《Food Hydrocolloids》：pH-dependent foam stability of egg white protein-sodium alginate-eggshell powder systems: Roles of soluble calcium availability, bulk structuring, and interfacial behaviour
编辑推荐：
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初始pH值的变化影响了EWP-SA-EP系统中可溶性钙的可用性。
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pH 5.0处理促进
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初始pH值的变化影响了EWP-SA-EP系统中可溶性钙的可用性。
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pH 5.0处理促进了可溶性钙的积累和EWP-SA的结合。
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pH 5.0处理增强了整体结构并加速了吸附过程。
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在高-SA含量的系统中，pH 5.0处理后的泡沫保持能力最强。
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泡沫的稳定性反映了整体结构和界面性质的协同作用。
引言
蛋白质泡沫是热力学上不稳定的分散系统，其稳定性取决于界面膜的强度以及连续相的结构支持。蛋清蛋白（EWP）由于其表面活性和成膜能力，被广泛用作充气食品中的天然发泡剂（Razi等人，2023年）。在发泡过程中，EWP迁移到空气-水界面并通过吸附、展开和分子重排形成 viscoelastic 表面膜，从而捕获空气并延缓气泡的聚结和破裂。除了蛋白质的吸附外，EWP泡沫的稳定性还依赖于蛋白质的构象、表面电荷、连续相的 viscoelastic 性、界面膜的强度以及排水行为（Jin等人，2024年）。因此，阐明整体相结构和界面行为之间的耦合对于理解和设计稳定的基于蛋白质的泡沫系统至关重要。
pH值是决定EWP泡沫结构和功能的关键环境因素。与简单调整蛋白质或多糖浓度不同，pH值同时调节蛋白质的构象、表面电荷、蛋白质-多糖相互作用以及界面吸附行为。在EWP系统中，pH值的变化可以改变分子的展开状态、芳香残基的暴露程度、聚集状态以及空气-水界面处的吸附动力学，从而影响泡沫的形成能力和稳定性（Jin等人，2025年）。在蛋白质-多糖系统中，pH值还影响蛋白质和多糖之间的电荷关系，这进一步影响颗粒的大小、分散性、构象的灵活性以及复合物的界面组装（Ma等人，2025年）。因此，pH值不仅仅是调节EWP泡沫性能的外部条件，还是连接整体复合物形成与界面膜发展的关键因素。
阴离子多糖通常被添加以通过调节连续相的流变性和界面膜结构来提高蛋白质泡沫的稳定性。海藻酸钠（SA）是一种阴离子多糖，其羧基团可以通过静电相互作用、氢键和离子交联参与蛋白质-多糖复合物的形成（Zhao等人，2020年）。SA可以提高系统的粘度并增强泡沫膜对排水的抵抗力。然而，过高的粘度会限制蛋白质快速迁移到空气-水界面的能力，从而降低初始的发泡能力（Sun等人，2026年）。因此，蛋白质-多糖复合物对泡沫稳定性的贡献取决于整体网络的增强和界面膜的形成。在不同的pH条件下，EWP-SA系统可能会形成可溶性复合物、复合物聚集体或更强的结构网络，从而导致控制泡沫形成和稳定性的不同机制。
蛋壳粉（EP）是鸡蛋加工的主要副产品，主要由CaCO3组成，既可以作为生物矿物颗粒，也可以作为钙来源（Huang等人，2020年）。湿法球磨可以减小EP的颗粒大小并增加其可接触的表面积，从而增强其在分散系统中的颗粒贡献。先前的研究表明，球磨后的蛋壳颗粒可以作为Pickering乳液的固体稳定剂，单独使用或与海藻酸钠结合使用；同时，EP还可以作为可释放的Ca2+的来源（Y. Zhang, Chen等人，2023a；Sun等人，2026年）。EP颗粒可能参与界面吸附和整体相的结构形成。酸性条件还可以促进CaCO3的溶解，释放出的Ca2+可以与SA的羧基团相互作用，形成egg-box类型的交联结构，进一步促进EWP-SA-Ca2+相关网络的发展（Str?m & Williams，2003年）。在egg-box模型中，Ca2+与相邻海藻酸链中富含 guluronic 酸的区域中的羧基团协同作用，从而形成离子连接带，将这些海藻酸链连接起来。这种交联可以增加网络的凝聚力和连续相的 viscoelastic 性，延缓液体从泡沫层和Plateau边界排出，从而提高对气泡聚结和破裂的抵抗力。这两种贡献可能在EWP-SA-EP系统中同时存在并相互作用。因此，pH值希望通过影响EP中可溶性钙的释放、SA的离子交联以及蛋白质-多糖-矿物颗粒的组装来调节EWP-SA-EP三元泡沫的行为。
