藻蓝蛋白与壳寡糖的相互作用促使蓝色软质小麦淀粉凝胶的形成，进而改变其消化率：将多尺度结构与功能表现联系起来

《Food Hydrocolloids》：Phycocyanin–chitooligosaccharide interactions drive the formation of blue soft wheat starch gels with modified digestibility: Linking multiscale structure to functional performance

　　

摘要

设计具有视觉功能且消化率可调控的淀粉基软凝胶，对于开发质地改良型食品而言具有重要意义。本研究通过添加藻蓝蛋白（浓度为5%和10%）和壳寡糖（浓度为2.5%和5%），制备了蓝色小麦淀粉复合凝胶，并对其形成过程、多尺度结构、物理化学性质以及体外消化率进行了系统研究。藻蓝蛋白使凝胶呈现蓝色至蓝绿色，而壳寡糖则进一步调控其颜色特征。这两种成分还能降低淀粉的糊化粘度及粘度恢复速度，促使凝胶从以淀粉为主的致密网络结构转变为更为松散且结构不均匀的复合结构。结构与热分析结果显示，凝胶的短程有序性、相对结晶度以及糊化焓均有所下降，同时粘弹性减弱，质地强度也降低。此外，藻蓝蛋白和壳寡糖还改变了可消化淀粉的比例，某些复合配方中RDS含量增加，而SDS和RS含量则有所下降。分子对接实验表明，淀粉衍生的葡聚糖链与壳寡糖可能识别藻蓝蛋白表面的部分重叠区域，这为两种成分之间的局部结合及后续结构重组提供了可能的分子机制。总体而言，这些研究结果表明，藻蓝蛋白和壳寡糖可通过因配方不同而产生的结构重组来调控小麦淀粉凝胶的性质，从而为设计具有独特外观、柔软质地且消化率可调控的淀粉基复合凝胶提供了依据。

引言

多组分食品基质的合理设计，已成为开发兼具感官、结构及营养功能食品的重要策略。淀粉因其糊化及冷却过程中的功能行为对周围物理化学环境极为敏感，因而成为此类设计的理想载体。淀粉的吸水能力、颗粒膨胀程度、直链淀粉流失情况、分子重新结合以及网络形成等因素，共同决定了淀粉凝胶的流变特性、质地、水分分布、结构有序性以及酶解敏感性（Yan等人，2024）。然而，传统淀粉凝胶往往存在粘度过高、硬度过大、视觉多样性不足以及消化速度过快的问题，这限制了其在软质食品及功能性食品中的应用（Gallego等人，2022；Gallego等人，2023）。因此，通过多组分配方来调控淀粉的结构，是实现结构与功能协同优化的一种有效途径。

蛋白质、多糖、酚类化合物、脂肪酸以及其他与食品相容的成分，已被广泛用于调控淀粉基基质。越来越多的证据表明，这些成分的作用并非简单叠加，因为水分 availability、分子流动性、相态结构以及成分间的相互作用都强烈依赖于配方组成。我们之前针对淀粉-蛋白质-小分子系统的研究显示，成分的种类、分子特性及其比例会显著影响分子的排列方式、凝胶网络结构、流变特性、水分分布以及淀粉的重新结合现象（Lin、Liang、Zhao、Niu等人，2025；Lin、Liang、Zhao、Zeng等人，2025；Zhao等人，2025）。在淀粉经过改性或引入结构不同的不可溶性膳食纤维后，也观察到了类似的变化（Lin、Zhao、Liang、Zeng等人，2025；Liang等人，2024）。近期关于淀粉-蛋白质-多糖的研究同样表明，引入第三种成分能够显著改变淀粉的糊化过程、分子有序性、微观结构以及凝胶性能，而蛋白质对淀粉回生及消化率的影响则取决于淀粉的分子结构（Cheng等人，2025；Zhuang & Li，2026）。这些研究结果都凸显出多组分调控淀粉性质时强烈的配方依赖性。

壳寡糖是一种低分子量的壳聚糖衍生物，因其氨基和羟基具备水合及非共价结合的能力，因而备受关注。我们之前对比壳寡糖、黄原胶以及刺槐豆胶的研究表明，不同多糖的电荷特性会对淀粉的糊化行为及凝胶网络结构产生差异，其中阳离子型壳寡糖的表现与中性及阴离子型多糖有所不同（Lin、Zhao、Liang、Wang等人，2025）。同样，壳聚糖及其衍生物也能以依赖结构的方式调控淀粉的糊化、流变及质地特性（Zhang等人，2025）。不过，目前大多数相关研究都是针对淀粉-壳寡糖或淀粉-壳聚糖衍生物体系展开的，尚未涉及具有特殊功能的蛋白质成分的共同作用。

