美味牛肝菌蛋白-海藻酸钠复合凝胶：性质与形成机制

《Food Chemistry》：Morchella esculenta protein?sodium alginate composite gels: Properties and formation mechanism

可持续食品结构中新型复合水凝胶的开发及其性能优化。通过内凝胶化法将马勃菌蛋白与海藻酸钠结合，系统研究SA浓度对凝胶硬度（46-240g）、持水能力（67.6%-90.66%）及三维网络结构的影响，发现氢键和静电作用共同促进稳定凝胶形成，为功能性可持续食品系统提供新材料基础。

　　

周阳杰|饶振安|田翔|李福华|雷晓娟|赵继春|曾凯红|明建

中国西南大学食品科学学院，重庆400715

摘要

鉴于动物源性食品所带来的环境和资源限制，探索替代蛋白质系统对于发展可持续的食品结构至关重要。在本研究中，利用Morchella esculenta蛋白（MP）和海藻酸钠（SA）通过内部凝胶化方法制备了一种新型复合水凝胶。通过ζ电位、pH值变化和凝胶化动力学研究了其凝胶化机制。不同浓度的SA（0.3–1.2%，w/v）显著影响了系统的流变性能，凝胶硬度从46 g增加到240 g，水分保持能力（WHC）从67.6%提高到90.66%。光谱分析（FTIR、荧光光谱和XRD）表明，MP与SA之间的氢键和静电相互作用有助于形成稳定的三维网络。这些结果表明，MP-SA水凝胶在食品加工中作为功能性结构材料具有巨大潜力。

引言

随着人口增长和经济扩张，全球肉类需求持续上升，给自然资源和环境带来了巨大压力（Duan等人，2024年）。目前，食品生产约占人为温室气体（GHG）排放总量的三分之一，其中动物源性食品占约57%，几乎是植物源性食品（29%）的两倍（Crippa等人，2021年；Kew等人，2023年；Xu等人，2021年）。此外，过量摄入动物脂肪与高血压和高脂血症等慢性疾病有关（Wang等人，2023年；Wang等人，2023年；Wang等人，2023年）。随着人们偏好更健康、更可持续的饮食方式，个性化及以植物为主的消费模式逐渐兴起（Xiao等人，2023年）。因此，从动物源性食品转向植物源性食品被认为是确保长期粮食安全和减轻环境影响的战略关键。

植物蛋白因其可获得性、环境优势及潜在的健康益处而受到越来越多的关注（Wannasin等人，2024年），并被视为食品创新的一个有前景的方向（Aschemann-Witzel等人，2021年）。目前最常用的植物蛋白主要是豆类和谷蛋白（Wang等人，2023年；Wang等人，2023年；Wang等人，2023年）。然而，这些蛋白存在一些局限性，如致敏性、异味和营养成分不平衡。相比之下，可食用真菌蛋白没有这些缺点。可食用真菌具有低盐、低糖和低脂肪的特点，富含蛋白质、多糖、维生素和矿物质等多种营养成分，并具有免疫调节、抗氧化和抗肿瘤等多种生物活性（Yuan等人，2025年）。因此，它们在食品工业中具有巨大的发展潜力。Morchella esculenta是一种具有独特香气、细腻口感和类似肉类质地的可食用真菌，因其高蛋白质营养价值而备受关注，其中包含18种氨基酸，其中8种为必需氨基酸，尤其是苏氨酸和赖氨酸含量丰富（Wang等人，2019年；Xu等人，2025年；Zhang等人，2018年）。此外，其栽培所需的环境资源较少——土地、水和光照——为可持续生产提供了可能（Amara & El-Baky，2023年）。这些特点为开发兼具结构和生物活性的多功能凝胶提供了机会，这是其他可食用真菌蛋白所不具备的。尽管如此，目前的研究主要集中在MP水解物（Wang等人，2023年；Wang等人，2023年；Wang等人，2023年；Zhang等人，2018年）、功能性肽（Wu等人，2020年）和蛋白质组学（Ullah等人，2025年）上，而对完整MP的凝胶化行为的研究较少。

然而，植物蛋白通常溶解度较低且热稳定性差，导致凝胶化效果较弱，对加工条件敏感。提高其凝胶化能力对于模拟动物源性凝胶的理想质地至关重要。多糖常用于改善植物蛋白的凝胶化和结构性能。海藻酸钠（SA）是一种天然的阴离子多糖，因其优异的亲水性和凝胶形成能力而在食品系统中得到广泛应用。通过与Ca²⁺的静电相互作用，SA形成了三维网络结构（Liu等人，2022年）。当与大豆（Jin等人，2024年；Wang等人，2024年；Wang等人，2024年）、豌豆（Wang等人，2022年；Yan等人，2024年）或马铃薯（Wannasin等人，2024年）等植物蛋白结合时，SA显著提高了凝胶的强度和均匀性。内部凝胶化是一种常用的SA基凝胶制备方法，通过降低pH值使不溶性盐中的Ca²⁺缓慢释放，从而形成更均匀的微观结构和更好的机械性能（Shu等人，2023年）。通常使用d-葡萄糖-δ-内酯（GDL）来调节内部凝胶化方法中的溶液pH值，因为它溶解缓慢并能降低pH值，从而释放酸溶性钙中的钙离子（Wannasin等人，2024年）。虽然CaCO₃常被用作钙源（Paiboon等人，2023年），但最近的研究表明，在含SA的系统中使用CaHPO₄可以制备出更强、更致密的凝胶（Ryu等人，2024年）。因此，我们假设CaHPO₄是用于通过内部凝胶化制备MP–SA复合凝胶的合适钙源。

在本研究中，通过GDL和CaHPO₄诱导，将MP与SA结合制备水凝胶。分析指标包括ζ电位、微观形态特性、质地特性、流变性能、水分保持能力（WHC）、LF-NMR、稳定性等。目的是为基于MP和SA的植物蛋白凝胶的性能提供基础，以扩展其在功能性及可持续食品系统中的应用。

部分内容片段

材料

从重庆黔江购买的Morchella esculenta经过热风干燥处理，初始含水量约为12%。海藻酸钠（分子量约为200 kDa，M/G = 1:2，纯度90%）购自成都科隆化工有限公司（四川）。CaHPO₄购自上海麦克林生物科技有限公司（上海）。葡萄糖δ-内酯（GDL，纯度99%）也购自上海麦克林生物科技有限公司。

凝胶前体溶液的基本性质

为了阐明MP、SA和Ca²⁺在GDL凝胶化过程中的相互作用和凝胶化行为，测量了不同pH值下MP和SA溶液的ζ电位变化（图1a）。同时监测了pH值变化（图1b）和流变行为（图1c）。在整个pH范围内，SA保持稳定的负电荷，尽管其电荷强度随pH值降低而减弱，这与先前的研究结果一致（Wang等人，2020年）。在pH 4.0至7.0之间，MP和SA

结论

本研究通过GDL/Ca²⁺诱导的MP和SA内部凝胶化制备了复合凝胶，重点评估了SA浓度对凝胶性能和网络结构的影响。结果表明，适当的SA浓度有助于形成稳定的MP-SA网络，显著改善了凝胶的质地、机械强度、流变性能和水分保持能力（WHC）。这些改善主要归因于静电作用

CRediT作者贡献声明

周阳杰：撰写——初稿、方法学、实验设计。饶振安：撰写——审稿与编辑。田翔：实验设计、概念构思。李福华：数据分析。雷晓娟：数据分析。赵继春：数据分析。曾凯红：监督、数据分析。明建：撰写——审稿与编辑、监督、资源获取。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：32472332和32272308）的支持。