尽管EWP、SA和EP已在食品泡沫和胶体系统中进行了研究，但初始pH值对EWP-SA-EP三元系统的影响仍不清楚。现有的研究主要集中在单独调节EWP的pH值（Cui等人，2025年；T. Zhang, Chen等人，2023b年）、蛋白质-多糖复合物的界面行为（Miquelim等人，2010年），或者CaCO3颗粒在Pickering系统中的稳定作用（Lei等人，2024年；Y. Zhang, Chen等人，2023a年）。然而，在含有蛋白质、阴离子多糖和基于CaCO3的钙来源的泡沫中，不同初始pH条件如何影响随后的EWP-SA复合、EP/Ca2+的参与、蛋白质的构象变化、连续相的 viscoelastic 性、界面吸附动力学以及最终的气泡结构仍不清楚。特别是，较高的界面膨胀模量是否必然导致更高的泡沫稳定性，以及不同初始pH处理后的泡沫稳定性主要是由界面膜的增强还是整体网络的强化所控制的，这些问题尚未解决。
基于我们之前的配方筛选研究，选择了两种代表性的SA浓度（0.5%和1.5%）和两种EP浓度（1%和2%），这些配方在之前的研究中产生了相对稳定的EWP-SA-EP泡沫。尽管这些配方在之前的研究中表现出较高的泡沫稳定性，但它们在不同初始pH处理下的稳定性以及导致泡沫性能变化的机制仍不清楚。因为初始pH值可以同时影响EWP的电荷和构象、EWP-SA的结合、CaCO3的溶解、可溶性钙的可用性以及界面行为。这为评估这些预先选定的三元系统在不同初始配方环境下的发泡功能提供了相关的扰动，并有助于阐明相关的整体-界面机制。所有的四种SA-EP组合都在初始pH值5.0、7.0和9.0下进行了测试。首先，分析了EP的形态、颗粒大小、X射线衍射和可溶性钙的释放动力学，以表征EP及其pH依赖性的可溶性钙释放。随后，通过浊度、Zeta电位、颗粒大小分布、紫外-可见光谱、激发-发射矩阵荧光光谱、圆二色光谱、傅里叶变换红外光谱、二维相关红外光谱和原子力显微镜等技术，揭示了不同初始pH处理对复合系统后续胶体状态和蛋白质构象的影响。此外，通过稳态剪切流变学、动态 viscoelastic 性、界面吸附动力学和界面膨胀流变学的研究，揭示了不同初始pH处理后整体网络和空气-水界面膜的形成机制。最后，通过分析发泡能力、泡沫稳定性、泡沫微观结构和气泡大小分布，建立了可溶性钙的可用性、整体组装、界面行为以及EWP-SA-EP泡沫稳定性之间的关系。
章节片段
材料
蛋白质蛋清（EWP）购自湖北神地农业贸易有限公司（中国荆门）。EWP是一种天然的多蛋白质系统；鸡蛋白中的主要蛋白质通常包括卵白蛋白（约54%）、卵转铁蛋白（12%）、卵粘蛋白（11%）、 ovaloglobulins（8%）和溶菌酶（3.5%）（Abeyrathne等人，2013年；Ji等人，2020年）。海藻酸钠（SA；CAS编号9005-38-3）购自上海宇源生物技术有限公司（中国上海）。
EP的特性和可溶性钙的释放行为
经过湿法球磨后，EP的形态、颗粒大小和晶体结构得到了表征。如图1A所示，湿法球磨后的EP颗粒明显变得更为细腻，显示出不规则的颗粒形态。ImageJ分析显示，EP的几何平均颗粒大小为0.41 ± 0.01 μm，明显小于未经处理的蛋壳粉的颗粒大小（P < 0.05），证实了湿法球磨有效地将蛋壳粉粒度降低到了亚微米级别。
结论
本研究系统地研究了EWP-SA-EP复合系统的pH依赖性物理化学行为、整体相结构、界面性质和泡沫性能。湿法球磨后的EP保持了方解石CaCO3的晶体结构，并同时作为生物矿物颗粒和可溶性钙的来源。在测试的条件中，初始pH值5.0处理产生了最高的颜色法测定的可溶性钙释放量，并且与更强的……
CRediT作者贡献声明
Yi Sun： 写作——审阅与编辑、撰写初稿、软件使用、数据整理。 Haobo Jin： 软件使用。 Yuanyuan Zhang： 软件使用。 Sadaqat Ali： 软件使用。 Runyue Wang： 软件使用。 Jiaxuan Ma： 软件使用。 Xuan Yao： 软件使用。 Yumeng Shan： 软件使用。 Guofeng Jin： 概念构思。 Long Sheng： 写作——审阅与编辑、验证、监督、资金获取、概念构思。
利益冲突声明
本手稿的提交过程中不存在利益冲突，所有作者均同意发表该手稿。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（2025YFE0117800）、枣庄-国家可持续发展创新示范区重点研发计划（2025SFQZX15）和北京工业大学食品风味与健康交叉创新开放项目（FFHCI-2026053）的资金支持。
作者列表：Yi Sun | Haobo Jin | Yuanyuan Zhang | Sadaqat Ali | Runyue Wang | Jiaxuan Ma | Xuan Yao | Yumeng Shan | Guofeng Jin | Long Sheng
