黃原膠對(duì)大豆分離蛋白凝膠流變特性和微觀結(jié)構(gòu)的影響

劉 冉，曾慶華, ，梁 明，王 雷，程 霜

（1.聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東聊城 252000；2.聊城市食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)中心，山東聊城 252000）

大豆分離蛋白（Soy protein isolate, SPI）是從脫脂豆渣中分離出來(lái)的主要副產(chǎn)物，具有良好的加工性能、優(yōu)異的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和較低的生產(chǎn)成本，在食品行業(yè)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用[1-2]。SPI的凝膠性是其最重要的功能特性之一，蛋白質(zhì)分子通過(guò)疏水相互作用、靜電作用、氫鍵以及二硫鍵等作用力聚集并形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以作為多種食物成分的載體如水、脂肪、糖以及風(fēng)味成分等，對(duì)于提高食品品質(zhì)和改善食品質(zhì)構(gòu)具有重要的作用，因此無(wú)論是作為天然食品原料還是輔料，SPI都可用于食品加工中[3]。

SPI的凝膠特性不僅和蛋白質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)，還受其他因素的影響，如蛋白質(zhì)濃度、變性程度、離子強(qiáng)度、加熱條件和pH等[4]。雖然有很多方法可以改善SPI凝膠的性能，但提高SPI凝膠的自修復(fù)性能和獲得優(yōu)異的力學(xué)性能仍然是目前研究難點(diǎn)問(wèn)題[3]。為了進(jìn)一步改善SPI的凝膠特性，將其制備成多糖-蛋白質(zhì)復(fù)合體系是一種有效的措施。與單一蛋白質(zhì)凝膠體系相比，蛋白質(zhì)-多糖的相互作用對(duì)多組分體系的界面性質(zhì)有重要作用，并能影響食品的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、功能和穩(wěn)定性，這種復(fù)合方式通常能更有效地調(diào)節(jié)凝膠質(zhì)地[5-7]。目前，SPI已經(jīng)成為植物蛋白和多糖構(gòu)建復(fù)合凝膠的典范。Zhao等[8]研究表明，在大豆蛋白中加入棉子糖和大豆多糖，可顯著提高凝膠硬度和保水能力。Zhao等[9]發(fā)現(xiàn)魔芋膠、結(jié)冷膠和可得蘭膠可以提高SPI凝膠的硬度和保水性，增強(qiáng)了凝膠強(qiáng)度，有利于凝膠形成，并改善微觀結(jié)構(gòu)。Perrechil等[10]研究表明，刺槐豆膠的加入導(dǎo)致SPI凝膠的強(qiáng)度和持水能力的增加，而不依賴于蛋白質(zhì)的狀態(tài)（天然或變性）。Monteiro等[11]研究了半乳甘露聚糖對(duì)大豆蛋白熱誘導(dǎo)凝膠特性的影響，結(jié)果表明，隨著多糖鏈的長(zhǎng)度增加，凝膠速率增加，凝膠起始溫度降低，凝膠硬度和彈性增加。

黃原膠（Xanthan gum，XG）是由黃單胞菌產(chǎn)生的一種胞外分支多糖。它的主鏈由β-1,4糖苷鍵連接的D-葡萄糖構(gòu)成，每?jī)蓚€(gè)葡萄糖單位連接一個(gè)三糖分支（甘露糖-葡萄糖-甘露糖），屬于陰離子多糖[12]。黃原膠由于其剛性結(jié)構(gòu)，在酸性和堿性條件下都能保持穩(wěn)定，并具有獨(dú)特的功能特性，常用于乳化劑、穩(wěn)定劑和發(fā)泡劑應(yīng)用于食品、藥品等領(lǐng)域，但其本身不具有膠凝特性，屬于非凝膠型多糖，不能單獨(dú)做凝膠劑使用[13]。對(duì)于SPI和非凝膠性多糖的混合物，添加非膠凝性多糖通常用于促進(jìn)SPI凝膠化或調(diào)節(jié)SPI凝膠結(jié)構(gòu)，主要形成半互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠[1]。然而，關(guān)于XG對(duì)SPI凝膠特性的影響的報(bào)道相對(duì)較少。因此本實(shí)驗(yàn)以XG和SPI復(fù)合體系為基礎(chǔ)，研究添加X(jué)G對(duì)SPI復(fù)合凝膠體系流變性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響，旨在獲得具有更加優(yōu)質(zhì)性能的SPI復(fù)合凝膠，以拓寬SPI的應(yīng)用領(lǐng)域。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

