《Food Chemistry》：Effect of low-temperature treatment on the physicochemical, interfacial, and foaming properties of wheat gliadin nanoparticles
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•经过-80°C处理后，泡沫的稳定性提高了27%。•麦醇溶蛋白纳米颗粒可以作为充气食品的有希望的稳定剂。•麦醇溶蛋白纳米颗粒在所有处理过程中都能保持其球形。•-80°C处理下，形成的胶膜更具有粘弹性，泡沫层也更厚。引言泡沫是许多食品中的关键结构成分，包括打发的配料、蛋白酥皮和充气
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经过-80°C处理后，泡沫的稳定性提高了27%。
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麦醇溶蛋白纳米颗粒可以作为充气食品的有希望的稳定剂。
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麦醇溶蛋白纳米颗粒在所有处理过程中都能保持其球形。
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-80°C处理下，形成的胶膜更具有粘弹性，泡沫层也更厚。
引言
泡沫是许多食品中的关键结构成分，包括打发的配料、蛋白酥皮和充气甜点，它们赋予食品质地、外观、气泡结构以及体积。然而，由于泡沫在热力学上不稳定，因此在加工和储存过程中保持其稳定性是一个重大挑战。泡沫的稳定性受空气-水界面相关过程的影响，包括吸附、排水、聚集和歧化反应，这些过程共同决定了泡沫的寿命。因此，开发有效的食品级泡沫稳定剂在食品工业中受到了广泛关注。蛋白质常被用作发泡剂和稳定剂，因为它们容易在空气-水界面吸附，降低表面张力，并形成防止泡沫塌陷的粘弹性薄膜（Narsimhan & Xiang, 2018; Quester et al., 2017）。最近，胶体蛋白颗粒作为分子蛋白质的替代品出现了，因为含有颗粒的界面可以形成更厚、机械强度更高的界面层，从而提供更强的抗排水和抗聚集能力（Dickinson, 2017; Fameau et al., 2023）。这些特性凸显了它们作为基于颗粒的泡沫稳定剂的巨大潜力。
麦醇溶蛋白是一种具有良好表面活性的两亲性小麦蛋白；然而，其在接近中性pH值时的水溶性较差，限制了其在许多食品系统中的直接应用（Wang et al., 2024）。反溶剂沉淀法已被证明是一种有效的方法，可以将麦醇溶蛋白转化为分散性良好的胶体麦醇溶蛋白纳米颗粒（GNPs），这些颗粒在保持强烈界面活性的同时，还提高了水溶性（Feng et al., 2015; Joye et al., 2015b; Wu et al., 2014）。先前的研究表明，GNPs具有出色的发泡性能和pH依赖性的界面行为，包括在空气-水界面上的快速吸附以及形成粘弹性界面膜（Moraveji et al., 2022; Peng et al., 2017, Peng et al., 2018; Wouters et al., 2020）。
在实际的食品系统中，泡沫和泡沫稳定颗粒在储存、运输和加工过程中通常会受到冷冻和冷藏条件的影响（Wang et al., 2014）。低温暴露会重新分配水分，在未冻结相中浓缩溶质，并改变蛋白质间的相互作用，从而改变颗粒的聚集状态和界面功能。相关研究表明，冷冻储存会改变小麦麦醇溶蛋白的发泡性能，而低温也会影响其他植物蛋白系统（如大豆蛋白分离物）的微观结构和功能（Acosta-Domínguez et al., 2021）。之前，Wang等人（2014）发现冷冻储存会改变麦醇溶蛋白的发泡特性。然而，他们的研究主要集中在天然蛋白质系统上，而不是胶体蛋白颗粒。目前尚不清楚低温处理是否会改变GNPs的物理化学性质，以及这些变化在恢复到室温后如何影响其界面行为和发泡性能。
因此，本研究考察了低温处理（4°C、0°C、-20°C、-40°C和-80°C）对GNPs的物理化学性质、界面性质和发泡性能的影响，以25°C下新鲜制备的样品作为未处理对照。我们假设低温处理后解冻会重新组织GNPs，从而改变界面膜的形成和泡沫稳定性。为了验证这一假设，系统地检测了颗粒大小、Zeta电位、形态、疏水性、FTIR光谱、表面张力、界面扩展流变学和泡沫性能，以建立结构变化与功能性能之间的联系。本研究的新颖之处在于全面分析了低温对麦醇溶蛋白纳米颗粒在颗粒-界面和泡沫尺度上的变化。这些发现将为下一代充气食品系统（如慕斯、打发配料、冷冻甜点和饮料）中GNPs的应用提供机制基础。
章节摘要
材料
从河南凤丘的华锋粉末有限公司购买了市售的小麦面筋（食品级，蛋白质含量77.5%），用于提取麦醇溶蛋白。其他化学品如盐酸、氢氧化钠、二氯甲烷、蒸馏乙醇（99.7%）等均为分析级，购自中国上海的药华化工试剂有限公司。使用Milli-Q系统制得的去离子水（浓度为72.8±0.2 mN/mL，25°C时电阻率为18.2 MU cm）用于实验。
外观
GNPs的外观如图S2所示。新鲜制备的GNPs在不同pH值（初始pH为5.7）下呈现浅蓝色，并具有典型的丁达尔效应，证实了麦醇溶蛋白纳米颗粒的胶体性质（图S2a）。这一观察结果与反溶剂沉淀法形成的分散良好的麦醇溶蛋白纳米颗粒一致，其中溶剂极性的快速变化促进了麦醇溶蛋白自组装成纳米颗粒。
结论
本研究表明，在测试条件下，低温处理可以调节小麦麦醇溶蛋白胶体颗粒的发泡性能和界面行为。在-80°C处理的GNPs形成了稳定的泡沫，具有最长的泡沫半衰期、更厚的气泡层和更强的抗气泡聚集能力。虽然较低温度处理对发泡性没有显著影响，但经过-80°C处理的GNPs的泡沫半衰期比新鲜制备的GNPs延长了27%。
作者贡献声明
Muhammad Asif Ismail：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，数据可视化，方法学研究，数据分析。Tianxu Liu：软件开发，方法学研究。Ying Jiang：撰写 – 审稿与编辑，数据分析。Abel Wend-Soo Zongo：数据分析，撰写 – 审稿与编辑。Mohamed Eid：数据分析。Jing Li：数据分析。Bin Li：结果验证，项目监督，资金筹集，概念构思。
资助
本研究得到了中国陕西省重点研发计划（2024NC-GJHX-11）和中国山东省泰山学者计划（编号tstp20240831）的财政支持。第一作者还感谢中国国家留学基金委提供的博士学位奖学金。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报道工作的财务利益或个人关系。
Muhammad Asif Ismail|Tianxu Liu|Ying Jiang|Abel Wend-Soo Zongo|Mohamed Eid|Jing Li|Bin Li
