非晶化淀粉与茶蛋白相互作用驱动的乳液形成

《Journal of Food Engineering》:Emulsion formation driven by interactions between amorphized starch and tea proteins

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月12日 来源:Journal of Food Engineering 5.8

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   •研究了无定形化玉米淀粉-茶蛋白(CS-TP)复合物的理化性质。•分子动力学模拟阐明了无定形化CS-TP复合物的形成机理。•无定形化CS与茶蛋白协同提高了乳液的稳定性。•无定形化CS-TP复合物主要分布在水油界面。引言乳状液作为一类重要的分散体系,广泛应用于食品、制药和化妆品

  
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    研究了无定形化玉米淀粉-茶蛋白(CS-TP)复合物的理化性质。
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    分子动力学模拟阐明了无定形化CS-TP复合物的形成机理。
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    无定形化CS与茶蛋白协同提高了乳液的稳定性。
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    无定形化CS-TP复合物主要分布在水油界面。

引言

乳状液作为一类重要的分散体系,广泛应用于食品、制药和化妆品工业(Lu, Kelly, & Miao, 2016)。在食品体系中,乳状液不仅有助于改善感官特性,还在疏水性生物活性化合物的包埋、保护和递送方面发挥着关键作用。然而,乳状液体系本质上属于热力学不稳定体系,在加工和储存过程中容易发生聚并、絮凝和分层等物理失稳现象(Bernaschina, Leser, Limbach, Fischer, & Roucher, 2024)。因此,开发高效、稳定且具有食品级适用性的乳液稳定剂仍是食品胶体与界面科学中的核心研究焦点。
传统食品乳状液通常由低分子量表面活性剂或单一蛋白质来稳定。然而,此类体系在复杂的加工条件(包括热处理、机械剪切和pH变化)下往往表现出有限的稳定性。此外,某些合成乳化剂在食品应用中的使用引发了对其安全性和消费者接受度的担忧(Wang, et al., 2022)。近年来,基于天然生物大分子的乳状液体系备受关注。特别是,多糖-蛋白质复合物因其良好的界面活性、结构多样性和可调节性而被视为开发新型食品乳液的有前景的候选者。这些复合物的形成主要由非共价相互作用驱动,如静电吸引、氢键和疏水相互作用,这些作用可以增强界面层的机械强度,并在各种环境条件下提高乳液的稳定性(Hao, Li, et al., 2025)。
淀粉是自然界中最丰富、最具成本效益且可再生的多糖之一,在食品体系中表现出优异的生物相容性和加工适应性。然而,天然淀粉有限的乳化能力与其高度有序的晶体结构、相对较低的分子可及性以及不利的界面性质(包括有限的表面疏水性和润湿性)有关,这些因素共同限制了粒子在油水界面的吸附和稳定作用(Ren & Wang, 2019)。近年来,通过物理处理(如高压处理(Yan, Wang, Zhang, Ma, & Chen, 2024)、球磨(Hao, et al., 2023)和微波处理(Zeng et al., 2016))实现淀粉的无定形化,已成为提高其功能特性的有效策略。无定形化淀粉以结构更加无序和分子流动性增加为特征,导致羟基暴露度更高。这些结构特征促进了与其他生物大分子的相互作用,为开发功能复合体系提供了新的机遇(Wang, et al., 2026)。
茶蛋白(TP)是茶叶加工的副产品,富含各种功能性氨基酸,具有显著的生物活性和营养价值。然而,茶蛋白在乳液体系中的实际应用受到其溶解性差和相对较低界面活性的限制(Hu, et al., 2026)。先前的研究表明,与多糖形成复合物可以有效提高植物蛋白的溶解性、界面行为和乳液稳定能力(Ju, et al., 2020)。值得注意的是,Fan等(2023)开发了无定形芋头淀粉-乳清蛋白复合物,所得乳液表现出更致密的凝胶网络结构和优异的储存稳定性。然而,关于淀粉-蛋白质基乳液的构建仍存在关键的知识空白。尽管淀粉-蛋白质复合物已作为乳液稳定剂得到广泛研究,但淀粉无定形化引起的结构重排在调节其与蛋白质的相互作用及后续乳液形成中的作用仍知之甚少。此外,无定形化淀粉-茶蛋白复合物中分子相互作用与其界面组装行为之间的关系尚未得到系统阐明。因此,我们假设淀粉的无定形化可以破坏其有序的晶体结构,增加分子可及性,并促进其与茶蛋白的非共价相互作用,从而促进形成强健的界面结构并提高乳液的稳定性。
基于上述考虑,本研究聚焦于无定形化玉米淀粉(CS)和茶蛋白,系统构建由二者相互相互作用驱动的乳液体系。采用多种表征技术相结合的方法,阐明了无定形化CS-TP复合物的结构特征,并明确了其相互作用的本质。此外,详细研究了这些相互作用在乳液形成和稳定中的作用。本研究的结果有助于更深入地理解无定形化淀粉与植物蛋白质之间的协同相互作用,并为开发基于天然生物大分子的高稳定性食品乳液提供了理论基础和技术支持。

章节摘要

材料

茶蛋白(TP,≥81.25%)采用先前方法提取(Hao, et al., 2025)。玉米淀粉(CS)购自上海源叶生物科技有限公司(上海,中国)。玉米油由益海嘉里食品工业有限公司(上海,中国)提供。本研究使用的其余所有化学品均为分析纯。

样品制备

无定形化CS-TP复合物参照Guo等(2021)报道的方法制备,并作了轻微修改。简要地,将不同量的TP分散在50

糊化特性分析

图1A展示了含有不同水平茶蛋白的淀粉体系的RVA粘度曲线。随着茶蛋白含量的增加,观察到峰值粘度的显著降低。天然淀粉表现出3524.67 mPa·s的峰值粘度,而加入15%和20%茶蛋白后,峰值粘度分别降至3164.67 mPa·s和2932.33 mPa·s。峰值粘度的降低表明茶蛋白的加入限制了淀粉颗粒的膨胀并阻碍了连续糊化网络的形成

结论

本研究系统阐明了无定形化CS与茶蛋白之间的相互作用机理及其在乳液形成和稳定中的结构作用。结构表征表明,茶蛋白通过分子间相互作用和空间位阻显著破坏了淀粉链的局部有序性和长程结构组织,导致糊化焓降低和分子柔韧性增强。这些结构修饰促进了

CRediT作者贡献声明

宗伟郝:撰写——初稿、方法论、调查、数据整理、概念化。辛然刘:软件、方法论、调查。丽华楚:撰写——审查与编辑、软件、方法论、调查。玉杰罗:正式分析。恒志郭:调查、正式分析。振宇余:监督、资源、项目管理、资金获取。益群杜:监督、资源、项目管理、资金获取、概念化

未引用参考文献

Hao et al., 2025; Hao et al., 2025; Lu et al., 2016; Niu et al., 2017; Wang et al., 2026; Wang et al., 2026; Yang et al., 2020.

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系,这些关系可能会影响本文报告的工作。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系,这些关系可能会影响本文报告的工作。

致谢

本工作得到深圳科技计划(JCYJ20220530150807017)和安徽农业大学稳定和人才引进基金(rc352008, rc352212)的支持。作者感谢实验家实验室(www.shiyanjia.com)在XRD光谱测试方面的协助。
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