SPI 高唐藍(lán)山基團(tuán)有限公司；葡萄糖酸內(nèi)酯國(guó)產(chǎn)分析純。

DHR-1型旋轉(zhuǎn)流變儀 美國(guó)TA；JY92-Ⅱ超聲波細(xì)胞粉碎機(jī) 寧波新藝超聲設(shè)備有限公司；ZNCLBS 140 mm智能磁力攪拌器 上海弘懿儀器設(shè)備有限公司；SB-2000水浴鍋 日本EYELA；EVO-LS10掃描電鏡 德國(guó)ZEISSE Oberkochen。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 超聲波處理XG-SPI分散液 超聲波處理參考劉冉等[3]的方法。準(zhǔn)確稱取5 g SPI置于燒杯中，加入超純水配制成10%（m/V）SPI分散液50 mL，在室溫下磁力攪拌2 h至充分溶解，并放置于4 ℃冰箱中備用。用直徑為0.636 cm的超聲波探頭深入大豆蛋白溶液表面1～2 cm來(lái)處理SPI分散液，超聲功率為400 W，超聲時(shí)間10 min。在SPI分散液中加入XG，超聲處理5 min，使其混合均勻，獲得復(fù)合分散液。SPI的最終濃度為10%，XG的最終濃度為0.1%、0.3%和0.5%，未加X(jué)G作為對(duì)照組。

1.2.2 XG-SPI凝膠制備 參考曹連鵬等[14]方法并略有改動(dòng)。將復(fù)合分散液在80 ℃水浴鍋中加熱20 min，加入葡萄糖酸內(nèi)酯充分?jǐn)嚢?，葡萄糖酸?nèi)酯最終濃度為0.1%，樣品冷卻至室溫后，放入4 ℃冰箱中，靜置過(guò)夜，即獲得復(fù)合凝膠。

1.2.3 流變特性試驗(yàn)

1.2.3.1 樣品準(zhǔn)備 參考Brito-Oliveira等[15]方法并略有改動(dòng)，進(jìn)行流變特性試驗(yàn)，選擇直徑40 mm平板夾具，將樣品放置在流變儀的平板上，平板間距設(shè)置為1.0 mm。用刮刀去除外板上多余的樣品，表面涂硅油，防止水分蒸發(fā)。樣品在測(cè)試前平衡5 min，以卸載試樣添加過(guò)程中的殘余應(yīng)力，并保持恒溫。流變測(cè)試項(xiàng)目包括應(yīng)變掃描，頻率掃描，溫度掃描和時(shí)間掃描所有樣品測(cè)試3次。

1.2.3.2 應(yīng)變掃描試驗(yàn) 應(yīng)變掃描是振蕩試驗(yàn)中的第一個(gè)測(cè)試，可以確定樣品線性黏彈區(qū)，程序參數(shù)：應(yīng)變范圍為1%～1000%，頻率1 Hz，溫度25 ℃[15]。

1.2.3.3 頻率掃描試驗(yàn) 頻率掃描參數(shù)：應(yīng)變2%（處于線性黏彈區(qū)域內(nèi)），溫度25 ℃，頻率0.1～10 Hz[15]。測(cè)定G′、G′′和tanδ隨頻率的變化。G′和G′′角頻率變化的趨勢(shì)可以采用Power-law流變模型來(lái)進(jìn)行擬合[9]。

