酸性条件下壳寡糖-大豆分离蛋白复合物构建高内相Pickering乳液的机制及特性研究

为解决天然蛋白乳化性能不足的问题，研究人员通过壳寡糖(COS)修饰大豆分离蛋白(SPI)，在pH 3条件下成功构建了高内相Pickering乳液(HIPPEs)。研究发现COS:SPI比例为1:5时形成的乳液具有最小液滴尺寸(7.84±0.33 μm)和最优稳定性，其机制涉及静电作用和疏水相互作用。该研究为酸性食品开发提供了新型复合乳化剂方案。

　　

在食品工业中，开发环境友好且性能优异的天然乳化剂一直是研究热点。传统合成表面活性剂存在环境污染问题，而大豆分离蛋白(Soy Protein Isolate, SPI)等天然蛋白质虽具有生物相容性优势，但其乳化性能受pH等环境因素限制——尤其在接近等电点(pI≈4.5)的酸性条件下易发生絮凝。这严重制约了SPI在沙拉酱、蛋黄酱等酸性食品中的应用。与此同时，高内相Pickering乳液(High Internal Phase Pickering Emulsions, HIPPEs)因其油相占比超过74%时形成的凝胶网络结构，能赋予产品优异的稳定性和类固体特性，成为食品工业中替代固体脂肪的理想载体。如何通过绿色改性手段提升SPI在酸性条件下的乳化性能，成为突破技术瓶颈的关键。

针对这一挑战，重庆工商大学食品与工程学院的Jianfei Zhu团队创新性地利用壳寡糖(Chitooligosaccharide, COS)对SPI进行协同改性。COS作为壳聚糖降解产物，不仅具有抗菌、抗氧化等生物活性，其分子链上的氨基在酸性条件下质子化后能与SPI产生多重相互作用。研究人员通过系统调控COS:SPI比例(1:1至1:10)，在pH 3条件下成功构建了系列HIPPEs，并借助多尺度表征技术揭示了其稳定化机制。

研究主要采用复合溶液ζ电位分析、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)解析分子相互作用；通过激光粒度仪和共聚焦显微镜(CLSM)观察乳液微观结构；结合流变学测试和稳定性实验评估功能特性。特别设计了尿素、SDS和NaCl干扰实验鉴别关键相互作用力。

研究结果显示：在COS:SPI比例为1:5时，HIPPEs呈现最优性能。激光粒度分析显示其液滴直径最小(7.84±0.33 μm)，较纯SPI体系降低15.2%。CLSM图像证实COS-SPI复合物能紧密包裹油滴形成三维界面膜。流变测试表明该比例下乳液具有最高表观粘度和弹性模量(G′>G′′)，展现出典型凝胶行为。稳定性方面，经80℃热处理30分钟后微观结构保持完整；离心后仅出现短暂水相分离，静置1小时即可恢复；虽然冻融循环会导致破乳，但重新均质即可复原，显示优异可逆性。

分子机制研究表明：FTIR谱图中酰胺I带(1651→1648 cm^-1)和O-H键(3290→3283 cm^-1)的位移证实了氢键和静电相互作用；XRD衍射峰(9.4°→9.6°)的迁移表明COS破坏了SPI晶体结构；DSC显示复合物热变性温度(Tm)从84.18℃提升至87.31℃，ΔHm增加14.5%，证实了热稳定性增强。干扰实验证实疏水相互作用和静电作用为主导力，氢键为辅助力。

该研究的重要意义在于：首次在酸性条件下实现了SPI基HIPPEs的稳定构建，突破了传统SPI在近pI区应用的限制。提出的COS-SPI复合乳化剂策略，不仅为酸性食品开发提供了新型配料方案，其明确的"结构-功能"关系也为其他蛋白-多糖复合体系的设计提供了理论参考。相关成果发表在食品领域权威期刊《LWT》上，为开发清洁标签食品和功能性油脂载体提供了重要技术支撑。