组的12.4%。SEM显示NAP使凝胶孔径分布更均匀，形成"蜂窝状"强化结构。

研究启示
该工作首次阐明NAP-SPI体系中多类型分子相互作用的协同效应：带负电的NAP羧基与SPI的赖氨酸残基产生静电吸引；高度分支的甘露糖主链通过氢键捕获水分子；疏水微区聚集形成物理交联点。这种"四重作用网络"使凝胶兼具优异挤出性和形状保持能力，为设计新一代植物蛋白打印材料提供了理论框架。

值得注意的是，2.00% NAP的添加既实现了性能突破，又避免了过度增稠导致的挤出困难，体现出"阈值效应"。未来研究可进一步探索NAP与其他植物蛋白（如豌豆蛋白PPI）的协同效应，或结合高水分挤压技术开发仿肉制品。这项源自中国本土药用真菌资源的创新，为全球食品工业的绿色转型提供了独特解决方案。