《Food Hydrocolloids》：Structural characterization and emulsifying properties of a novel cricket protein concentrate prepared via pepsin extraction–isoelectric precipitation
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chickpea 蛋白 Amyloid 纤维不同热处理时间（0-8h）与κ-卡拉胶复合制备水凝胶，发现8h处理使纤维结构完整，复合凝胶弹性模量达单独κ-C的235倍，水结合能力显著提升。红外与荧光光谱揭示短时热处理（0-2h）以静电作用和氢键为主，8h处理时疏水作用增强，形成致密蜂窝结构。为开发功能食品提供新机制。
张琳达|臧晓蕾|潘玉楠|刘嘉成|严佳楠|赖斌|王策|吴海涛
中国大连理工大学食品科学与技术学院，农业部与农村事务部海洋食品深加工协同创新中心，海洋食品加工与质量控制国家重点实验室，海洋食品加工与安全控制技术攻关组
摘要
在不同加热时间（0小时、1小时、2小时和8小时）下制备了鹰嘴豆蛋白淀粉样纤维（CPF），并用于与κ-卡拉胶（κ-C）制备复合水凝胶。随着加热时间的延长，CPF的纤维结构逐渐延长，加热8小时后的CPF（CPF8）形态相对完整。κ-C/CPF8复合凝胶的凝胶强度最高，其复杂模量（G*）约为单独使用κ-C时的235倍。所有复合凝胶均表现出准仿射变形行为，其中κ-C/CPF8凝胶对外部变形的抵抗力更强。此外，所有复合凝胶的吸水能力均优于κ-C凝胶。值得注意的是，添加CPF显著将T2松弛时间从1431.46毫秒缩短至666.99毫秒。微观结构、傅里叶变换红外光谱和荧光光谱的结果表明，κ-C与CPF之间的相互作用机制取决于纤维的成熟度。在较短的加热时间（0-2小时）内，CPF主要通过静电相互作用和氢键与κ-C结合，成为以κ-C为主的网络中的“结合单元”。加热8小时后，CPF和κ-C共同组装成密集的蜂窝状凝胶结构，这种结构是由增强的疏水相互作用和氢键驱动的，而静电相互作用减弱。本研究为基于CPF的功能性食品的合理设计提供了宝贵的见解，这些食品具有定制的质地和结构特性。
引言
水凝胶是一种高度亲水的三维网络，具有独特的性质（柔软性、润湿性、响应性和生物相容性），使其在食品加工、组织工程、药物输送和生物研究中得到广泛应用（Liu等人，2020年）。随着全球对“清洁标签”的需求增加，天然食品成分（如蛋白质或多糖）成为首选原料，因为它们比合成聚合物具有更好的生物相容性和更低的毒性（Cui等人，2022a；Ye等人，2024年）。此外，结合多糖和蛋白质的复合系统通常比单组分系统更能有效调节凝胶性能（Wang等人，2025a），因此在功能性凝胶设计中受到越来越多的关注。
植物蛋白因其健康、安全和成本优势而越来越受欢迎（Felix、Cerme?o、Romero和FitzGerald，2019年）。鹰嘴豆是全球产量第二大的豆类作物（Ma、Zhang、He、Xu和Guo，2023年）。作为其主要成分，鹰嘴豆蛋白分离物（CPI）具有均衡的氨基酸组成，必需氨基酸占总氨基酸的36.17%（Patil等人，2024年）。此外，其致敏性显著低于大豆和牛奶蛋白，适合用于植物性饮食（Grasso、Lynch、Arendt和O'Mahony，2022年）。然而，CPI的溶解性差、起泡能力弱且消化率低，限制了其在食品加工中的应用（Liu等人，2025年）。因此，修改CPI以增强其功能特性对于满足食品工业的需求至关重要。
将蛋白质转化为淀粉样纤维是一种先进且高效的修饰策略。在特定的酸性条件和高温（70-90°C）下，球状蛋白质可以水解并自组装成高度有序的纤维结构，其特征是平行或反平行排列的β-折叠片（Liu等人，2025年）。与天然状态相比，淀粉样纤维具有极高的长宽比，这赋予了它们更高的机械强度、热稳定性和凝胶网络稳定性（Zhang等人，2024a）。目前，已经成功地从大豆蛋白分离物（Zhang等人，2026年）、熊猫豌豆蛋白分离物（Ge等人，2022年）和豌豆蛋白分离物（Zhang等人，2025b）中制备出了淀粉样纤维。关于鹰嘴豆蛋白淀粉样纤维（CPF）的研究主要集中在纤维化过程和基本特性上。Li等人（2021a）观察到，延长加热时间可以促进鹰嘴豆蛋白从短的原纤维转变为更长、更硬的纤维。同时，Zhang等人（2025a）研究了加热时间和NaCl浓度对CPF形态的影响。尽管对这些纤维化过程和CPF功能特性的研究很有价值，但关于CPF作为复合水凝胶功能构建块的研究仍然不足。据报道，CPF的刚性纤维结构具有较差的网络缠结能力，表明其直接形成水凝胶的能力较弱（Li等人，2021a）。因此，有必要进一步探索新型CPF产品，以扩展其在食品工业中的应用。