式中：K′和K′′—冪律常數(shù)；n′ 和n′′—頻率指數(shù)，可以表示模量對(duì)頻率的依賴程度；ω—角頻率。

1.2.3.4 時(shí)間掃描試驗(yàn) 先將凝膠樣品按照1.2.3.1進(jìn)行應(yīng)變掃描，隨后馬上進(jìn)行時(shí)間掃描，從流變指標(biāo)G′和G′′的變化情況分析凝膠樣品的自修復(fù)能力。時(shí)間掃描參數(shù)：應(yīng)變2%，頻率1 Hz，溫度25 ℃，時(shí)間600 s。

1.2.3.5 應(yīng)變階躍試驗(yàn) 參考劉瑞雪等[16]方法并略有改動(dòng)。應(yīng)變階躍掃描參數(shù)：頻率1 Hz，溫度25 ℃。測(cè)定程序?yàn)椋篴.對(duì)凝膠施加2%應(yīng)變，時(shí)間為45 s；b.對(duì)凝膠施加500%應(yīng)變，時(shí)間為30 s；c.重復(fù)前兩步試驗(yàn)，測(cè)定G′、G′的變化。

式中：G′為第二次（或第三次）小應(yīng)變的G′；G′0為第一次小應(yīng)變初始G′?；謴?fù)率可以反映凝膠自修復(fù)程度。

1.2.3.6 溫度掃描試驗(yàn) 溫度掃描參數(shù)：應(yīng)變2%，頻率1 Hz，溫度以3 ℃/min的升溫速率從25 ℃升高到100 ℃。測(cè)定G′和G′′隨溫度的變化。

1.2.4 宏觀凝膠自修復(fù)能力測(cè)試 參考黃河等[17]方法并略有改動(dòng)。將凝膠平均分為兩部分，一部分使用羅丹明B染液浸沒(méi)染色，之后使兩部分?jǐn)嗝娉浞窒嗷ソ佑|。并使用聚乙烯薄膜將試樣密封在培養(yǎng)皿中，以確保試樣在試驗(yàn)過(guò)程中不丟失水分。一段時(shí)間后檢測(cè)自修復(fù)效果。

1.2.5 復(fù)合凝膠微觀結(jié)構(gòu)的觀察 參考江連洲等[18]方法并略有改動(dòng)。將凍干后的凝膠（SPI凝膠和0.5% XG-SPI凝膠）切成大小均勻的正方塊貼于導(dǎo)電膠上，噴金后，將帶有樣品的載物臺(tái)放入掃描電鏡的進(jìn)樣室，在真空條件下進(jìn)行觀察，電壓為5 kV，放大倍數(shù)為100和200。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)均重復(fù)3次，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（mean±SD）。利用minitab 17.0軟件進(jìn)行單因素（ANOVA）方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃原膠對(duì)大豆分離蛋白復(fù)合凝膠黏彈性的影響

商用SPI因蛋白質(zhì)變性程度較大，降低了蛋白之間相互聚集的能力，從而導(dǎo)致凝膠性能變差[19]。對(duì)SPI進(jìn)行超聲波預(yù)處理，可以改變變性SPI的聚集程度，將包埋在蛋白分子內(nèi)部的疏水基團(tuán)和巰基暴露出來(lái)，隨后再進(jìn)行預(yù)加熱和酸化，凝膠化就能順利進(jìn)行[20]。預(yù)加熱可以使蛋白之間形成聚集體，但此時(shí)體系為中性環(huán)境，蛋白之間具有較大的靜電斥力。隨后通過(guò)葡萄糖酸內(nèi)酯緩慢分解，逐漸降低了體系的pH，蛋白之間靜電斥力逐漸減小，蛋白之間更大程度地進(jìn)行聚集和交聯(lián)，形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[21]。據(jù)報(bào)道，在凝膠pH4.8時(shí)，帶負(fù)電荷的XG與蛋白質(zhì)聚集物相互作用更強(qiáng)[22]。

