利用温控超声化制备琥珀酰化紫菜蛋白-海藻酸钠复合颗粒用于形成高内相Pickering乳液凝胶作为植物基脂肪类似物

《Ultrasonics Sonochemistry》：Succinylated nori Protein–Alginate complex particles prepared using Temperature-Controlled ultrasonication for the formation of high internal phase Pickering emulsion gels as plant-based fat analogues

　　

超声空化将聚集体破碎为更小、均匀分散的颗粒，具有更优乳化能力。琥珀酰化修饰提高紫菜蛋白（nori protein, NP）亲水性并改变其空间结构。琥珀酰化紫菜蛋白-海藻酸钠（succinylated nori protein-sodium alginate, SNP-SA）致密堆积的两亲性颗粒形成高度稳定且分散的高内相Pickering乳液（high-internal-phase Pickering emulsion, HIPPE）。HIPPE进一步与CaCl2交联工程化为凝胶。该凝胶具有优异质地特性与更高弹性，类似于动物脂肪组织。具脂滴的凝胶微观结构有模拟动物脂肪细胞的良好能力。

研究背景与立项依据

动物脂肪虽赋予肉制品特征风味与口感，但其高饱和脂肪酸含量与畜牧生产的环境负荷促使学界寻求健康可持续的脂肪类似物。现有策略如氢化、酯交换或单一蛋白/多糖基类似物，常伴随反式脂肪酸、胃肠不适或界面润湿性不足等问题。高内相Pickering乳液（HIPPE，内相体积分数>74%）可将液态植物油结构化为固/半固态体系，保留不饱和脂肪酸且为清洁标签方案，但传统陆生植物蛋白存在与粮争地、本征强疏水、接触角偏离90°及储存稳定性差等瓶颈。紫菜（Porphyra yezoensis）作为高产红藻，其蛋白（NP）资源丰富但未在乳液体系中充分开发。研究人员以琥珀酰化改性克服NP界面性能缺陷，结合海藻酸钠（sodium alginate, SA）形成二元复合颗粒，利用温控超声化调控颗粒尺寸与构象，构建SNP-SA稳定的HIPPE并经CaCl₂交联成凝胶，以模拟动物脂肪组织，该成果发表于《Ultrasonics Sonochemistry》。

主要关键技术方法

研究人员从市售紫菜以超声辅助碱溶酸沉法提取NP，经琥珀酸酐改性获得SNP；将NP/SNP与pH 7.0超声预处理SA按质量比1.5:1复合，调pH至2.0再回调至7.0，于50°C、450 W超声30 min制备复合颗粒（NS为NP-SA，SS为SNP-SA）。以75% (w/w)亚麻籽油为内相、3% (w/w)颗粒（蛋白-多糖质量比1:5）构建HIPPE，浸入0.1 mol/L CaCl₂ 48 h交联成凝胶。表征手段涵盖Zetasizer粒径与ζ电位、FTIR（PeakFit拟合酰胺I带二级结构）、XRD（MDI Jade 9）、CLSM（FITC/Nile Red双染）、Cryo-SEM、接触角分析仪测三相接触角、悬滴法界面张力、DHR-1流变仪（应变/稳态/频率扫描）、TA-CT3质构与TPA、TG-DSC、5次冻融析水率；以瘦猪:背膘8:2肉饼为样本队列，设背膘替代0/25/50/75/100%五组，煎至中心72°C，由15名受训评价员进行感官量化。

研究结果

3.1 原生与琥珀酰化蛋白表征

Bradford法测得NP粗提率19.0±0.79%、纯度73.68±0.97%；10%酰化试剂下琥珀酰度74.37±1.2%。氨基酸分析显示Lys为琥珀酰主位点，疏水氨基酸占比NP 46.07%、SNP 48.11%，组成未变而表面电荷与构象改变；SS复合后接触角趋近90°，证实两亲性提升。

3.2 Pickering复合颗粒表征

3.2.1 超声条件对粒径与ζ电位影响

450 W、30 min时NS粒径3616.89±48.22 nm降至最小，SS为2569.76±27.19 nm；空化剪切破聚。超声后NS ζ电位由-42.37 mV降至-36.11~-37.25 mV，SS由-42.70 mV降至-33.43~-37.41 mV，SS降幅更大，因琥珀酰基团使构象对超声更敏感、表面负基暴露重排。

3.2.2 不同颗粒粒径与电位比较

pH 1蛋白（+）与pH 7 SA（-）静电复合；SNP与SS负电更高、粒径更小，静电斥力抑聚，SNPE稳定性优于NPE。

3.2.3 FTIR分析

酰胺I带界面吸附态红移（1519.9、1631.8 cm^-1），琥珀酰引酰胺I蓝移、II/III红移，3500-3200 cm^-1峰窄化证N-H转C-N共价琥珀酰，确证NP-SA结合。

3.2.4 二级结构含量

琥珀酰后β-折叠降，α-螺旋/β-转角升；与SA复合后β-转角/无规卷曲增，柔性提升。α-螺旋关联分子内柔性、β-折叠关联分子间稳定，柔性增强利界面铺展。

3.2.5 XRD分析

宽幅非晶晕~20°，NP结晶峰20.44°、SNP 19.81°、NS 21.67°、SS 20.76°；琥珀酰与SA引入使晶格重排，NS/SS衍射角升高伴NaCl尖峰（pH调节盐引入），证有序度增。

3.3 Pickering乳液微观结构

3.3.1 Cryo-SEM分析

CLSM见连续相颗粒在油滴表聚集；Cryo-SEM截面上SNP-SA成核壳紧裹油滴，壳层更密匀。

3.3.2 CLSM图像

储10 d后NSE/SSE无相分离，NPE/SNPE分层，SAE出油；SNPE滴径小于NPE，SSE滴径小于NSE且排列有序，复合颗粒ζ电位30-60 mV提供斥力。

讨论与结论翻译

讨论指出，琥珀酰化引入羧基提升NP负电密度与亲水性的同时，与SA通过静电复合形成核壳两亲颗粒，三相接触角近90°优化界面锚定；温控超声（50°C、450 W、30 min）借空化破聚使SS粒径~2.57 μm、分布均一。由此稳定的75%油相HIPPE经CaCl₂交联后凝胶弹性与动物脂肪接近，冻融5循环析水率低，TG-DSC显示热稳定；肉饼中100%替代猪背膘时感官硬度、多汁性与切面平滑度无显著劣化。结论：研究人员成功以琥珀酰化紫菜蛋白-海藻酸钠复合颗粒联合温控超声构建高稳定HIPPE凝胶，作为海洋源可持续植物基脂肪类似物可模拟动物脂肪细胞态微观结构与质地，为植物肉脂肪相设计提供新路径。