综述：多糖在提升蛋白质基乳液凝胶品质中的应用：全面综述

《Journal of Future Foods》：Applying polysaccharides to enhance the quality of protein-based emulsion gels: A comprehensive review

本综述系统阐述了多种多糖（如卡拉胶、海藻酸钠、阿拉伯胶等）通过氢键、疏水作用、静电相互作用及共价键与蛋白质（如乳清蛋白、大豆蛋白等）建立复合网络结构，从而显著改善单一蛋白质基乳液凝胶在凝胶特性（G'、G''、质地、持水性）、稳定性（pH、离子、热、冻融、氧化）及功能性（活性成分递送、3D打印、脂肪替代）方面的局限性。文章为未来高质量健康食品（如植物基产品、低脂食品）的开发提供了理论依据和应用前景。

　　

蛋白质基乳液凝胶作为一种重要的食品胶体系统，广泛影响着各类食品的质构和感官品质，并在营养健康食品的设计与开发中展现出巨大潜力。然而，单一的蛋白质基乳液凝胶往往存在稳定性（如乳液稳定性、热稳定性、冻融稳定性、氧化稳定性和机械稳定性）和功能特性不足的问题，限制了其在功能成分递送、3D打印和植物基产品制造等领域的应用。近年来，研究发现添加不同的多糖是改善上述性质的有效策略。

单一蛋白质基乳液凝胶的局限性

单一蛋白质基乳液凝胶对环境变量（如温度、pH值）敏感，易发生聚集、絮凝和脱水收缩等现象。例如，单一的肌原纤维蛋白或大豆分离蛋白（SPI）乳液凝胶可能机械强度较弱、持水能力不足，或在高热（如100°C）下因蛋白质过度变性而导致凝胶强度下降。在冻融循环后，其结构易受损，油滴聚集，弹性降低。此外，在pH值接近蛋白质等电点（pI）或高离子强度下，凝胶稳定性也面临挑战，且其抗氧化能力有限，难以有效防止脂质氧化。

多糖增强蛋白质基乳液凝胶特性的应用与机制

多种多糖，包括植物源（淀粉、纤维素、果胶、阿拉伯胶等）、海藻源（海藻酸盐、卡拉胶CG等）、动物源（壳聚糖等）和微生物源（黄原胶XG等）多糖，可通过多种机制提升蛋白质乳液凝胶的性能。

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  增强凝胶特性：多糖的加入能显著改善凝胶的流变学性质（如储能模量G'和损耗模量G''）、质地特性（硬度、弹性、咀嚼性）和持水性。例如，卡拉胶（CG）的加入提高了核桃蛋白乳液凝胶的硬度和弹性。小麦麸皮阿拉伯木聚糖则大大增加了SPI乳液凝胶的硬度和持水能力。这种增强作用源于多糖对凝胶网络结构的填充和增稠效应，使结构更致密、均匀。
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  提高稳定性：
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    pH和离子稳定性：多糖可通过静电相互作用与蛋白质结合，形成复合物，从而拓宽乳液凝胶的稳定pH范围，并增强其耐受离子强度变化的能力。例如，菊粉能在不同pH值（2.0, 4.6, 7.0）下增强豌豆分离蛋白乳液凝胶的微观结构稳定性。海藻酸钠（SA）与SPI通过静电相互作用和Ca²⁺诱导的交联形成双网络结构，增强了凝胶稳定性。
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    热稳定性和冻融稳定性：多糖如亚麻籽胶（FG）可以提高蛋白质的变性温度，使凝胶更不易在高温下分解。卡拉胶（CG）和海藻酸钠（SA）的添加则能通过改变水分布、减少冰晶的尺寸和数量，从而显著改善凝胶的冻融稳定性。
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    氧化稳定性：多糖能提升乳液凝胶的抗氧化能力。例如，胶原蛋白-纤维素复合物增强了特级初榨橄榄油乳液凝胶的氧化稳定性。海藻酸钠在特定浓度范围内能提高明胶乳液凝胶的抗氧化能力。
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  改善功能性：
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    调控消化行为：多糖-蛋白质乳液凝胶可作为有效的递送系统，保护生物活性成分（如β-胡萝卜素、虾青素）在胃肠道运输过程中的稳定性，并调控其释放速率，提高生物可及性。例如，果胶延缓了β-胡萝卜素在消化道的分解，而壳聚糖纳米晶则降低了游离脂肪酸的释放速率。
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    3D打印适性：多糖的加入能改善乳液凝胶墨水的流变特性，使其具备更好的自支撑能力和形状保真度，从而提升3D打印的精度。例如，预糊化淀粉、氧化淀粉或羧甲基淀粉钠的添加改善了乳清蛋白（WPI）乳液凝胶的3D打印效果。亚麻籽胶（FG）也增强了豌豆蛋白分离物乳液凝胶墨水的3D打印能力。
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    脂肪替代：多糖-蛋白质乳液凝胶可作为脂肪替代物应用于低脂食品开发中，如香肠、冰淇淋、面包等。它们能模拟脂肪的质地和口感，同时降低产品的脂肪含量。例如，菊粉和结冷胶制备的乳液凝胶在降低克罗恩卷脂肪含量方面表现出色，而SPI-结冷胶乳液凝胶在质构上可与肉制品加工用脂肪相媲美。
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    植物基食品应用：这类乳液凝胶在模拟动物产品（如植物基鸡蛋、肉类）方面具有潜力。通过调整多糖和蛋白质的种类与比例，可以构建出类似于真实肉类的纤维状结构和口感。

