《LWT》：Green synthesis of wampee polysaccharide-Fe (II): Structural characterization, stability, bioactivity and digestive properties
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为解决植物基肉类似物质构和咀嚼性不足的问题，本研究开发了一种新型脂肪替代品。研究人员利用金属-酚醛网络（MPN）改性大豆分离蛋白（SPI）稳定的高内相乳液（HIPE），将其应用于植物基肉饼。结果表明，MPN虽然增大了乳液滴粒径，但显著增强了TGase催化的蛋白质交联，构建了更致密的蛋白网络，从而将肉饼的硬度和咀嚼性分别提升至58.89 N和51.16 N，且持水力增强。该工作为开发下一代可持续脂肪替代品、提升植物肉品质提供了新策略。
在追求健康与可持续饮食的浪潮中，植物基肉制品（又称植物肉）成为了市场宠儿。然而，一个“灵魂拷问”始终困扰着研发者与消费者：植物肉吃起来为什么总感觉“柴”或“散”，缺乏真肉那种饱满多汁、富有嚼劲的口感？其核心挑战之一在于“脂肪”的替代。传统植物油在加工中容易流失，难以在植物蛋白基质中形成稳固的网络，导致产品质构松软、汁水保持能力差。为了克服这一“卡脖子”难题，食品科学家们将目光投向了“高内相乳液”（High Internal Phase Emulsion, HIPE）。HIPE是一种油相体积分数极高（≥0.74）的浓稠乳液，其紧密堆积的液滴可赋予产品类似凝胶的质感和高粘度，是理想的脂肪替代候选者。但普通的HIPE稳定性有限，与周围蛋白基质的相互作用不强，提升质构的效果仍有待挖掘。为此，研究人员开始探索如何给HIPE的“保护壳”——乳化剂进行“升级改造”。
本研究发表在《LWT - Food Science and Technology》期刊上，题为“Green synthesis of wampee polysaccharide-Fe (II): Structural characterization, stability, bioactivity and digestive properties”。研究团队独辟蹊径，引入了一种被称为“金属-酚醛网络”（Metal-Phenolic Network, MPN）的先进界面工程技术。他们选取天然多酚明星成分——表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）与三价铁离子（Fe3+），共同修饰大豆分离蛋白（Soy Protein Isolate, SPI），构建了SPI-EGCG-Fe3+复合物，并用其来稳定HIPE。其核心假设是：界面上的MPN能够作为一种“分子桥梁”，极大地增强乳液液滴与植物蛋白基质（通常由谷氨酰胺转氨酶（TGase）催化交联形成）之间的相互作用，从而构建出更坚固、更致密的整体网络结构，最终实现植物肉制品质构的飞跃。这项研究不仅旨在解决植物肉的口感官瓶颈，也为开发新一代高性能、可持续的脂肪替代平台提供了创新思路。
为验证上述构想，研究团队主要运用了以下几项关键技术方法：首先，通过将SPI、EGCG和FeCl3溶液共混制备了SPI-EGCG-Fe3+复合物，并利用冷冻干燥技术获得粉末。其次，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、荧光光谱、圆二色谱（CD）和表面疏水性测定，系统分析了MPN修饰对SPI分子结构（包括二级结构和三级结构）的影响。接着，以复合物为乳化剂，与菜籽油高速均质制备HIPE，并通过光学显微镜和激光粒度分析仪表征其液滴大小、微观结构及储藏稳定性。同时，在加速氧化条件下（60°C，7天）通过测定过氧化值（PV）和对茴香胺值（p-AV）评估了乳液的脂质氧化稳定性。然后，以水化组织化大豆蛋白为基料，掺入上述HIPE作为脂肪相，并添加TGase，经成型和温育交联后制成植物基肉饼。对肉饼的颜色、水分分布（采用低场核磁共振技术LF-NMR）、质构剖面（TPA）和烹饪损失进行了全面评价。最后，为了在分子层面阐明机理，研究构建了简化的凝胶模拟体系（SPI浓度为150 g/L，掺入HIPE，并用TGase诱导凝胶化），并通过扫描电子显微镜（SEM）观察微观结构，通过流变学测量（频率扫描、振幅扫描、粘度曲线）分析其力学性能和网络强度，并测定了其持水能力（WHC）。
3.1. FTIR分析
通过比较SPI、SPI-EGCG和SPI-EGCG-Fe3+的红外光谱发现，EGCG的引入使酰胺A带发生蓝移，表明SPI与EGCG间存在氢键和疏水相互作用。而MPN（SPI-EGCG-Fe3+）的酰胺A带则向更小的波数移动，这可能是由于Fe3+-EGCG配位键的形成。酰胺I带和酰胺II带的轻微红移则提示蛋白质链在复合过程中发生了重排。
3.2. 荧光光谱分析
