由蛋清蛋白构建的耐唾液黑米基复合凝胶:增强口腔加工与吞咽困难友好性能的结构基础

《Food Bioscience》:Saliva-resilient black rice-based composite gels structured by egg white protein: Structural basis for enhanced oral processing and dysphagia-friendly performance

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月01日 来源:Food Bioscience 6.2

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   摘要全谷物谷物是吞咽困难友好食品有前景的成分,但它们的口腔处理稳定性通常因唾液诱导的结构弱化而受损。本研究调查了蛋清蛋白(EWP)对模拟唾液处理前后黑米粉(BRP)复合凝胶的结构组织、流变行为、摩擦学性能和国际吞咽困难饮食标准化倡议(IDDSI)分类的影响。EWP 的掺入显著

  

摘要

全谷物谷物是吞咽困难友好食品有前景的成分,但它们的口腔处理稳定性通常因唾液诱导的结构弱化而受损。本研究调查了蛋清蛋白(EWP)对模拟唾液处理前后黑米粉(BRP)复合凝胶的结构组织、流变行为、摩擦学性能和国际吞咽困难饮食标准化倡议(IDDSI)分类的影响。EWP 的掺入显著增强了 BRP 凝胶网络,表现为向富含β-折叠的蛋白质构象转变,以及与单独 BRP 相比显著更高的储能模量和更大的弹性主导性。模拟唾液处理削弱了所有配方的结构强度。然而,含 EWP 的凝胶保留了相对较高的粘弹性和网络完整性,表明对唾液诱导的弱化具有更大的耐受性。在这些配方中,5% 的 EWP 提供了凝胶强度、内聚性、润滑性能和质地特性的最佳平衡,而过量的 EWP 增加了硬度和粘附性。此外,EWP 将 BRP 凝胶的 IDDSI 分类从第 3 级移至第 5 级,表明其作为吞咽困难友好食品的适用性得到改善。这些结果表明,EWP 介导的结构化提供了一种实用的策略和结构基础,用于设计具有增强口腔处理稳定性和吞咽困难友好性能的全谷物黑米凝胶。

引言

吞咽困难,特征为咀嚼、食团形成或口咽协调受损,增加了营养不良、脱水和吸入性肺炎的风险,特别是在老年人以及患有神经或结构性疾病患者中(X. Liu et al., 2025; Z. Wang et al., 2025)。因此,吞咽困难友好食品被用于调节口腔和咽部处理过程中的食团流动、内聚性和变形。传统的吞咽困难友好配方通常基于淀粉或胶体衍生的增稠剂。虽然这些系统易于制备并能增加表观粘度,但淀粉基增稠剂极易受唾液α-淀粉酶的酶促水解影响,导致口腔处理过程中粘度迅速丧失,从而增加吞咽风险(Sharma et al., 2020)。以胶体为主导的系统,如黄原胶或瓜尔胶,表现出优异的剪切变稀行为和粘度稳定性。然而,它们提供的营养价值有限,并且在长期食用过程中可能会产生不良的口感(Durant, 2008; Mertz et al., 2005; Wei et al., 2021)。这些局限性促使了多组分食品基质的开发,以结合质地控制、营养密度和口腔处理稳定性。
黑米是一种有色全谷物谷物,含有淀粉、蛋白质、膳食纤维、矿物质和多种酚类化合物,尤其是花青素,这赋予了其强抗氧化特性(Ma et al., 2023; Qifa, 2021)。从食品生物大分子角度来看,黑米粉(BRP)是一种富含颗粒的复杂基质,其中淀粉、蛋白质、纤维和非淀粉多糖可能共同影响水结合、糊化、网络形成和机械响应(Das et al., 2023)。然而,仅由 BRP 形成高质量的吞咽困难友好凝胶仍然具有挑战性,因为其复杂成分和异质颗粒结构可能会限制连续、内聚且具有足够可变形性的凝胶网络的发展(Santos et al., 2023)。因此,需要额外的结构化策略来改善 BRP 基凝胶的机械稳定性和口腔处理特性。
蛋白 - 淀粉复合凝胶为此提供了一种有用的策略,因为蛋白质可以通过热诱导展开、聚集、疏水缔合、氢键、静电相互作用和二硫键连接网络形成来重构富含淀粉的基质,从而调节网络连接性和粘弹行为(He et al., 2024; Turgeon & Beaulieu, 2001)。关于吞咽困难友好食品的最新研究表明,蛋白 - 淀粉系统,如乳清蛋白 - 莲藕淀粉和大豆蛋白 - 米淀粉系统,可以提供从可流动基质到自支撑凝胶的可调转变,即使在同一国际吞咽困难饮食标准化倡议(IDDSI)级别内,其独特的润滑行为也可能存在显著差异(Ren et al., 2024; J. Wang et al., 2025)。蛋清蛋白(EWP)是一种具有强热诱导凝胶能力和表面活性的高质量食品蛋白(Lee et al., 2024; Razi et al., 2024)。在热加工过程中,EWP 展开并通过分子间相互作用(包括氢键、疏水相互作用和二硫键形成)聚集,形成三维蛋白网络。这些蛋白网络可以补充 BRP 的淀粉基结构,提高复合凝胶的结构稳定性。因此,BRP-EWP 系统为开发具有平衡硬度、可变形性和口腔处理性能的抗唾液凝胶提供了一种合理的方法。
IDDSI 提供了一个实用框架,用于根据流动、内聚性、勺/叉响应以及与粒径相关的描述符对食品和液体进行分类。然而,IDDSI 测试是定性或半定量仪器筛选工具,而不是对个体患者吞咽安全的直接衡量(Ben Tobin et al., 2020)。因此,对于产品开发,IDDSI 分类应与流变和摩擦学参数一起解读(Ribeiro et al., 2021)。整体流变学描述粘度、粘弹性和抗变形性,这与食团控制和推进有关。摩擦学通过探测顺应性表面之间的摩擦和润滑来补充流变学,当食团在舌头和腭之间被压缩和剪切时,这变得日益重要(Hu et al., 2026; Xu et al., 2022)。
因此,本研究旨在阐明 EWP 在 BRP 复合凝胶结构化中的作用,并建立 EWP 水平、网络组织和与口腔处理相关特性之间的关系。通过顺序糊化和热诱导蛋白结构化制备了含有不同 EWP 比例的 BRP–EWP 凝胶,并在模拟唾液处理前后进行了评估。整合了相互作用相关溶解度、FTIR-ATR、XRD、SEM、稳态剪切、振荡流变、蠕变恢复、摩擦学、质构剖面分析和 IDDSI 测试,以鉴定 EWP 添加如何调节分子相互作用、网络强度、可变形性、润滑和抗唾液口腔处理行为。研究结果建立了将 EWP 诱导的网络组织与 BRP 基复合凝胶中的抗唾液性和口腔处理性能联系起来的结构 - 功能关系,为吞咽困难友好食品设计提供了指导。