通過(guò)小應(yīng)變振蕩實(shí)驗(yàn)研究了不同濃度XG對(duì)凝膠流變特性的影響。頻率掃描可以反映凝膠的黏彈性，圖1為不同濃度XG-SPI復(fù)合凝膠頻率掃描圖。結(jié)果顯示，無(wú)論是SPI凝膠還是XG-SPI凝膠樣品在頻率掃描過(guò)程中彈性模量（Storage modulus, G′）均高于黏性模量（Loss modulus, G?），表明樣品的彈性性能強(qiáng)于粘性性能，損耗因子（tanδ=G′/G?）在0.3左右，表明具有良好的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。XG-SPI復(fù)合凝膠的G′和G?值隨XG濃度（0.1%～0.5%）的增大而增大，tanδ隨XG濃度（0.1%～0.5%）的增大而減小。與SPI單一凝膠相比，XG-SPI復(fù)合凝膠具有更高的G′和G?，更低的tanδ，其粘彈性能得到明顯提高。

圖1 凝膠頻率掃描圖Fig.1 Frequency sweep of gels

從圖1看出，SPI和XG-SPI凝膠的G′和G?會(huì)隨頻率增大而增大，均表現(xiàn)出一定的頻率依賴性，此類型的凝膠介于弱凝膠和強(qiáng)凝膠之間，屬于物理型凝膠。頻率掃描結(jié)果擬合冪率模型結(jié)果如表1所示，XG的加入顯著改變了SPI凝膠的動(dòng)態(tài)流變性能（P＜0.05）。n'和n''表示G′和G?隨頻率變化的程度，可以反應(yīng)材料的黏彈信息[23]。隨著XG濃度的增大，凝膠的K′和K′′值增大以及n'和n''值減小，表明XG降低了凝膠對(duì)頻率的依賴程度，XG-SPI復(fù)合凝膠逐漸從弱凝膠向強(qiáng)凝膠轉(zhuǎn)變。Chang等[24]研究也發(fā)現(xiàn)在SPI中添加X(jué)G顯著改變了XG-SPI的流變特性，XG-SPI混合凝膠的K′和K′′值遠(yuǎn)高于SPI單一凝膠。由此可以看出XG的添加有利于SPI凝膠形成更加強(qiáng)壯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

表1 XG-SPI凝膠的冪率模型參數(shù)Table 1 Parameters of power law model of XG-SPI gels

2.2 自修復(fù)能力

目前評(píng)價(jià)自修復(fù)凝膠主要采用宏觀評(píng)測(cè)和流變學(xué)評(píng)價(jià)兩種方法[25-26]。宏觀評(píng)測(cè)是人為地給凝膠制造損傷后觀察其愈合狀況，該方法可以直觀評(píng)價(jià)凝膠自修復(fù)過(guò)程，但是難以定量表征自修復(fù)程度。流變學(xué)評(píng)價(jià)可以彌補(bǔ)宏觀評(píng)測(cè)的缺點(diǎn)，是采用流變儀給凝膠施加一定的形變，造成其損傷后分析G′和G?的變化，定量表征凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)的自修復(fù)程度[25]。首先，先通過(guò)宏觀觀測(cè)評(píng)價(jià)SPI凝膠修復(fù)性能，一部分SPI凝膠樣品用羅丹明B進(jìn)行染色，并將兩部分不同顏色的凝膠切斷（圖2A），再將兩塊不同顏色凝膠斷面貼合在一起顏色界限清晰（圖2B），室溫放置4 h后斷面完全消失，顏色界限變模糊，兩部分凝膠融合在一起（圖2C），說(shuō)明SPI凝膠具有自修復(fù)性能。

