由蛋白质纤维 - 海藻酸钠复合物稳定并由甘油解脂质增强的温响应脂肪组织模拟物

《Food Hydrocolloids》:Thermo-responsive adipose tissue mimetics stabilized by protein fibril-sodium alginate complex and enhanced by glycerolysis lipids

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月20日 来源:Food Hydrocolloids 13.8

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   摘要:植物基脂肪模拟物作为动物脂肪更健康、可持续的替代品,其需求日益增长。然而,目前的乳液凝胶在复制动物脂肪组织的热行为方面 inherent 局限性。在本研究中,调查了豌豆蛋白原纤维 (PPF) 和海藻酸钠 (SA) 复合物在制备由甘油解棕榈油液 (PO) 增强的脂肪组织模

  

摘要:

植物基脂肪模拟物作为动物脂肪更健康、可持续的替代品,其需求日益增长。然而,目前的乳液凝胶在复制动物脂肪组织的热行为方面 inherent 局限性。在本研究中,调查了豌豆蛋白原纤维 (PPF) 和海藻酸钠 (SA) 复合物在制备由甘油解棕榈油液 (PO) 增强的脂肪组织模拟物方面的潜力。质量比为 10:3 的 PPF-SA 复合物与非原纤维化复合物相比,表现出优异的界面活性和更高的热降解温度。冷冻扫描电子显微镜揭示,PPF-SA 复合物共存于油滴周围,形成类细胞外基质网络,并提供热响应弹性特性。优化油/水比和 Ca2+ 浓度赋予乳液稳健的网络架构。甘油解脂质提供了热软化行为,其中较高的单酰甘油 (MAG) 含量有效地降低了界面张力和乳液油滴尺寸。这种减少进而增加了 PPF-SA 网络内的可用交联位点,并显著增强了持油性和冻融稳定性。本研究表明,PPF-SA 结合甘油解脂质形成了模拟猪背脂热响应行为的交联和结晶网络。

引言

在肉类产品中,脂肪不仅是必不可少的能量来源,还由于其独特的结构组织和热相变行为,对多感官风味和质地起着关键作用 (Lee et al., 2024)。然而,目前全球动物脂肪的消费加剧了与碳排放、土地利用和生态可持续性相关的环境负担。此外,过量摄入饱和脂肪与肥胖、2 型糖尿病和心血管疾病发病率的增加密切相关,构成了重大的公共卫生风险 (Wood et al., 2024)。在这些担忧的推动下,人们对减少热量摄入并最大限度地减少饱和或反式脂肪酸的植物基脂肪组织模拟物产生了日益增长的兴趣 (Y. Xie et al., 2022)。
猪脂肪组织中的细胞内脂肪由充满固体脂质并被胶原质细胞外基质包围的脂肪细胞组成。这两种结构为脂肪组织模拟物的热响应行为提供了结构基础,包括热弹性和热软化行为 (Wijarnprecha, Gregson, et al., 2022)。为了实现有效替代,由植物多糖、蛋白质和脂质构建的植物源乳液凝胶被认为是一种有效策略,因为它们可以形成由连续凝胶基质支撑的油滴嵌入结构 (Y. Wang et al., 2026)。然而,通常报道的含多糖系统,如琼脂糖、果胶或黄原胶等,主要依靠可逆非共价相互作用稳定,包括氢键、静电相互作用、链缠结或螺旋聚集。这些物理交联网络在加热过程中发生链运动性和结构重排,导致网络松弛,无法为塑性流变行为提供足够支撑 (Czapalay & Marangoni, 2024)。
海藻酸钠 (SA) 被广泛用作乳液凝胶中的有效凝胶多糖,其凝胶机制与物理交联网络的机制不同。通过 Ca2+ 诱导的其 α-L-古龙糖酸嵌段上羧基的离子配位交联,它通过经典的“蛋盒”模型形成稳定的三维凝胶网络。(Donati & Christensen, 2023)。先前的研究表明,天然大豆蛋白和 SA 通过协同稳定油滴和增强连续凝胶网络结构来提高热稳定性 (Ye, Sun, et al., 2025)。然而,加热可诱导天然蛋白质的展开、聚集或界面重排。这些结构改变损害了加热过程中的界面膜稳定性,从而促进油滴融合并导致脂质不受控制地释放 (Mosselman et al., 2025)。因此,天然蛋白质的热变性限制了 SA 在模拟物中的应用。蛋白原纤维作为一种纤维状蛋白聚集体,其特征是具有丰富氢键的高长径比纳米结构。它们作为界面膜的优异结构稳定剂并强化水凝胶基质 (Jiang et al., 2025)。SA-乳清蛋白原纤维复合物促进形成具有高增强乳液粘度的致密三维网络 (Cheng et al., 2026)。我们最近的研究表明,豌豆蛋白原纤维 (PPF) 对 κ-卡拉胶具有显著更高的结合亲和力,能够在加热下促进脂质结晶并增强界面稳定性 (B. Hu et al., 2026)。这一发现提供了 PPF 和多糖增加界面稳定性的可行途径。然而,SA 与 PPF 的复合作用,特别是关于界面膜构建及其对连续凝胶基质的影响,研究仍不充分。
此外,细胞内固体脂质构成热 - 流变特性的另一个关键结构决定因素。加热过程中固体脂质的熔化有助于软化和润滑。此外,掺入凝胶基质的固体脂质可能调节油滴堆积,从而改变网络致密度 (Lu et al., 2019)。酶法甘油解棕榈油液 (PO) 因其在增加熔点以产生更接近猪脂肪的熔融曲线,同时不改变 PO 有利的不饱和与饱和脂肪酸平衡而备受关注 (Nicholson & Marangoni, 2022)。酶法甘油解通过产生单酰甘油 (MAG) 和二酰甘油 (DAG) 来增加固体脂肪含量,据报道,与传统的三酰甘油 (TAG) 相比,它们改善了餐后脂质代谢和功能脂质基软材料 (Nicholson & Marangoni, 2021)。在乳液凝胶中,MAG/DAG 可吸附在油 - 水界面,冷却时形成的结晶层抑制油滴聚结,并通过“活性填料”效应增强凝胶刚性 (P. Xie et al., 2026)。然而,关于 MAG/DAG 在交联网络中作用的研究仍然有限。特别是,对油滴堆积、热 - 流变行为和加热稳定性的影响仍需进一步阐明。
因此,本研究提出了一种基于 PPF、SA 和甘油解 PO 基乳液凝胶制备脂肪组织模拟物的策略。我们假设 PPF 和 SA 形成的复合物能够形成稳定的界面膜,并且 Ca2+ 诱导的 SA 凝胶化可以构建围绕缓慢熔化的表面活性甘油解 PO 油滴的细胞外网络,从而模拟热 - 流变特性并增强脂肪组织模拟物的热稳定性。在本工作中,系统地表征了 PPF 和 SA 的复合作用机制,以及不同配比的影响。此外,通过评估界面特性和热 - 流变曲线,探索了甘油解 PO 中 MAG/DAG 比率的影响。本研究为制备具有烹饪过程中可比软化行为的功能性猪背组织模拟物提供了关键见解。