多糖的作用机制

多糖提升蛋白质基乳液凝胶性能的机制主要涉及以下几个方面：

1. 1.
   改变乳液凝胶网络结构：多糖可以作为填充剂，嵌入蛋白质凝胶网络中，使其更加致密和连续。同时，多糖能增加连续相的粘度，抑制油滴的迁移和聚集。此外，多糖还能影响凝胶中的水分分布，减少可冻结水的含量，从而提升冻融稳定性。
2. 2.
   分子间作用力：蛋白质与多糖之间可通过氢键、疏水相互作用、静电相互作用等非共价键，或通过美拉德反应形成的共价键结合。这些相互作用有助于形成更牢固的复合网络结构。例如，带负电的多糖（如卡拉胶、海藻酸钠）与带正电的蛋白质在pH低于蛋白质pI时发生静电吸引，形成复合物。有些多糖（如甜菜粕果胶）在酶（如漆酶）催化下还能与蛋白质发生交联，形成双网络凝胶。
3. 3.
   降低界面张力：一些两亲性多糖（如阿拉伯胶、改性淀粉）或多糖-蛋白质复合物可以吸附在油-水界面，形成更厚、更稳定的界面膜，降低界面张力，从而提高乳液的稳定性。例如，玉米醇溶蛋白水解物-壳聚糖纳米晶复合物能在油-水界面形成坚固的保护层。

特定多糖的作用特点

不同的多糖因其结构特性而具有独特的作用方式：

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  卡拉胶（CG）：作为一种阴离子硫酸化多糖，其类型（κ-, ι-, λ-）影响与蛋白质的相互作用和凝胶形成能力。
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  海藻酸钠（SA）：其凝胶行为依赖于Ca²⁺离子交联，并在消化过程中呈现pH响应性溶胀，有利于控释。
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  阿拉伯胶（GA）：含有蛋白质组分，具有两亲性，能有效稳定界面。
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  淀粉：原淀粉相互作用弱，但经辛烯基琥珀酸酐（OSA）等改性后获得两亲性，能显著改善界面性质和凝胶结构。直链淀粉和支链淀粉的比例影响其功能。
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  果胶：根据酯化度分为高甲氧基（HM）和低甲氧基（LM）果胶。LM果胶可通过Ca²⁺形成“蛋盒”模型凝胶。甜菜粕果胶因含有阿魏酸，可在酶促下形成共价交联。
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  纤维素衍生物：如羧甲基纤维素（CMC），通过引入羧基带负电，能与蛋白质产生静电相互作用等，改善凝胶网络。
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  壳聚糖：是唯一的天然阳离子多糖，在酸性条件下质子化带正电，能通过静电作用与带负电的蛋白质结合。

结论与展望

多糖在提升蛋白质基乳液凝胶的各方面性能中发挥着至关重要的作用，为其在功能性食品、健康食品和未来食品（如个性化营养、特殊医学用途配方食品）中的创新应用提供了广阔前景。未来研究应侧重于深入阐明新型蛋白质与多糖的相互作用机制，评估多糖-蛋白质乳液凝胶的营养特性及其对肠道菌群的潜在影响，并推动其从实验室研究向规模化生产的转化，同时关注产品的感官品质和消费者接受度。