《Food Chemistry》：Network construction and swallowing adaptability of corn starch-fish skin collagen peptides composite gels: roles of starch concentration and amylose content
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摘要本研究探讨了淀粉浓度和直链淀粉相关基质特性如何影响鱼皮胶原蛋白肽（FS）-玉米淀粉复合凝胶的结构、质构和吞咽适宜性。淀粉浓度主要决定了网络的致密化和机械强度，而直链淀粉含量则调控直链淀粉的浸出和老化。蜡质淀粉未能形成自支撑凝胶，而最高直链淀粉体系表现出有限的糊化。增加淀粉
摘要
本研究探讨了淀粉浓度和直链淀粉相关基质特性如何影响鱼皮胶原蛋白肽（FS）-玉米淀粉复合凝胶的结构、质构和吞咽适宜性。淀粉浓度主要决定了网络的致密化和机械强度，而直链淀粉含量则调控直链淀粉的浸出和老化。蜡质淀粉未能形成自支撑凝胶，而最高直链淀粉体系表现出有限的糊化。增加淀粉浓度增强了持水性，限制了水分流动性，并使凝胶网络更加致密。与相应纯淀粉体系相比，在淀粉浓度（4–8%，w/w）下，含4% FS的配方表现出更高的结合水比例和更低的黏结性。在较高淀粉浓度或中等直链淀粉体系中，含FS的配方显示出更不均匀的氢键网络和降低的凝胶稳定性。国际吞咽障碍饮食标准化倡议（IDDSI）测试表明，FS-CS-8%最符合第5级标准，而高固形物或高直链淀粉体系则表现出过高的黏结性和脆性。这些发现为设计吞咽障碍食品提供了指导。
引言
随着全球人口老龄化的加速，与吞咽障碍相关的功能退化和误吸风险增加已日益凸显，进而导致脱水、营养不良和吸入性肺炎等不良后果（Baijens等人，2016）。据预测，到2050年全球65岁及以上人口将大幅增加，开发安全的、吞咽友好的食品已成为迫切需求。国际吞咽障碍饮食标准化倡议（IDDSI）也已建立了针对不同程度吞咽障碍个体的统一术语和分类框架，为质构改良食品的评估和交流提供了国际公认的标准。目前，为吞咽障碍个体设计的食品主要包括均质糊状食品、增稠液体（如稀流质、蜂蜜状和布丁状一致性）以及各种类型的重组软食品（Cichero，2015）。然而，大多数软固体吞咽友好食品主要通过机械破碎或重组工艺实现质地软化，这往往导致内部结构不均匀。Ascrizzi和Piazza（2025）报告指出，在IDDSI同一级别分类下的主要市售软固体食品之间，关键特性如质构和黏结性仍存在显著差异，导致吞咽适应性明显不同。此外，一些质构改良食品（如米粥或肉糜/慕斯类产品）对加工条件和环境因素敏感，口感和结构稳定性欠佳，这进一步限制了其在标准化和可重复的吞咽障碍饮食中的应用（Kwak等人，2021）。相比之下，凝胶类食品因其可塑性和易于形成均质食团的能力，逐渐成为吞咽友好食品的研究焦点。先前的研究利用高纯度肌原纤维蛋白（MP）、向日葵油和菊粉，并进行了吞咽分级评估。然而，此类凝胶体系含有10%的向日葵油，脂肪相可能在低温储存期间缓慢结晶，从而破坏凝胶网络结构，这在一定程度上限制了这些凝胶在吞咽友好食品中的应用（Chen等人，2024）。因此，开发具有可控结构、明确组成和可预测质构行为的凝胶型吞咽友好食品体系，对于提高吞咽安全性和产品适应性具有重要意义。
淀粉基凝胶因其原料来源广泛、成本低廉，且能通过热处理轻松形成连续三维网络，已逐渐成为吞咽友好食品研究中最常用的结构基质之一。为克服单一成分淀粉凝胶的局限性，包括营养密度不足和明显的结构脆性，研究人员开始引入蛋白质与淀粉结合构建复合凝胶体系。先前的研究表明，与单一成分凝胶相比，复合凝胶在开发柔软湿润的吞咽友好食品方面具有更大的潜力（Ren等人，2024）。在此基础上，一些研究进一步尝试通过改变蛋白质的结构状态或引入外源多糖来间接调节淀粉-蛋白质相互作用。Ji等人（2024）利用超声改性大米蛋白和大米淀粉构建了复合软凝胶，发现复合凝胶的吞咽适宜性不仅受配方比例的影响，还与凝胶形成过程中发生的分子间相互作用性质密切相关。类似地，Min、Yang等人（2023）报告称，黄芪多糖可通过影响淀粉糊化行为和氢键模式，显著改变绿豆淀粉-亚麻籽蛋白复合凝胶的网络结构和水分分布。然而，上述研究主要聚焦于蛋白质结构调控或引入外源多糖来改善复合凝胶性能，而对淀粉本身作为蛋白-淀粉复合凝胶主要凝胶相的结构主导作用关注有限。特别是，关于淀粉的分子组成特性如何影响凝胶网络构建途径和最终吞咽性能，仍缺乏系统性理解。最近，Wang等人（2024）采用三维（3D）打印技术，比较了由不同类型淀粉结晶类型与纤维状乳清蛋白构建的复合乳化凝胶（CEGs）的质构特性。结果表明，淀粉类型的变化可显著调控复合凝胶的网络结构和软硬程度。该研究主要基于淀粉结晶类型进行比较；然而，淀粉的关键分子级结构参数（如直链淀粉含量的差异）如何调控凝胶网络形成机制和分子间相互作用过程仍有待进一步阐明。
