没食子酸调节玉米肽 - 魔芋葡甘聚糖凝胶中网络结构、持水性和抗氧化功能之间的平衡

《Food Hydrocolloids》：Gallic acid modulates the balance among network structure, water stability, and antioxidant function in corn peptide-konjac glucomannan gels

　　

摘要

植物基凝胶日益需要在机械完整性、水分稳定性与生物活性之间取得平衡，然而大多数设计仍依赖完整蛋白质，其折叠或聚集结构限制了分子的可达性。玉米肽（CP）提供了一条独特但尚未充分利用的途径：一种短链、可移动且化学暴露的植物肽组分，具有内在抗氧化潜力，但单独构建自支撑网络的能力有限。本研究将CP视为魔芋葡甘聚糖（KGM）骨架中一种相互作用活性、网络调节组分，并考察没食子酸（GA）浓度如何将肽相关的反应性转化为宏观凝胶性能。GA以浓度依赖的方式调节CP-KGM基质。在0.3% GA时，凝胶兼具低渗析率、冻融水分损失低、水分弛豫时间较短、黏合性高、应力松弛快以及微观结构连续性更强等特征。更高的GA水平进一步增强了ABTS和总抗氧化容量（T-AOC）响应，但与更大的操作性疏水缔合指数及降低的网络均匀性相关。操作性提取指数和FTIR变化与非共价缔合的浓度依赖性重组一致。在简化的对接模型中，两个代表性CP片段分别产生了-4.3和-3.7 kcal/mol的对接得分，而KGM寡聚物在各自对接设置下产生了-2.9 kcal/mol的得分。这一描述性模式表明可能存在一种以肽为偏向的相互作用倾向。因此，提出以肽偏向缔合作为工作模型，用于解释GA如何将富含肽的域与富含KGM的环境耦合。这些发现确认了CP作为一种反应性植物肽组分，并建立了一张以性质依赖为基础的配方图谱：0.3% GA有利于水分稳定性、黏合性、应力耗散与微观结构连续性的综合组合，而更高GA水平则有利于体外抗氧化输出。

引言

食品凝胶不再仅仅被设计为提供形状和质地。在植物基和功能食品中，凝胶基质日益被期望在单一配方中同时实现水分稳定、耐受加工应力、提供可接受的机械性能并承载生物活性功能。因此，蛋白质-多糖复合材料颇具吸引力，因为其结构可在分子缔合、相组织与网络形成等多个层面进行调节，但同样是增强基质的相互作用并不一定能够保持功能基团的可达性（Hu等，2024）。致密网络可以固定水分并改善质地，却可能限制活性基团的暴露；反之，引入功能性小分子可能增强抗氧化能力，却会扰乱网络均匀性。这一权衡使得植物来源的复合凝胶成为理解结构与功能如何在分子、微观和宏观尺度上协同调节的有用平台（Ryu、Rosenfeld等，2024）。玉米肽（CP）代表了一种尚未充分探索的相互作用活性组分，可用于功能凝胶设计。与完整的玉米醇溶蛋白或玉米蛋白分离物不同，CP由从玉米蛋白水解物中产生的短链、可移动且化学可及的肽片段组成。这种分子形式提供了暴露的末端基团、可及的主链原子、多样的侧链微环境以及潜在的抗氧化活性，使CP不仅仅是营养强化剂。然而，赋予CP高反应性的同样短链特性也限制了其单独构建连续凝胶网络的能力，因为肽缺乏自支撑凝胶化所需的长程链缠结和有序聚集。最近的CP基凝胶研究说明了这种互补的角色分工：玉米低聚肽-黄原胶复合物被用于稳定自支撑的Pickering乳液凝胶，增加黄原胶提高了结构稳定性、变形恢复和打印性能（Zheng等，2025）。该系统展示了低分子量玉米肽组分如何贡献界面和相互作用活性，同时多糖提供维持凝胶结构所需的大分子框架。KGM提供了一个合适的多糖框架，用于将这种分子活性转化为宏观凝胶结构。其水合的富含甘露糖和葡萄糖的链可以支撑富水网络，且KGM已被证明可以改善植物蛋白系统的聚集和凝胶相关性质（Tu等，2025）。碱诱导的KGM可以形成富水凝胶，但渗析与网络组织和水分迁移密切相关，使水合骨架的强化成为一个重要的配方目标（X. Chen等，2025）。因此，将CP与KGM结合颇具吸引力，但核心挑战在于如何在不同质网络均匀性或功能活性的情况下连接肽相和多糖骨架。