章节摘要

材料

黑米购自广东普宁丽湖黑稻种植基地,新鲜鸡蛋购自当地超市(中国广东)。本研究中使用的所有其他化学试剂均为分析纯,并使用蒸馏水(DW)。

黑米粉和蛋清蛋白粉的制备

收获大小和颜色均匀的黑米,使用高速研磨机研磨 5 分钟,并通过 100 目筛筛分获得黑米粉(BRP)。新鲜鸡蛋被分离至

复合凝胶的分子相互作用

分子间力关键性地控制凝胶形成和蛋白 - 淀粉复合物的聚集,包括氢键、疏水相互作用、静电相互作用和二硫键(Liu & Ouyang, 2025)。氢键、疏水相互作用和静电力代表这两种大分子之间频繁发生的非共价相互作用(X. Liu et al., 2025)。如图 1A 所示,与离子相关的绝对蛋白质溶解度增量

结论

本研究表明,EWP 作为富含淀粉的多组分 BRP 基质中的结构组分,建立了网络组织与与口腔处理相关特性之间的组分依赖关系。结构表征和流变分析揭示,适度的 EWP 添加改善了凝胶的微观结构组织和粘弹性能,有助于增强结构稳定性。
模拟唾液处理后,所有凝胶

CRediT 作者贡献声明

Tiancheng Peng: 可视化,方法论,调查。 Shan Xiao: 资源,项目管理,方法论。 Huilan Luo: 写作 - 初稿,方法论,形式分析,数据管理。 zhouyi xiong: 项目管理,调查,资金获取,形式分析,概念化。 Shuiyang Zou: 资源,项目管理,调查。 Jihui Wang: 资源,项目管理,调查,概念化。 Jinwei Liang: 可视化,方法论,

未引用参考文献

Liu et al., 2025; Wang et al., 2025; Xin and Jiang, 2024.

利益声明

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报告的工作。

竞争利益声明

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报告的工作。

致谢

这项工作得到了 广东省高校'生物医药(食品)重点领域研究平台与项目(项目编号 2025ZDZX2076)和 国家自然科学基金(项目编号 32572637)的支持。作者还衷心感谢 东莞理工学院 分析测试中心提供的仪器设施和技术支持。
Zhouyi Xiong|Huilan Luo|Tiancheng Peng|Shan Xiao|Jihui Wang|Jinwei Liang|Shuiyang Zou
中国 广东 东莞 523808 东莞理工学院 生命与健康学院
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