SPI的特征荧光发射峰在~337 nm。加入EGCG或MPN后，发射峰分别红移至352 nm和353 nm，且荧光强度显著降低（SPI > SPI-EGCG > SPI-EGCG-Fe3+）。这表明EGCG和MPN与SPI的结合改变了其三级结构，使色氨酸等残基暴露于更亲水的环境，并发生了荧光淬灭。
3.3. 蛋白质的二级结构
圆二色谱分析显示，与SPI相比，SPI-EGCG的β-折叠含量从37%增至42%，SPI-EGCG-Fe3+则进一步增至45%，而β-转角和无规卷曲含量减少。这表明MPN修饰促进了蛋白质骨架部分展开和重排，使其向更有序的β-折叠结构转变。
3.4. 蛋白质的表面疏水性
EGCG和MPN的引入均显著降低了SPI的表面疏水性，且MPN的作用更为明显。表面疏水性的降低主要归因于亲水性羟基的引入、与SPI疏水区域的结合以及局部微环境的改变。
3.5. 蛋白质的粒径和溶解度
复合EGCG或MPN后，SPI的粒径增大，其中SPI-EGCG-Fe3+的粒径最大，表明发生了蛋白质聚集。溶解度方面，EGCG使SPI溶解度从28%升至39%，而MPN（含Fe3+）则使其略降至27%，这可能是由于强烈的蛋白质聚集降低了水合能力。
3.6. HIPE的粒径、微观结构及储藏稳定性
MPN修饰显著改变了SPI的乳化能力。SPI稳定的HIPE平均粒径为6.10 μm，SPI-EGCG稳定的增至8.93 μm，而SPI-EGCG-Fe3+稳定的HIPE粒径急剧增大至35.03 μm。光学显微镜观察也证实了液滴尺寸的增大。在7天储藏过程中，MPN修饰的HIPE出现了更明显的相分离和液滴聚集，稳定性较差。
3.7. 脂质氧化稳定性分析
尽管Fe3+具有促氧化潜力，但包裹在HIPE中的油脂氧化稳定性显著优于游离油。其中，SPI-EGCG稳定的HIPE因EGCG的抗氧化作用，提供的保护最强（7天后PV仅8.43 mmol/kg），SPI-EGCG-Fe3+次之（PV为19.23 mmol/kg），均优于SPI对照组（PV为25.29 mmol/kg）。这表明MPN的形成在一定程度上缓和了Fe3+的促氧化效应。
3.8. 肉饼的颜色评价
添加EGCG对肉饼颜色影响不大，但MPN（SPI-EGCG-Fe3+）的引入显著降低了肉饼的亮度（L）、红度（a）和黄度（b*）值。这被认为是EGCG的儿茶酚配体与Fe3+螯合产生紫色所致。
3.9. 肉饼的水分分布
低场核磁共振分析显示，与对照（P-SPI）相比，使用MPN修饰HIPE制成的肉饼（P-SPI-EGCG-Fe3+）其紧密结合水（T21）和不易流动水（T22）的弛豫时间峰左移最明显，表明其水分子与基质的结合更为紧密，持水能力最强。
3.10. 肉饼的质构特性与烹饪损失
质构分析表明，使用MPN修饰HIPE的肉饼（P-SPI-EGCG-Fe3+）获得了最优的质构参数：硬度（58.89 N）、胶着性（51.75 N）和咀嚼性（51.16 N），均显著高于SPI对照组和仅添加EGCG的组。其硬度值与文献报道的纯牛肉饼（>50 N）相当。烹饪损失在各组间无显著差异，均约为8%。
3.11. 凝胶的持水能力与微观结构
在模拟凝胶体系中，掺入MPN修饰HIPE的凝胶（G-SPI-EGCG-Fe3+）持水能力最高。扫描电镜观察显示，该凝胶具有最光滑、最致密的波浪状结构，而对照组的凝胶结构则相对疏松多孔。
3.12. 凝胶的流变学特性
流变学测试进一步证实了MPN对凝胶网络的增强作用。G-SPI-EGCG-Fe3+凝胶表现出最高的表观粘度、储能模量（G′）和损耗模量（G″）。振幅扫描显示，其线性粘弹区范围最宽（应变至~0.81%），且在该区域内的G′值（~19,000 Pa）远高于对照组，表明MPN修饰形成了结构更完整、弹性更强、能承受更大形变的稳固网络。
本研究成功开发并验证了一种基于MPN界面工程的新型HIPE脂肪替代策略，用于显著提升植物基肉饼的质构。尽管MPN修饰增大了HIPE的液滴尺寸，降低了其物理稳定性，但这恰恰是其发挥“结构增强剂”作用的关键。MPN（特别是EGCG-Fe3+）充当了高效的“分子交联增强剂”，它通过多种分子间作用力（配位键、氢键等）改变了SPI的构象，并在TGase催化的蛋白质凝胶化过程中，极大地促进了乳液界面与周围蛋白基质之间的交联，诱导形成了更致密、更聚集的三维网络结构。这一根本性改变，在宏观上体现为肉饼硬度、咀嚼性等质构参数的显著提升，甚至达到了与动物肉相媲美的水平，同时持水能力也得到增强。
该研究的结论具有双重重要意义。在应用层面，它为解决植物基肉制品长期存在的质构缺陷提供了一条行之有效且富有前景的技术路径，推动了高性能、可持续脂肪替代品的开发。在科学层面，它深入揭示了“乳液界面性质-基质蛋白交联-最终产品质构”之间的构效关系，为未来通过精准界面设计来调控复杂食品体系的结构与功能提供了理论依据和模型参考。当然，MPN引起的颜色变化是需要后续研究优化的问题。但毫无疑问，这项工作标志着在追求美味与可持续兼具的植物肉道路上，科学界又迈出了坚实而创新的一步。
