热诱导木薯淀粉/酵母蛋白复合凝胶用于质地改良食品设计：组分比例对蛋白填充淀粉网络凝胶强度、粘弹性和微观结构的影响

《Food Research International》：Thermal-induced tapioca starch/yeast protein composite gels for texture-modified food design: effect of component ratio on gel strength, viscoelasticity and microstructure of protein-filled starch network

　　• 木薯淀粉 (TS)/酵母蛋白 (YP) 比例调节凝胶强度和流变学特性。• 95%TS/5%YP 凝胶显示出最高的凝胶强度、G′、G″和网络密度。• 较低的 TS 比例 (70%–90%) 导致凝胶强度降低和网络疏松。• 在 95%TS 时，YP 通过填充淀粉网络中的空隙充当结构增强剂。• 在 70%–90%TS 时，过量的 YP 通过空间位阻充当网络破坏剂。**引言**全球人口老龄化正在加速。2024 年，在 63 个人口已达到峰值的国家中，老年人占人口总数的 17% 以上，预计到 2070 年，这一比例在全球范围内将接近 20%（联合国，2024）。吞咽困难在老年人中非常普遍，影响约 30–50% 的此类人群，并增加了营养摄入不足、误吸相关并发症和生活质量受损的风险（Anderson & Thomas, 2020; Li et al., 2025）。因此，开发具有可控机械性能的营养适宜食品对于吞咽困难的管理变得越来越重要。软凝胶特别受质地改良食品设计的关注，因为其变形、内聚性和结构完整性可以被定制，以提供理想的口腔处理和质地特性（Ren et al., 2024; Salmi et al., 2022）。在各种结构策略中，淀粉 - 蛋白质复合凝胶提供了一个多功能平台，其中宏观质地受多种物理化学过程支配，包括淀粉糊化和链缠结、蛋白质聚集以及淀粉和蛋白质分子之间的相互作用（Kadival et al., 2023; Min et al., 2022）。因此，理解和控制这些相互作用是合理设计质地改良凝胶系统的核心。植物和动物来源的蛋白质通常被掺入淀粉基凝胶中，以改善其营养和结构特性。然而，它们的功能性可能因蛋白质来源和加工条件而有很大差异。某些植物蛋白质由于其致密结构和抗营养因子的存在，显示出相对有限的消化率或可及性，而动物蛋白质在热加工过程中可能会发生显著的构象变化、聚集或功能性丧失（López-Barón et al., 2017; Rachman et al., 2023; Zhang et al., 2021）。源自微生物生物量的酵母蛋白 (YP) 最近因其良好的氨基酸组成、相对较高的消化率、加工稳定性以及在资源高效生产方面的潜在优势而作为替代食品蛋白质受到越来越多的关注（Guo et al., 2024; Sheng et al., 2025）。YP 也被掺入基于淀粉和多糖的结构系统中，在其中它可以修饰机械性能、流变行为、可打印性和营养输送特性（Gao et al., 2025; Kong et al., 2025）。然而，YP 的致密分子结构可能会限制广泛的蛋白质 - 蛋白质缔合并限制其独立发展连续凝胶网络的能力（Gao et al., 2025）。因此，其在复合凝胶中的功能性可能强烈依赖于与淀粉基质的相互作用。鉴于淀粉来源强烈影响凝胶网络的形成和质地（Rasul et al., 2027），由于 TS 具有高支链淀粉含量（约 82–83%）、显著的膨胀和糊化行为以及相对较低的回生倾向，有利于形成柔软且内聚的凝胶基质，因此选择了 TS（He et al., 2024; Yuliarti et al., 2021）。先前的研究进一步表明，TS 可以显著影响多组分食品基质的紧密性、连续性和机械性能（Rasul et al., 2027）。这些特性为结合 TS 和 YP 提供了物理化学基础，但它们本身并没有建立两种组分在热凝胶形成过程中的相互作用方式。尽管对微生物蛋白质作为功能性食品配料越来越感兴趣，但 YP 在淀粉主导的凝胶网络中的作用仍然表征不足。特别是，TS/YP 比例的变异如何改变淀粉糊化、蛋白质聚集和淀粉 - 蛋白质相互作用的相对贡献，以及这些分子和超分子变化如何转化为所得凝胶的流变学、持水性、微观结构和机械性能，仍然不清楚。因此，我们假设 TS/YP 质量比通过修饰分子间相互作用（特别是氢键）来调节热诱导复合凝胶的形成，从而改变网络组织和宏观凝胶性能。为了检验这一假设，制备了质量比从 100:0 到 70:30 的 TS/YP 复合凝胶，并系统表征了凝胶强度、持水力、糊化和热性能、流变行为以及微观结构。通过建立配方、分子间相互作用、网络架构和整体凝胶性能之间的关系，本研究旨在阐明 TS/YP 复合凝胶的结构机制，并为开发可能对吞咽困难管理有潜在相关性的质地控制食品提供物理化学基础。**材料**YP（粗蛋白≥80%，干基）购自安琪酵母股份有限公司（中国宜昌）。根据供应商信息，其固有的黄褐色外观可能与原料特性和加工条件有关。原生生 TS 购自杭州星普淀粉有限公司（中国杭州）。如我们之前的研究报道（Li et al., 2022），其碳水化合物、粗蛋白、脂质和灰分含量分别为 99.7%、0.1%、0.1% 和 0.1%（w/w，干基）。**外观**图 1A 显示，热处理和冷却后，所有配方均形成了自支撑凝胶，倒置后没有可见流动即为证据。所得的半固体结构与糊状或液体系统不同，进一步证实了在所有测试的 TS/YP 比例下均形成了内聚凝胶基质。**颜色**如图 1B 所示，100%TS/0%YP 凝胶（纯 TS 凝胶）呈现半透明和乳白色，而其他复合凝胶表现出轻微的黄色色调，**结论**本研究证明，调节 TS/YP 质量比可有效调节所得凝胶的质地特性。在低 YP 比例下（95%TS/5%YP 凝胶），YP 可能有助于网络增强，可能是通过填充淀粉凝胶基质内的空隙。这与更致密的总体结构、加强的凝胶网络以及增加的断裂力和凝胶强度相关。然而，即使在这种增强水平下，YP 和 TS 之间可用水的竞争**CRediT 作者贡献声明****邹志宇:** 写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，软件，调查，形式分析。**杨逸倩:** 方法论，数据整理，概念化。**陈杰灵:** 软件，方法论，概念化。**杜明:** 软件，方法论，概念化。**陆可可:** 软件，方法论，概念化。**孔亚秋:** 软件，方法论，概念化。**李旭旭:** 写作 – 审阅与编辑，可视化，监督。**黄琪林:** 写作 – 审阅与编辑，可视化，**利益冲突声明**作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。**致谢**本研究由国家重点研发计划（2021YFD2100100）提供资金支持。邹志宇 | 杨逸倩 | 陈杰灵 | 杜明 | 陆可可 | 孔亚秋 | 李旭旭 | 黄琪林