基于普鲁兰多糖调控马铃薯淀粉凝胶化与凝胶形成机制研究及其在植物基鸡肉类似物纤维结构构建中的应用

为解决低浓度马铃薯淀粉(PS)凝胶加工性能差和质地不佳的问题，研究人员通过系统研究普鲁兰多糖(CD)与PS的混合体系(5 wt%, 比例100:0–70:30)，发现CD通过竞争性吸水与分子间相互作用双重机制，显著改善凝胶性能。研究证实CD延缓淀粉糊化(Tc↑4.02°C)，降低粘度(峰值粘度↓31.3%)，同时加速凝胶网络形成(G′↑336%)，最优配比(95:5)使凝胶孔径减小50%，质地特性显著提升(硬度↑21%，咀嚼性↑83%)，为高品质PS基食品开发提供新策略。

　　

淀粉基水凝胶食品作为亚洲传统主食的重要组成部分，在膳食结构中扮演着关键角色。马铃薯淀粉(PS)因其高粘度、低糊化温度和透明凝胶特性被广泛应用于凝胶食品生产。然而低浓度PS凝胶存在显著局限性：热稳定性和剪切稳定性差，质构特性不佳，严重制约其在凝胶食品加工中的应用前景。

为突破这一技术瓶颈，青岛农业大学食品科学与工程学院的研究团队在《Food Hydrocolloids》发表了创新性研究。他们创造性地利用微生物多糖普鲁兰(Curdlan, CD)的独特热不可逆凝胶特性，通过分子水平设计构建PS/CD复合凝胶体系，系统阐明了CD在淀粉糊化与凝胶形成过程中的双重调控机制。

研究采用多尺度表征技术体系：通过快速粘度分析(RVA)和差示扫描量热(DSC)表征糊化特性；采用旋转流变仪分析稳态和动态流变性能；借助傅里叶变换红外光谱(FTIR)揭示分子间相互作用；通过小角X射线散射(SAXS)解析分形结构；利用低场核磁共振(LF-NMR)研究水分分布；结合扫描电镜(SEM)观察微观结构；并采用质构分析仪定量评价凝胶质地特性。

3.1. CD对PS糊化特性的影响

研究发现CD通过与PS竞争水分显著延迟糊化过程，使糊化终值温度(T_c)升高4.02±0.63°C。RVA分析显示CD添加降低峰值粘度(95:5比例时降低31.3%)和崩解值，表明CD增强了PS的热稳定性。这种抑制效应源于CD分子与淀粉颗粒对水分的竞争性结合，以及CD热凝胶网络对淀粉颗粒膨胀的物理限制。

3.2. CD对PS热性能的影响

DSC结果表明CD使糊化焓(ΔH)降低37.8%，证明CD通过限制无定形区水合作用促进了晶体域的解体。三个特征糊化温度(T_o, T_p, T_c)均随CD添加而升高，进一步证实CD对淀粉糊化的抑制作用。

3.3. PS/CD混合体系的流变特性

流变学研究发现所有PS/CD体系均呈现假塑性流体行为，CD添加使流动行为指数(n)提高38%，显著改善了体系的剪切稀化特性。动态振荡测试显示G′始终高于G″，证实体系的类固体凝胶行为。CD添加使G₀′和G₀″增加，而n′和n″降低，表明CD增强了网络弹性并降低了频率敏感性。

3.4. PS/CD混合凝胶结构形成动力学

通过创新引入平均结构形成速率(SDR_a)和瞬时凝胶化速率(v_g)参数，研究发现CD加速了凝胶网络形成过程。在凝胶化起始阶段(90°C)，5%CD使SDR_a和v_g分别提高12.8倍和4.5倍，最大增强达到137倍和54倍。这种加速效应源于CD疏水域促进的分子间相互作用和暴露羟基形成的氢键网络。

3.5. PS/CD混合凝胶的特性

FTIR光谱显示羟基伸缩振动峰从3354 cm^-1红移至3319 cm^-1，证实CD与PS间形成氢键。LF-NMR分析发现T₂₃弛豫时间显著左移，表明CD增强了凝胶网络的持水能力。SAXS分析显示分形维数(D)增加4.3%，证明CD使凝胶结构更加致密。SEM观察发现5%CD添加形成孔径减小50%的均匀致密结构，而过高CD含量(>10%)导致孔结构不规则和部分坍塌。质构分析表明95:5比例实现最优质地特性，硬度提高21%，咀嚼性增加83%。

该研究深入揭示了CD在PS凝胶体系中的双重作用机制：在加热阶段通过竞争性水分抑制糊化过程，在冷却阶段通过疏水结合和氢键加速凝胶网络形成。最优CD添加量(5%)构建了致密双网络结构，显著改善凝胶加工性能和质地特性。这一发现为设计高性能淀粉基食品提供了重要理论依据和技术途径，特别为植物基鸡肉类似物的纤维结构构建开辟了新思路。研究不仅深化了对多糖-淀粉相互作用机制的理解，也为开发新型健康食品材料提供了创新性解决方案。