近年来，鱼皮胶原蛋白肽（FS）因其独特的来源优势和良好的物理化学特性，在食品系统中的应用潜力日益受到关注。作为海洋副产物高值化利用的重要途径，FS富含甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸等有利于凝胶结构形成的氨基酸残基，因此表现出良好的凝胶能力和结构稳定性（Kiplagat等人，2016）。在人体消化过程中，FS可释放多种生物活性肽，从而表现出抗氧化和抗炎活性以及促进组织修复等潜在健康益处（Miao等人，2022）。Choi等人（2021）报告称，生物活性胶原蛋白可促进细胞外基质蛋白的合成，并为内源性胶原蛋白的产生提供必需的氨基酸前体，从而有助于维持肌肉组织完整性和改善整体生理功能。这一特性对于吞咽障碍个体尤为重要，因为他们因吞咽功能障碍而面临肌肉萎缩和营养不良的风险增加，这可以在一定程度上帮助维持肌肉健康和免疫功能。此外，FS分子量相对较低，溶解性好，凝胶化条件温和，赋予其良好的加工适应性和口腔接受性（Jafari等人，2020）。与某些陆地来源的胶原蛋白相比，FS在来源安全性、宗教接受性和可持续性方面也具有某些优势，从而为其在功能食品和质构改良食品中的应用奠定了基础。
基于此，本研究采用固定浓度为4%（w/w）的FS作为蛋白质基质，选择多种直链淀粉含量显著不同的玉米淀粉，在不同淀粉浓度下构建复合凝胶模型体系，以研究恒定FS水平下淀粉浓度和直链淀粉含量不同的淀粉基质的影响。结合IDDSI测试方法和凝胶质构评估，评估不同复合凝胶对吞咽障碍个体的适宜性。同时，通过对凝胶形成和糊化行为、微观结构特征和分子间相互作用的系统分析，探讨淀粉浓度和直链淀粉相关基质特性如何影响淀粉-胶原蛋白复合凝胶的网络构建和质构特性。此外，基于凝胶的流变学行为和持水特性，进一步分析复合凝胶在口腔加工和吞咽过程中的结构特征，从而明确淀粉分子结构参数与吞咽适应性之间的关系。
章节摘要
材料与试剂
鱼皮胶原蛋白肽（FS；蛋白质含量，98%；平均分子量，2.5 kDa）购自青岛朗雅泰集团有限公司（中国青岛）。蜡质玉米淀粉（GS）购自河南恒星科技淀粉有限公司（中国漯河）。普通玉米淀粉（CS）购自南京干思元有限公司（中国南京）。直链玉米淀粉和高直链玉米淀粉（CG55、CG70）购自河南新福旺新材料科技有限公司（中国漯河）。十二烷基钠
外观
如图S1所示，展示了不同体系制备的复合凝胶的倒扣外观。4%纯FS样品未能形成自支撑凝胶。结果表明，GS体系在所有测试浓度下均未形成自支撑凝胶结构。这主要归因于GS几乎完全由支链淀粉组成，而淀粉凝胶形成依赖于糊化过程中直链淀粉的充分膨胀和浸出，随后
结论
本研究表明，在固定FS浓度为4%和常压加热条件下，淀粉浓度和直链淀粉相关淀粉基质特性与玉米淀粉-鱼皮胶原蛋白肽复合凝胶的凝胶化行为、网络结构和吞咽适应性之间存在显著差异。在所测试的体系中，普通玉米淀粉在中等浓度下形成了结构稳定的复合凝胶，而蜡质
CRediT作者贡献声明
吕晓帆：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，可视化，验证，软件，方法学，调查，正式分析，数据管理。刘浩：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，可视化，验证，软件，方法学，调查，正式分析，数据管理。于英涛：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，方法学，调查，正式分析。王金水：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写
利益冲突声明
作者声明，他们不存在可能影响本文报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（编号：32472288、32372400）、中原人才计划——河南省科技创新领军项目（编号：264200510026）、河南省自然科学基金（编号：262300421265）以及河南省高校科技创新团队计划（编号：25IRTSTHN026）的支持。
吕晓帆|刘浩|于英涛|王金水|刘本国