目前有许多研究表明，可以使用植物蛋白淀粉样纤维和生物聚合物（例如多糖、蛋白质）制备复合水凝胶。Ren等人（2024a）制备了Genipin交联的小麦面筋淀粉样纤维/壳聚糖双网络水凝胶，并研究了其对阿魏酸的包封效果。Ge等人（2022）报道，由熊猫豆蛋白淀粉样纤维和豌豆蛋白分离物组成的水凝胶表现出增强的凝胶强度。κ-卡拉胶（κ-C）是一种来自海藻的硫酸化阴离子多糖，在食品工业中广泛用于制备高强度、热可逆的水凝胶（Yan、Du、Jiang、Xu和Wu，2022年）。κ-C可以通过与蛋白质交联来制备复合水凝胶。目前已有报道表明，κ-C可以与虾粉（Wang等人，2025a）、猪肌纤维蛋白（Li等人，2023年）、豌豆蛋白（Zhang等人，2025b）、藻蓝蛋白（Lei、Zhao、Li、Wang和Wang，2022年）以及乳清蛋白分离物（Wu、Huang、Chen、Li和He，2025年）形成复合水凝胶。此外，κ-C与淀粉样纤维结合后可以形成复合水凝胶，其机械性能优于对照组（Usuelli等人，2021年）。尽管有这些发现，但关于κ-C与植物来源淀粉样纤维结合的研究仍然有限。尽管最近的研究表明κ-C和CPF可以制备出具有更好机械性能和稳定性的乳液凝胶（Zhang等人，2025a），但直接通过它们形成的水凝胶的潜力尚未实现，其基础凝胶机制也尚未阐明。此外，纤维化过程在动力学上非常复杂且高度可调，加热时间对纤维形态、产量和组装能力至关重要（Li等人，2021a）。然而，一个核心挑战仍然是如何通过精确调节CPF的形态来精确设计κ-C复合水凝胶的性能，这对于构建具有目标质地和稳定性的植物来源清洁标签水凝胶至关重要。
因此，我们假设在CPF形成过程中增加加热时间可以系统地改变CPF的形态，从而生产出具有可调流变性能和功能特性的κ-C/CPF复合水凝胶。为了验证这一假设，通过ThT荧光光谱和透射电子显微镜（TEM）确认了不同加热时间（0小时、1小时、2小时和8小时）下CPF的纤维形成和形态。使用宏观成像验证了由κ-C和CPF组成的复合凝胶的形成。为了验证复合凝胶的可调性，对样品的流变性能、非线性粘弹性行为、水分分布模式、热稳定性和微观结构进行了表征。随后，通过傅里叶变换红外（FTIR）光谱和荧光光谱阐明了CPF在不同构象下与κ-C结合的潜在机制。这项研究可以为CPF在食品工业中的加工和利用提供理论基础。
材料与化学品
鹰嘴豆蛋白分离物（CPI，含80%蛋白质）由山西汉安生物科技有限公司提供。κ-卡拉胶、HCl、NaOH、磷酸盐缓冲液（PBS）和KBr购自上海麦克林生物科技有限公司。Thioflavin T（ThT）和8-氨基-1-萘磺酸（ANS）由美国密苏里州圣路易斯的Sigma-Aldrich公司提供。磷钨酸和碳膜由河南中晶凯技科技有限公司提供。BCA蛋白测定试剂盒由...
不同加热时间下CPF的表征
ThT荧光被认为是一种高效且敏感的方法，用于监测类似淀粉样的纤维的形成，因为ThT染料特异性地结合在纤维表面的β-折叠结构上（Yang、Wang、Du和Chen，2023年）。如图1A所示，随着加热时间的延长（0至8小时），ThT荧光强度显著增加（p < 0.05），其中CPF8的荧光强度最高。此外，TEM可以直接观察蛋白质的形态特征...
结论
长时间加热（0-8小时）促进了CPF的延长和成熟，CPF8的纤维结构最为完整。CPF与κ-C的结合使得凝胶的稳定性得到提高，且随着CPF加热时间的延长，凝胶性能进一步改善。与单独使用κ-C的组相比，κ-C/CPF8复合凝胶的G*值和热分解温度分别提高了235%和6.27%。
作者贡献声明
潘玉楠：研究。
臧晓蕾：研究。
张琳达：撰写——初稿、验证、方法学、研究、数据分析、概念化。
王策：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取。
赖斌：研究。
严佳楠：研究。
刘嘉成：研究。
吴海涛：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取
未引用的参考文献
Ben-Harb等人，2017年；Secil等人，2021年。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（32472488）、辽宁省科技厅博士启动基金（2025-BS-0469）以及辽宁省本科院校基本科研经费专项（LJBKY2025029）的支持。图表支持来自Figdraw。
