乳铁蛋白-低甲氧基果胶复合水凝胶的力学与结构特性：LMP与钙离子的协同调控机制

本研究针对蛋白质基水凝胶机械强度不足、稳定性差等问题，通过Ca2+诱导乳铁蛋白(LF)与低甲氧基果胶(LMP)形成复合水凝胶，发现0.1% LMP与50 mM Ca2+可显著提升凝胶硬度(最高251%)、储能模量(286%)及持水性(30%)，为功能性食品和药物载体设计提供新策略。

　　

在功能性食品和生物医学领域，蛋白质基水凝胶因其三维网络结构和生物相容性备受关注。然而，单一蛋白质如乳铁蛋白(Lactoferrin, LF)形成的水凝胶常面临机械强度不足、胃酸环境易降解等挑战。与此同时，低甲氧基果胶(Low methoxyl pectin, LMP)作为带负电的多糖，理论上可通过与带正电的LF及钙离子(Ca²⁺)协同作用改善凝胶性能，但这一机制尚未系统研究。中国某高校团队在《Food Hydrocolloids》发表的研究，首次揭示了LF-LMP-Ca²⁺三元体系的构效关系。

研究采用加热-冷凝胶法（80°C/10 min预处理LF溶液后加入Ca²⁺），结合流变仪、LF-NMR（低场核磁共振）、扫描电镜(SEM)等技术，系统分析了不同LMP浓度(0-0.2%)和Ca²⁺浓度(50/100 mM)对复合水凝胶性能的影响。

研究结果

1. 凝胶条件优化
通过温度-浓度矩阵实验确定8% LF在80°C加热10分钟后，50 mM Ca²⁺可形成稳定凝胶，而100 mM Ca²⁺导致网络结构松散。

2. 机械性能提升
0.1% LMP使50 mM Ca²⁺组硬度提升152%，储能模量(G')增加286%，持水性提高26%。过量LMP(0.2%)或高钙浓度(100 mM)反而降低性能，表明存在最优配比。

3. 水分状态分析
LF-NMR显示所有凝胶均含约5%结合水和95%固定水，说明LMP和Ca²⁺主要影响网络密度而非水分类型。

4. 结构表征
X射线衍射证实凝胶呈无定形结构；荧光光谱揭示LMP诱导LF三级结构展开，暴露疏水残基(Leu/Phe)；FTIR证明疏水相互作用是维持凝胶的主要非共价力。

5. 微观形貌
SEM显示50 mM Ca²⁺组形成均匀致密网络，而100 mM组出现大孔洞，印证流变学数据差异。

结论与意义
该研究阐明LMP通过空间位阻效应和改变LF构象，与Ca²⁺协同调控凝胶微观结构，其中50 mM Ca²⁺和0.1% LMP为最佳组合。这一发现不仅为设计高性能LF基功能材料提供理论依据，其提出的"钙离子浓度-多糖添加量-性能"三元模型，可拓展至其他蛋白-多糖复合体系。未来在缓释递送系统或食品质构改良中具有应用潜力，例如开发抗胃酸降解的营养素载体或口感可调的凝胶食品。