超声诱导大豆分离蛋白–结冷胶美拉德共轭物与其对应乳液模板油凝胶的相互作用

《Applied Food Research》：The interplay between ultrasound-induced Maillard conjugates of soy protein isolate–gellan gum and corresponding emulsion-templated oleogels

　　

结构化油脂作为替代固体脂肪的新兴方案因健康顾虑而受到关注。研究人员采用超声辅助湿加热美拉德反应加速大豆分离蛋白（SPI）构象变化，按SPI/结冷胶质量比（1:3、1:1、3:1）与反应时间（0、10、20、30 min）制备共轭物并表征。随后以不同油相分数（40%或60%）由共轭物稳定O/W乳液，最终制得乳液模板油凝胶。傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实共轭后氢键增多。1:1比例样品在SDS-PAGE加样孔中残留最多，其糖化度、美拉德中间与终产物、表面疏水性、乳化活性指数（EAI）、乳化稳定性指数（ESI）及界面吸附均最高（1:1>1:3>3:1）。超声空化效应提升局部温度，加速SPI解折叠并暴露胺基，增强与结冷胶碰撞。虽超声改善乳化性质，但过高SPI浓度因乳化剂迁移热力学屏障增大而降低EAI与ESI。超声还因离子斥力增强减小乳液液滴尺寸与ζ电位。油凝胶分两类：I）强凝胶——含40%油且反应10或30 min者，呈固弹行为；II）其余呈弱物理凝胶特性，FTIR确认以氢键主导。该油凝胶可进一步功能化为肉制品或烘焙代脂、涂抹酱及植物黄油。

研究背景与立项依据

传统固体脂肪因富含反式与饱和脂肪酸而增加心血管及认知疾病风险，食品工业亟需清洁标签代脂。油凝胶（oleogel）以热可逆凝胶网络封装液态油，兼具固体脂肪质构又避免反式/饱和脂肪酸生成。小分子凝胶剂存在用量大、部分不可食、成本高及需高温分散导致蜡味与氧化等问题；蛋白质可通过非热间接法（乳液模板法）稳定油凝胶，但植物蛋白如大豆分离蛋白（SPI）因致密球状结构乳化受限。美拉德共轭可改善蛋白溶解性与界面柔性，多糖增黏稳乳，但常规干/湿加热效率低且易生高级糖化终产物（AGEs）。超声空化提供局域高温高压，加速SPI解折叠、暴露ε-胺基，促进与结冷胶羰基碰撞，从而在短时内提升糖化度与功能特性。该研究即在此基础上，以超声辅助湿加热构建SPI–结冷胶美拉德共轭物，进而经乳液模板法制备植物油凝胶，评价比例、时间与油相对凝胶性能的影响。论文发表于《Applied Food Research》。

主要关键技术方法

研究人员以商品化SPI（90%蛋白干基）与结冷胶（200–300 kDa）为材料，设SPI/结冷胶1:3、1:1、3:1（总聚物0.5% w/v），pH 8，85℃水浴中400 W、20 kHz脉冲超声（10 s开/2 s关）处理0–30 min制备共轭物；以葵花籽油40%或60%经高速均质制O/W乳液；乳液?80℃冻结后冻干去除水分得乳液模板油凝胶。表征涵盖糖化度（OPA法）、美拉德中间/终产物（A₂₉₄/A₄₂₀）、SDS-PAGE、FTIR、表面疏水性（ANS探针）、界面张力（Du Noüy环）、EAI/ESI、液滴粒径（DLS与显微）、ζ电位、油结合力（OBC）、质构穿刺及动态流变（应变/频率扫描）。

研究结果

3.1 共轭物

3.1.1 糖化度：糖化度随SPI/结冷胶比呈1:1>1:3>3:1，随超声湿加热时间0→30 min上升（P<0.01）。1:1时蛋白与多糖反应基团匹配最佳；3:1时SPI自聚与胺基过剩抑制碰撞。超声空化促SPI解折叠暴露胺基，加速共价接枝。

3.1.2 美拉德中间与终产物：A₂₉₄（Amadori）与A₄₂₀（类黑精）趋势同糖化度，1:1最高，时间延长产物累积；高结冷胶比黏度大抑动力学，高SPI比聚集遮光降褐变。

3.1.3 SDS-PAGE：非共轭样蛋白入分离胶；共轭后在积层胶顶出现高分子量宽带（>135 kDa）并伴~25 kDa新带，表明共价接枝。1:1样品加样孔与高分子带最深；随时间推延7S的α′/α及11S酸/碱链带减弱，超声较单纯湿加热条带更深，证实接枝度更高。

3.1.4 FTIR：酰胺I/II/III带位移且强度降，1652与1526 cm^-1随反应时间减弱；2900 cm^-1向高波数移；3000–3600 cm^-1的O–H/N–H宽化，提示氢键与新C=O/C=N（Schiff碱、Amadori）生成。1:1样品相关峰最强，β-折叠相对增加、α-螺旋减少。

3.1.5 表面疏水性：未处理SPI最低（~690）；共轭后1:1>1:3>3:1，且0→30 min上升。超声空化暴露埋藏疏水区，但3:1时SPI再聚集重埋疏水斑使值回落。

3.1.6 界面张力：趋势与疏水性反序（3:1>1:3>1:1），1:1最低；时间延长降至最低。解折叠+糖基化提升界面吸附。

3.1.7 EAI与ESI：1:1最高（EAI~数m²/g，ESI~数十min），随时间提升（P<0.01）。结冷胶空间位阻抑SPI聚集；3:1自由蛋白多致迁移能垒高、EAI/ESI降。

3.2 乳液

3.2.1 液滴尺寸：粒径序3:1>1:3>1:1，与时间负相关，与油分数40%→60%正相关。1:1分布单峰最窄；60%油时乳化剂覆盖不足致絮凝/合并。

3.2.2 ζ电位：负值序1:1>1:3>3:1（1:1约?28 mV），随时间更负、60%油更负。胺基耗于美拉德使净负电升，离子斥力稳乳。

3.3 油凝胶

3.3.1 油结合力（OBC）：序同EAI（1:1最高），随时间升、随油分数降。40%油+10/30 min组网络最紧。

3.3.2 质构：硬度/黏附序同糖化度；1:1、40%油、30 min组呈强凝胶。

3.3.3 动态流变：40%油且10或30 min反应者G′>G″且弱频依赖，归为强凝胶（固态弹性）；余者G′略高但具流动，归弱物理凝胶，FTIR示氢键为主。

讨论与结论翻译

讨论指出，超声辅助湿加热较单一加热在更短时间内获更高糖化度与界面功能，因空化协同热效应促SPI解折叠与胺基暴露；SPI/结冷胶1:1为功能最优点，过高蛋白引发自聚、过高多糖增黏限质传。乳液模板法中40%油相更易被0.5%总聚物完全包覆，故成强凝胶；60%油时界面覆盖不全、OBC降。油凝胶以氢键（弱凝胶）或界面蛋白-多糖网络（强凝胶）持油，可作肉/焙烤代脂、涂抹脂及素黄油基料。结论：研究人员证实超声诱导SPI–结冷胶美拉德共轭物可经乳液模板高效结构化植物油；1:1比例、30 min超声湿加热、40%油分对应强凝胶态，该策略为清洁标签代脂提供新路径。