热预处理温度调控可得然凝胶微观结构与力学性能的创新机制及其脂肪替代应用

针对高强热不可逆可得然凝胶(CU-90)在食品应用中质地适配性差的问题，研究人员通过40-80°C梯度热预处理调控凝胶化过程，发现48-58°C预处理可显著弱化网络硬度，通过cryo-SEM、FTIR和XRD揭示其通过破坏氢键抑制三螺旋结构形成的机制，最终开发出质地近似猪脂肪的4% CU-50-90配方，为无添加改性多糖凝胶提供新策略。

　　

在食品工业中，多糖作为质构改良剂扮演着关键角色，而可得然胶(curdlan)因其独特的温度依赖性凝胶特性备受关注。这种由微生物发酵产生的β-1,3-葡聚糖能形成两类凝胶：55°C以下的热可逆凝胶和80°C以上的热不可逆凝胶。后者虽然具有优异的耐热耐酸特性，但过高的凝胶强度导致其在模拟动物脂肪等软质食品应用中面临挑战。传统通过添加淀粉、卡拉胶等外源物质或化学修饰的改良方法存在改变食品配方、安全性待验证等局限，亟需开发更绿色的物理调控手段。

为此，研究人员系统探究了热预处理温度对可得然凝胶的影响机制。研究采用流变仪和微量差示扫描量热仪(Micro-DSC)监测凝胶化过程，结合冷冻扫描电镜(cryo-SEM)观察微观结构，并运用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)解析分子相互作用。实验设计包含3%(w/w)可得然悬浮液在40-80°C梯度预处理后，统一于90°C形成热不可逆凝胶的对比研究。

凝胶化过程分析
流变学数据显示，48-58°C预处理显著降低最终凝胶的储能模量(G')，降幅达50%以上。该温度区间恰与可得然的凝胶转变范围重叠，表明预处理通过干预分子构象转变影响网络形成。

微观结构表征
cryo-SEM揭示经50°C预处理的CU-50-90凝胶孔径增大30-50%，网络密度降低。FTIR在1040 cm^-1处氢键特征峰减弱，XRD显示三螺旋结晶度下降，证实预处理削弱分子间氢键并抑制有序结构组装。

机械性能调控
质构分析显示CU-50-90硬度较传统CU-90降低62%，弹性模量下降54%。这种"先促进后限制"的独特作用机制：50°C预处理初期促进链段运动形成初级网络，但后续高温处理时因预形成的交联点限制分子重排，最终产生疏松结构。

脂肪替代应用
4% CU-50-90的质构参数与煮制猪脂肪组织高度匹配，突破性实现仅通过物理处理即可模拟动物脂肪的质地特征。

该研究创新性地提出温度程序控制策略，首次阐明热预处理通过"氢键破坏-三螺旋抑制-网络重构"三级调控机制改变多糖凝胶性能。相比化学修饰法，这种无添加、环境友好的物理处理方法更符合清洁标签食品发展趋势。研究不仅为可得然胶在低强度需求场景（如人造脂肪、软质奶酪）的应用开辟新途径，其揭示的"温度窗口效应"更为其他多糖材料的性能设计提供理论借鉴。论文发表于《Carbohydrate Polymers》，受到国家自然科学基金(22261142665)支持。