圖2 凝膠宏觀自修復(fù)過(guò)程Fig.2 Self-healing process of gel

為了進(jìn)一步驗(yàn)證SPI凝膠自修復(fù)能力，利用流變儀進(jìn)行應(yīng)變掃描和時(shí)間掃描測(cè)試（圖3）。所有的凝膠樣品在應(yīng)變達(dá)到500%時(shí)，G′小于G?，凝膠結(jié)構(gòu)完全被破壞，由凝膠（gel）轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z（sol）。在達(dá)到1000%應(yīng)變后，立即在線性黏彈區(qū)（γ=2%）進(jìn)行時(shí)間掃描，凝膠樣品的模量迅速增大，恢復(fù)到凝膠狀態(tài)，SPI凝膠G′僅能恢復(fù)56%，隨XG濃度的增大恢復(fù)率有所增加，0.5% XG-SPI凝膠G′恢復(fù)率能達(dá)到77%。多糖-蛋白混合凝膠主要通過(guò)動(dòng)態(tài)的非共價(jià)鍵（靜電相互作用和氫鍵）實(shí)現(xiàn)自修復(fù)性能，凝膠自修復(fù)的時(shí)間跟凝膠樣品的濃度、破損程度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)[27-28]。由圖4B也可以看出自修復(fù)時(shí)間的差別，SPI凝膠和0.1% XG-SPI凝膠由于凝膠黏彈結(jié)構(gòu)相對(duì)較弱，流動(dòng)性較強(qiáng)，因此在小應(yīng)變時(shí)間掃描中模量在6 s內(nèi)就恢復(fù)穩(wěn)定。而0.3% XG-SPI和0.5% XG-SPI凝膠由于結(jié)構(gòu)相對(duì)較強(qiáng)，流動(dòng)性相對(duì)較差，自修復(fù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。0.3% XG-SPI需要大約50 s恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)，0.5% XG-SPI則需要更長(zhǎng)的時(shí)間大約100 s。

圖3 凝膠自修復(fù)能力的流變測(cè)試Fig.3 Rheological testing of self-healing ability of gels

圖4 凝膠應(yīng)變階躍掃描曲線Fig.4 Alternating step strain sweep of gels

為進(jìn)一步表征凝膠自修復(fù)性能的可重復(fù)性，對(duì)凝膠進(jìn)行階躍式應(yīng)變掃描。由圖4可知，在第一次小應(yīng)變掃描下，由于凝膠為初始狀態(tài)，G′和G?為初始值。在第一次大應(yīng)變掃描下，SPI凝膠和0.1% XGSPI凝膠G′下降，G?增加；0.3%和0.5% XG-SPI凝膠G′和G?均下降。同一凝膠G′小于G?，即大應(yīng)變下樣品處于溶膠狀態(tài)。凝膠經(jīng)歷第二次小應(yīng)變掃描時(shí)，G′大于G?，樣品從溶膠重新轉(zhuǎn)變成凝膠狀態(tài)，與初始值相比，G?幾乎完全恢復(fù)，而G′恢復(fù)率相對(duì)較小，依次為56%、63%、66%和76%。第二次大應(yīng)變掃描情況跟第一次相同。第三次小應(yīng)變掃描跟第二次具有相同的趨勢(shì)，G′恢復(fù)率依次為45%、56%、60%和73%。階躍式應(yīng)變掃描結(jié)果表明，SPI和XG-SPI凝膠可重復(fù)在大應(yīng)變下結(jié)構(gòu)破壞變成溶膠，在小應(yīng)變下依靠可逆的非共價(jià)鍵作用，結(jié)構(gòu)能重新建立，從溶膠轉(zhuǎn)變成凝膠，其自修復(fù)行為可重復(fù)。同時(shí)可以看出，SPI凝膠遭受大應(yīng)力損傷后，凝膠結(jié)構(gòu)不能完全恢復(fù)，且隨著大應(yīng)變次數(shù)增加，即損傷次數(shù)的增加，恢復(fù)率會(huì)持續(xù)降低，而XG的加入有利于提高SPI凝膠的恢復(fù)率，且隨著濃度的增加，恢復(fù)率也隨之增加。XG的添加提高了SPI凝膠的粘彈性，使其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，因此力學(xué)性能增強(qiáng)，流動(dòng)性能減弱，導(dǎo)致凝膠結(jié)構(gòu)損傷后，自修復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)，這是XG給SPI自修復(fù)性能帶來(lái)的不利因素，但與此同時(shí)XG可以幫助SPI凝膠結(jié)構(gòu)重新建立，有利于提高恢復(fù)率。