章节摘要

材料

豌豆蛋白分离物 (PPI, 纯度 >80.00%) 购自上海源叶生物科技有限公司 (上海,中国)。海藻酸钠 (SA) 购自麦克林生化科技有限公司 (上海,中国)。棕榈油液 (PO) 由益海嘉里食品工业有限公司供应,上海,中国。甘油购自西格玛奥德里奇 (上海) 贸易有限公司,(上海,中国)。诺维酶 435 (固定化南极假丝酵母脂肪酶 B) 购自诺维酶生物技术有限公司 (广州,

复合物的浊度、形态和 Zeta 电位

采用浊度测量和透射电镜观察来表征蛋白 -SA 复合物的聚集状态。如图 2A 和 B 所示,PPI 溶液显示出 0.37 的浊度,并含有由球形或棒状颗粒组成的聚集体。相比之下,PPF 溶液显示出较低的 0.18 浊度,并含有大量高长径比的半柔性原纤维,其中一些堆积成纤维状聚集体。这一现象归因于

结论

总之,本研究系统调查了 PPF-SA 复合物结合甘油解 PO 结构化脂质在制备脂肪组织模拟物中的应用。PPF-SA 复合物通过强静电、疏水和氢键相互作用形成。PPF 提供了优异的界面活性,而与 SA 复合增强了界面水化并减少了空间位阻,进一步促进了界面活性。此外,

CRediT 作者贡献声明

胡冰杰:写作 - 审阅与编辑,写作 - 初稿,方法论,数据管理,概念化。李怡盈:写作 - 审阅与编辑。党科:方法论,数据管理。王永:监督,概念化。陈代文:写作 - 审阅与编辑。邱超英:监督,资源,项目管理,资金获取,形式分析,概念化

未引用参考文献

Chen et al., 2025; Santamaría et al., 2025; Wang et al., 2019; Wang et al., 2024; Wijarnprecha et al., 2022; Ye et al., 2025; Zhang et al., 2025.

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可能影响本文中报告的工作。

致谢

感谢 国家重点研发计划 (2024YFE0214900), 国家自然科学基金 (32572478), 山东省重点研发计划,中国 (2024CXGC010914), 以及 广东省基础与应用基础研究基金 (2025A1515012832) 的资金支持。
胡冰杰 | 党科 | 李怡盈 | 陈代文 | 王永 | 邱超英
中国 - 马来西亚一带一路油料加工与安全联合实验室,食品科学与工程学院,暨南大学,中国广东省广州市 510632
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