鹰嘴豆蛋白纳米纤维增强κ-卡拉胶乳液凝胶的力学性能与稳定性研究

本研究针对κ-卡拉胶乳液凝胶(EG)机械强度不足的问题，通过酸热法制备鹰嘴豆蛋白纳米纤维(CNFs)，探究其在100 mM NaCl、pH 2.0、90°C条件下4小时形成的CNFs（ThT荧光值达780.13±15.67 a.u.）对EG的增强效果。结果表明，添加16 mg/ml CNFs使凝胶硬度提升215%（123.57±6.87 g），显著改善存储与热稳定性，为低成本植物蛋白基食品胶体开发提供新思路。

　　

在追求健康饮食的今天，如何用植物蛋白替代动物脂肪成为食品科学的热点课题。乳液凝胶(emulsion gel, EG)这种将油滴包裹在三维网络结构中的软固体材料，因其能模拟固体脂肪口感而备受关注。然而，当前基于κ-卡拉胶的EG面临两大瓶颈：机械强度不足影响口感，而高性能稳定剂如纤维素纳米晶体(CNC)又成本过高。更棘手的是，虽然鹰嘴豆蛋白符合清洁标签(clean label)趋势且营养丰富，但其天然形态的界面性能较差。这就像拥有优质建材却缺乏强力粘合剂，制约了植物蛋白在高端食品中的应用。

针对这一难题，青岛农业大学（Qingdao Agricultural University）的Yitong Zhang团队在《Food Research International》发表研究，创新性地将鹰嘴豆蛋白纳米纤维(chickpea protein nanofibrils, CNFs)与κ-卡拉胶复合。研究人员通过酸热法(acid-thermal treatment)调控蛋白自组装过程，利用硫黄素T(ThT)荧光和透射电镜(TEM)筛选出最优纤维化条件，再将CNFs引入EG体系。通过流变学测试、质构分析和稳定性实验，系统评估了这种新型复合胶体的性能突破。

关键技术包括：1）采用ThT荧光标记法定量β-折叠结构形成程度；2）通过Zeta电位和粒径分析表征静电相互作用；3）利用低温扫描电镜(Cryo-SEM)观察网络拓扑结构；4）采用质构仪测定凝胶硬度、弹性和粘附性等力学参数。

研究结果揭示：

1. CNFs形成机制：在100 mM NaCl、pH 2.0、90°C加热4小时条件下，CNFs的ThT荧光强度达到峰值780.13±15.67 a.u.，TEM显示其呈现典型纤维状形态，直径约10-20 nm。离子强度实验证实，NaCl通过屏蔽电荷排斥促进β-折叠(stacked β-sheets)的形成。

2. 力学性能突破：添加16 mg/ml CNFs的EG硬度达123.57±6.87 g，是对照组（39.15±0.80 g）的3.15倍。流变学测试显示储能模量(G')提升2个数量级，这归因于CNFs与κ-卡拉胶通过盐桥(salt bridge)和氢键形成的互穿网络。

3. 稳定性增强：CNFs修饰的EG在4°C储存14天后油滴聚集率降低62%，80°C热处理后持水率保持85%以上。Cryo-SEM显示CNFs像"钢筋"般贯穿κ-卡拉胶网络，有效抑制相分离。

这项研究的意义在于：首次证实CNFs可作为κ-卡拉胶EG的天然增强剂，其效果媲美高价CNC但成本仅为其1/5。所建立的"蛋白纤维化-多糖复合"技术路线，不仅适用于鹰嘴豆蛋白，还可拓展至其他豆类蛋白。从应用角度看，该成果为开发兼具良好口感和清洁标签的植物基脂肪替代品提供了关键技术支撑，对推动地中海饮食模式(Mediterranean diet)在东亚地区的本土化具有实践价值。正如作者Xiaodan Li在讨论部分强调的，这种复合策略"实现了1+1>2的效果"，未来可进一步探索CNFs在3D打印食品中的应用潜力。