2.3 熱穩(wěn)定性

為了研究XG對(duì)SPI凝膠熱穩(wěn)定性的影響，利用流變儀對(duì)凝膠樣品進(jìn)行了升溫掃描。蛋白凝膠結(jié)構(gòu)與溫度有關(guān)，當(dāng)溫度升高會(huì)造成分子運(yùn)動(dòng)速率的增加，蛋白肽鏈間的相互作用（如氫鍵和靜電作用）會(huì)減弱，交聯(lián)結(jié)構(gòu)遭到破壞，表現(xiàn)為G′和G?下降，當(dāng)溫度持續(xù)升高或高溫作用時(shí)間增長(zhǎng)時(shí)可能會(huì)引起凝膠結(jié)構(gòu)全面崩解，出現(xiàn)凝膠到溶膠（G′=G?）狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，此時(shí)即達(dá)到凝膠轉(zhuǎn)變溫度（Tgel-sol）[19,29]。如圖5所示，所有的凝膠樣品隨溫度的升高G′和G?均表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，在相對(duì)低的溫度范圍內(nèi)（25～75 ℃）模量下降速率相對(duì)較慢；在相對(duì)高的溫度范圍內(nèi)（75～100 ℃）模量下降速率相對(duì)較快。對(duì)于SPI凝膠經(jīng)過(guò)加熱后結(jié)構(gòu)破壞比較嚴(yán)重，當(dāng)溫度升高到88 ℃時(shí)，達(dá)到Tgel-sol。0.1% XG-SPI復(fù)合凝膠在溫度達(dá)到75 ℃后G′下降速率也非常快，但G′仍略高于G?，未出現(xiàn)Tgel-sol，其結(jié)構(gòu)未完全崩塌。0.3%和0.5% XG-SPI復(fù)合凝膠模量下降的速率明顯低于前兩者，G′一直大于G?，雖然高溫對(duì)復(fù)合凝膠結(jié)構(gòu)有一定的破壞，但其仍維持著相對(duì)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。XG的分子量大且分枝多，多糖主鏈和側(cè)鏈穿插在蛋白網(wǎng)絡(luò)里面，起到穩(wěn)定蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的作用，從而緩解高溫對(duì)蛋白網(wǎng)絡(luò)的損壞。推測(cè)多糖的添加可以加強(qiáng)蛋白質(zhì)之間的相互作用，從而提高蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[8]。

