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背景介绍
最新研究表明，乳液凝胶是脂溶性食品生物活性物质的合适载体，如维生素和矿物质。然而，蛋白质基乳液凝胶的广泛应用往往受其较弱的力学性能的阻碍。蛋白质-多糖混合凝胶表现出更强的微观结构特性，因此，添加多糖是改善蛋白质质构性能的有效途径。菊粉是几种重要经济植物中天然存在的多糖，可被结肠细菌选择性发酵或代谢，具有益生元效应。
本文研究了菊粉浓度对豌豆分离蛋白（PPI）乳液凝胶的流变学、力学和微观结构性能的影响。对乳液-凝胶体系的相互作用机理进行了深入研究。此外，稳定性研究选择了三个pH值水平，涵盖食品和人类胃肠道中常见的范围。旨在开发一种递送脂溶性生物活性物质的载体。
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研究方法
制备浓度为9%的PPI蛋白分散液（9g蛋白粉溶于100 mL去离子水中），85℃下加热30 min。将菊粉（0、0.5、1.5、2.5和3.5 g）撒入50 mL加热的溶液中，在25℃下立即搅拌30 min。然后，用高速剪切将PPI-菊粉溶液与10 mL大豆油混合，在11000 rpm下进行180s，在45MPa下高压均质一遍制备乳液。随后在25 mL烧杯中加入0.01 mol/L CaCl2在4℃条件下放置48 h，形成乳状凝胶。最终样品的蛋白质含量为90 g/L，菊粉含量为0 g/L, 10 g/L, 30 g/L, 50 g/L, 70 g/L，油脂含量为200 mL/L。
检测溶于乳液凝胶的流变性能、机械性能、持水力、微观结构、溶解度、pH稳定性等，进行分析。
03
结果与分析
如图1所示，加入菊粉后，乳液凝胶模量增加（图1A和B），在50 g/L菊粉时达到最大值，表明菊粉和PPI在凝胶体系中起协同作用。70 g/L菊粉的模量较低，这归因于分子间排斥，降低了凝胶形成过程中的蛋白质聚集率。此外，相同频率下，添加50 g/L菊粉的乳液凝胶的η*比其他样品的η*大（图1D）。由于较弱的凝胶具有较大的tanδ值， tanδ的降低（图1C）表明菊粉增强了PPI凝胶的强度。
如图2A所示，各乳液液凝胶的弹性模量均表现出较强的温度依赖性，在加热阶段G‘逐渐增大，直至50 G /L菊粉，这与频率扫描结果一致。凝胶的tanδ值在整个温度范围内小于1（图2B），说明凝胶的流变性质主要受弹性性质的影响。
如表1所示，菊粉的存在显著提高了PPI凝胶的凝胶强度和持水率WHC （p < 0.05），进一步证实了菊粉与PPI的协同作用。添加0 ~ 50 g/L的菊粉，凝胶强度和WHC分别为115 ~ 166 N和68 ~ 91 g/100 g。当菊粉浓度达到70 g/L时，凝胶强度和WHC均低于50 g/L时，这与流变学性质的变化趋势一致。WHC的减少归因于高浓度生物聚合物的不兼容性，降低了凝胶网络通过毛细管力保持水分的能力。
不添加菊粉的乳液凝胶微观结构（图3a）为非均质多孔，凝胶结构内部存在大量“水通道”。菊粉的加入使凝胶微观结构更加致密，其中添加50 g/L菊粉的凝胶微观结构最为均匀。但加入过量菊粉（70 g/L）后，凝胶微观结构变得更加不均匀（图3e）。这是由于蛋白质聚集体的聚集模式和结构发生了变化，高菊粉浓度下可能形成的互穿结构破坏了凝胶的微观结构。
选择菊粉最适浓度为50 g/L的乳状凝胶进行稳定性试验。只有PPI的乳液凝胶稳定显示凝胶强度较低，这是因为pH值远低于PPI的等电点（pI），导致强烈的带正电荷的蛋白质分子之间的静电斥力。如图6C所示，在pH为2.0时，液滴没有发生强絮凝。由菊粉组成的PPI乳液凝胶在pH为2.0时比较稳定，这是由于PPI和菊粉的协同作用使凝胶结构更加牢固。这一结果表明，PPI -菊粉乳液凝胶比单独PPI更能抵抗胃酸环境，这可能有利于在胃肠道内更长时间的停留而不解体。
图1 以PPI、PPI+10 g/L、PPI+30 g/L、PPI+50 g/L和PPI+70 g/L菊粉（Inu）为原料制备的乳液凝胶的频率依赖性：（A）贮存模量（G’）；（B）损耗模量（G“）；（C）损耗因子（tanδ）；（D）复粘度（η*）。黑色：PPI;红色：PPI + 10 g / L;蓝色：PPI + 30 g / L;绿色：PPI + 50 g / L;紫色：PPI + 70 g / L
图2 以PPI、PPI+10 g/L、PPI+30 g/L、PPI+50 g/L和PPI+70 g/L菊粉（Inu）为原料制备的乳液凝胶的时间和温度依赖性：（A）贮存模量（G‘）和（B）损失因子（tanδ）。黑色：PPI; 红色：PPI + 10 g / L;蓝色：PPI + 30 g / L;绿色：PPI + 50 g / L;紫色：PPI + 70 g / L
表1 乳液凝胶凝胶强度和持水率（WHC）测定
图3 扫描电镜下乳液凝胶图像：（a） （PPI），红色箭头表示多孔构；（b）PPI+10 g/L菊粉；（c） PPI+30 g/L菊粉；（d） PPI+50 g/L菊粉；（e） PPI+70 g/L菊粉）
图4 乳液凝胶的pH稳定性测定：（A）凝胶强度和外观，（B）流变特性和（C）微观结构
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结论
在流变学水平上，PPI与菊粉有协同作用，增加了乳液凝胶强度，这些研究可能有助于食品工业和人类健康领域的发展。
日期：2021-06-15