先前的研究表明，多酚可以改变蛋白质功能、调节蛋白质-多糖相互作用并将抗氧化能力引入食品基质（Kim等，2024）。然而，大多数现有工作集中在完整蛋白质、二元凝胶或基于乳液的三元复合物上（Li等，2024）。这使得肽-多糖-酚类凝胶成为一个重要空白。与受折叠构象和聚集状态影响的多酚接触不同，短肽呈现更多暴露的末端和主链基团、更大的活动性以及更多序列依赖的相互作用环境。这些区别可以改变多酚缔合以及肽相关接触向水合多糖网络的传递（Kim等，2024；Li等，2024）。在CP-KGM-GA系统中，仍有几个问题尚未解决：GA主要与肽片段还是KGM链缔合，这种相互作用平衡如何影响水分固定和凝胶力学，以及为什么抗氧化增强可能与最强凝胶结构不重合。

因此，将CP-KGM-GA系统作为界面调节模型而非一般三组分凝胶进行考察。CP提供了可移动且化学暴露的肽相，KGM作为水合多糖骨架，GA被引入作为变量酚类调节剂。CP和KGM分别固定在6%和9%（w/v），而GA从0.1%到1.2%（w/v）变化。核心目标是表征GA浓度如何在预定义的CP-KGM基质中调节网络组织、水分稳定性、机械行为和抗氧化功能，而非分离一种独特的CP介导的相互作用途径。对接比较仅用于探索两个代表性CP片段和一个KGM寡聚物的接触倾向，而非重建完整凝胶中的结合等级。宏观凝胶行为、水分状态测量、非共价相互作用指数、结构组织和体外抗氧化能力作为互补的证据层进行考察。这一框架评估了GA介导的CP-KGM基质重组以及凝胶网络稳定性与抗氧化功能之间的权衡，同时将肽偏向缔合作为工作假设。

章节摘要

材料

玉米肽（CP）粉末由神禾康生物工程有限公司提供。根据批次特定的分析证书，该粉末干基含量含99.12%蛋白质和98.37%低聚肽，并符合至少80%的肽片段相对分子质量≤500 Da的规格要求。这些批次级数据将CP表征为以低分子量、异质商业肽制剂为主，所有配方级别的解释均…

凝胶形成、外观与色泽

所有配方在碱诱导凝胶化及随后低温熟化后均形成了宏观连续凝胶（图1A），表明KGM骨架在所测试的CP和GA水平下均保持自支撑。由于Y1–Y7的最终NaOH浓度均保持在0.3%（w/v），碱性处理为KGM脱乙酰化、GA氧化和CP-GA缔合提供了共同的加工背景。KGM对照（Y1）呈现苍白半透明外观，而CP…

结论

本研究建立了CP-KGM-GA三元凝胶系统，并表明在固定的CP-KGM基质中，GA浓度支配了网络组织、水分稳定性、机械行为和配方级体外抗氧化能力之间的平衡。在0.3% GA时，Y4兼具低渗析率和冻融水分损失、最短的加权T₂、高黏合性、快速应力松弛以及更连续互连的冻干微观结构，这一组合有利于综合…

作者贡献声明（CRediT）

陶阳：软件、方法论、正式分析。段云波：软件、正式分析、数据整理。刘俊波：验证、正式分析、数据整理。张腾：撰写——初稿、软件、方法论、正式分析、数据整理。姜浩：撰写——审阅与编辑、资源、方法论、资金获取

未引用参考文献

Bayati和Poojary，2025；Drozdov和deClaville Christiansen，2024；Gilbert和Turgeon，2026；Li等，2024；Shahidi和Dissanayaka，2023；Trott和Olson，2010；Yan等，2024；Zhang等，2025；Zhu等，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，这些可能已经或可能影响本文所报告的工作。

致谢

本研究由国家自然科学基金（批准号32072350和39913491）、陕西省重点产业链一般项目（批准号2023-ZDLNY-41、2022ZDLNY04-02和2023KXJ-039）、陕西省创新能力支撑计划项目（2022KJXX-79）、陕西省重点研发计划（2022GD-TSLD-58）支持。

张腾|刘俊波|段云波|陶阳|姜浩

西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西省粮食加工技术大学-企业联合研究中心，杨陵712100，中国