圖5 凝膠溫度掃描圖Fig.5 Temperature sweep of gels

2.4 掃描電鏡

SPI和XG-SPI凝膠的掃描電鏡圖如圖6所示。SPI和XG-SPI凝膠都具有疏松、多孔的海綿狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)比兩種凝膠樣品的微觀結(jié)構(gòu)未見明顯的差別。許多報(bào)道都指出多糖會(huì)影響蛋白凝膠的微觀結(jié)構(gòu)。Zhao等[9]發(fā)現(xiàn)，0.3%和0.5%魔芋膠、結(jié)冷膠和卡德蘭膠與SPI形成的復(fù)合凝膠均比單一的SPI凝膠具有更加均勻和致密的微觀結(jié)構(gòu)。Chang等[24]在對(duì)SPI凝膠進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，XG、瓜兒豆膠（Guar gum, GG）的存在對(duì)SPI的微觀結(jié)構(gòu)影響較大，SPI單凝膠的微觀結(jié)構(gòu)更加均勻，而混合凝膠的微觀結(jié)構(gòu)則較為粗糙。Perrechil等[10]研究發(fā)現(xiàn)，SPI單一凝膠與刺槐豆膠-SPI凝膠的微觀結(jié)構(gòu)相似，但添加刺槐豆膠促進(jìn)了蛋白質(zhì)更強(qiáng)烈的聚集，并導(dǎo)致了更緊密的相互連接結(jié)構(gòu)。多糖-蛋白質(zhì)凝膠最終的微觀結(jié)構(gòu)是由于蛋白質(zhì)聚集的凝膠化和兩種生物聚合物之間的相分離之間的相互競(jìng)爭(zhēng)與平衡的結(jié)果[24]。本研究添加X(jué)G沒(méi)有影響SPI凝膠的微觀結(jié)構(gòu)，可能是由于XG-SPI凝膠在制備時(shí)經(jīng)過(guò)超聲波處理，而超聲波處理會(huì)改善凝膠微觀結(jié)構(gòu)，從而減弱了XG對(duì)SPI凝膠結(jié)構(gòu)的影響，也有可能XG對(duì)SPI凝膠結(jié)構(gòu)的影響不是體現(xiàn)在亞微米水平而是體現(xiàn)在超微米水平或者更小水平[18]。

圖6 凝膠微觀結(jié)構(gòu)圖Fig.6 SEM images of gels

根據(jù)多糖性質(zhì)的不同，基于SPI的混合凝膠類型可以分為互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠或半互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠[1]。對(duì)于SPI和凝膠類多糖如卡拉膠、果膠等，主要形成互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠；對(duì)于SPI和非膠凝多糖如半乳甘露聚糖、XG等，主要形成半互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠[11,30]。XG-SPI復(fù)合凝膠形成的過(guò)程分成兩個(gè)階段，首先通過(guò)超聲波將SPI蛋白顆粒分散，此后將XG混合進(jìn)入SPI分散液中，之后通過(guò)加熱和酸化作用開始進(jìn)行凝膠化過(guò)程，最終形成多糖-蛋白的二元凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在這個(gè)過(guò)程中，添加X(jué)G通常起到促進(jìn)SPI凝膠化或調(diào)節(jié)凝膠結(jié)構(gòu)的作用。非凝膠多糖因不具有凝膠特性，其在蛋白基體系中可能通過(guò)體積排斥效應(yīng)促進(jìn)了蛋白質(zhì)分子之間的吸引，并通過(guò)減少蛋白質(zhì)分子與周圍溶液接觸的機(jī)會(huì)促進(jìn)了蛋白質(zhì)分子的排列[31]。因此，非凝膠多糖摻入導(dǎo)致的蛋白質(zhì)相互作用和蛋白質(zhì)聚集的改變可能是凝膠質(zhì)構(gòu)參數(shù)改善的原因。

3 結(jié)論

XG作為功能性食品配料，具有潛在的促進(jìn)健康的作用。本研究研究了XG的加入對(duì)酸誘導(dǎo)的SPI凝膠流變性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，XG可以提高SPI的粘彈性，降低G′和G?對(duì)頻率的依賴性。其次，在自修復(fù)性能測(cè)試中XG可以幫助SPI凝膠提高恢復(fù)率。此外，XG可以提高SPI凝膠的熱穩(wěn)定性，緩解高溫對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞性。通過(guò)對(duì)凝膠進(jìn)行電鏡掃描未發(fā)現(xiàn)其微觀結(jié)構(gòu)上的差異。XG與SPI形成二元凝膠，可以彌補(bǔ)SPI單凝膠的缺點(diǎn)，有利于提高凝膠的穩(wěn)定性和力學(xué)性能，還能為開發(fā)具有自修復(fù)性能的SPI凝膠提供思路。本研究結(jié)果為SPI凝膠的品質(zhì)調(diào)控和應(yīng)用拓展提供了理論依據(jù)。