在这种背景下，藻蓝蛋白显得尤为有趣，因为它既具有天然蓝色色素的视觉功能，又具备蛋白质类生物聚合物的结构特性。藻蓝蛋白可以与寡糖结合，其产生的结构效应取决于寡糖的化学性质及浓度（Li等人，2025）。近期，藻蓝蛋白也被引入含淀粉的复合水凝胶中，影响了这类凝胶的多尺度结构、流变特性及质地（Jovanovi?等人，2026）。但那类凝胶是基于蛋白质为主体的体系在压力作用下形成的，并未涉及壳寡糖或淀粉的消化问题。因此，藻蓝蛋白在含有壳寡糖的、通过热作用糊化的以淀粉为主体的体系中的行为仍不明确，尤其是藻蓝蛋白与壳寡糖如何共同影响结构有序性，以及这些变化又如何与淀粉的消化过程相关联，目前尚无定论。

因此，本研究的创新之处并不在于简单地将三种成分组合在一起或提出某种新的通用机制，而在于揭示在目前研究较少的藻蓝蛋白-壳寡糖-淀粉体系中，现有的淀粉调控原理是如何发挥作用的。本研究要验证的具体科学假说是“情境依赖的多组分调控机制”，即壳寡糖对淀粉的调控作用是否会因藻蓝蛋白的存在而发生改变。我们假设，同时添加藻蓝蛋白和壳寡糖会引发不同于单独添加任一成分时的多尺度结构变化，而这些由配方决定的变化又会与凝胶力学性能、水分分布以及淀粉消化率的协调变化相对应。为验证这些假设，我们系统比较了含有藻蓝蛋白、壳寡糖或其组合的小麦淀粉凝胶在糊化行为、形态、分子及有序结构、流变与质地特性、水分分布以及体外消化率等方面的差异。本研究旨在明确藻蓝蛋白-壳寡糖-淀粉体系的多尺度结构-性质-消化率之间的关系，同时区分那些有实验依据的发现与仅基于机理推测的结论。

章节节选

材料

小麦淀粉购自中国上海的上海源恩生物科技有限公司，其淀粉纯度为99%，含水量为9.5%，直链淀粉含量为26.7%，灰分含量为0.12%，脂质含量为0.31%，残留蛋白质含量为0.42%。藻蓝蛋白购自中国浙江的GuideChem公司，纯度≥98%，其CAS编号为11016-15-2。壳寡糖购自中国上海的Aladdin Reagent Co., Ltd.，其CAS编号为148411-57-8，分子量≤2000道尔顿。其他所有试剂及

凝胶形成与糊化特性

淀粉的糊化特性对于理解凝胶的形成过程至关重要，因为它反映了淀粉颗粒在加热和冷却过程中的水合、膨胀、破裂、分子流失以及重新结合等行为。PV表示淀粉颗粒的最大膨胀能力，TV和BD则反映了热糊或剪切条件下的稳定性，而FV和SB则与冷却过程中的粘度恢复以及短期分子重新结合密切相关。PT和GT则进一步描述了相关过程的动力学特性

结论

本研究探讨了藻蓝蛋白和壳寡糖对糊化小麦淀粉凝胶的形成、结构演变、物理化学性质以及消化率的影响。研究结果表明，藻蓝蛋白使凝胶呈现蓝色至蓝绿色，而壳寡糖则在不同配方中进一步调控了凝胶的颜色深浅。在凝胶形成过程中，添加藻蓝蛋白和壳寡糖会降低淀粉颗粒的膨胀程度、糊化粘度以及粘度恢复速度

作者贡献声明

魏亮：写作——审稿与编辑，写作——初稿撰写，结果验证，研究指导，软件使用，项目管理，方法设计，实验实施，资金获取，正式分析，数据整理。马拉特·穆拉特汗：写作——审稿与编辑。黄旭辉：正式分析，数据整理。秦雷：写作——审稿与编辑，结果验证，研究指导，项目管理，资金获取。文成荣：写作——审稿与编辑，数据整理

未引用参考文献

Buecker等人，2025；Fontes-Candia等人，2025；韩某等人，2024；李某等人，2024；Lin等人，2025；Lin等人，2025；Lin等人，2025；刘某等人，2025；?trkalj等人，2025；苏某等人，2026；王某等人，2024；张等人，2025；张等人，2025；赵某等人，2025；钟某等人，2024；Zhuang与Li，2025。

利益冲突声明

作者声明在本研究中不存在任何财务或其他利益冲突，且本研究的数据未在其他地方发表。

致谢

本研究得到了大连工业大学科研启动基金（项目编号：LJBKY2026038）、辽宁省“揭榜挂帅”科技项目（项目编号：2023JH1/11200001）以及大连星海湾实验室计划（项目编号：Djswgj202401）的支持。

魏亮|黄旭辉|马拉特·穆拉特汗|文成荣|秦雷

中国辽宁省大连市116034，大连工业大学，食品科学与技术学院，海洋食品加工与安全控制国家重点实验室，海水产品国家工程研究中心