基于Pickering乳液模板的乳白蛋白-卡拉胶多孔材料构建及结构调控机制研究

本研究针对传统化学合成多孔材料(PM)生物相容性差的问题，创新性地采用α-乳白蛋白(α-LA)与κ-卡拉胶(κ-CA)自组装颗粒作为乳化剂，通过Pickering乳液模板法制备食品级多孔材料。研究发现pH 5条件下，9% α-LA+4% κ-CA+75%油相比例可形成最小孔径(3.93±0.83 μm)且具有最高吸油量(20.48±0.94 g/g)的PM。XRD和FTIR分析揭示了通过氢键等非共价键形成的三维结构机制，为功能性食品包装和活性物质递送系统开发提供了新思路。

　　

在食品工业与生物医学领域，多孔材料(PM)因其高比表面积和可修饰性，在活性物质递送、油水分离等领域展现出巨大潜力。然而传统化学合成PM存在细胞毒性风险，而天然大分子构建的PM又面临结构稳定性差、孔径调控困难等挑战。如何通过绿色方法制备性能可控的食品级PM，成为当前研究的瓶颈问题。

河南工业大学粮油食品学院的研究团队创新性地将乳品工业副产品α-乳白蛋白(α-LA)与海藻提取物κ-卡拉胶(κ-CA)结合，利用Pickering乳液模板法成功构建了具有规整孔道结构的生物基PM。这项发表在《LWT》的研究揭示了蛋白质-多糖复合体系在界面自组装过程中的结构演化规律，为开发新一代功能性食品材料提供了理论依据和技术路径。

研究采用激光粒度分析、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等关键技术，系统考察了pH(3-7)、α-LA浓度(6-10%)、κ-CA浓度(1-5%)和油相比例(60-80%)对材料性能的影响。通过三相接触角测定证实复合颗粒在pH 5时具有最佳界面稳定性(接触角65.80±0.24°)，结合倒置显微镜观察和质地分析，建立了工艺参数-乳液特性-材料性能的构效关系。

研究结果显示：

1. 1.

   三相接触角：pH 5时复合颗粒呈现适中的亲水性(65.80°)，有利于形成稳定O/W型乳液，这与蛋白质等电点(pI=4-5)附近的电荷状态变化密切相关。

2. 2.

   形态观察：9% α-LA+4% κ-CA体系在pH 5条件下形成粒径均匀的乳液(10.12±0.01 μm)，冷冻干燥后PM呈现完整开孔结构，孔径分布变异系数<15%。

3. 3.

   结构表征：XRD证实κ-CA晶体区解离形成的无定形结构，FTIR显示酰胺I带从1652.91 cm^-1红移至1654.84 cm^-1，表明氢键参与构建了三维网络。

4. 4.

   性能测试：最优组PM的吸油量达20.48 g/g，硬度(666.37±27.71 g)和咀嚼性(74.41±5.65 g)显著优于对照组，证实其作为油凝胶基质的应用潜力。

这项研究的创新价值在于：首次阐明α-LA与κ-CA通过SO₄^2-/-NH₃⁺静电作用和Ca²⁺桥接的协同稳定机制，突破了传统乳化剂依赖化学修饰的技术局限。开发的PM在pH 3-7范围内保持结构稳定，其孔径可调控范围(3.30-6.77 μm)恰好覆盖微生物载体(5-10 μm)和酶固定化载体(1-5 μm)的需求区间，为个性化设计功能材料提供了新思路。研究团队在讨论部分特别指出，该技术路线可直接利用乳清蛋白等食品加工副产物，不仅成本低廉，其全生物降解特性更符合可持续发展理念，在替代塑料微珠、开发可食用包装等方面具有广阔前景。