基于界面吸附动力学和界面蛋白构象的κ-卡拉胶在肌原纤维蛋白乳液中增强乳液稳定性的机制

《Food Hydrocolloids》:Underlying the enhancement mechanism of emulsion stability in myofibrillar protein emulsions by κ-carrageenan based on interfacial adsorption kinetics and interfacial proteins conformation

【字体: 时间:2026年03月06日 来源:Food Hydrocolloids 12.4

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  κ-角叉藻胶通过促进肌原纤维蛋白界面吸附动力学和构象变化增强乳液稳定性,最佳添加浓度为0.3%。研究揭示了疏水基团暴露、界面膜增厚及动力学参数改善的协同机制,高浓度(0.4%)因竞争吸附位点导致稳定性下降。

  
姚文静|刘玉桐|刘亚杰|王安琪|孔宝华|冯洋洋|黄新宁|李敏|刘倩|曹传奈
东北农业大学食品科学学院,中国黑龙江省哈尔滨市150030

摘要

本研究主要从界面吸附动力学和界面蛋白质构象变化的角度,探讨了κ-卡拉胶(KC)增强肌原纤维蛋白(MP)乳液稳定性的机制。结果表明,添加KC显著提高了MP乳液的乳化活性、稳定性以及ζ电位,并有效减小了其粒径,最佳添加浓度为0.3%(P < 0.05)。微观结构分析也证实了这一结果。此外,KC促进了MP疏水基团的暴露,使其更容易向油水界面扩散,从而形成更厚的界面蛋白质膜,进而增强了MP乳液的稳定性。界面吸附动力学分析显示,KC显著提高了MP在油水界面的扩散、渗透和重排速率(P < 0.05)。与纯MP相比,MP-KC混合物的界面蛋白质具有较低的内源性荧光强度、更高的表面疏水性和β片层含量(P < 0.05)。然而,高浓度的KC(0.4%)会竞争MP的吸附位点,破坏界面蛋白质膜的完整性和稳定性。本研究为KC在稳定食品乳液中的应用提供了新的见解,并加深了对MP在胶体处理下油水界面吸附行为的理解。

引言

乳化肉糜产品是一种典型的油包水(O/W)乳液(Lam & Nickerson, 2013)。在这种体系中,脂肪颗粒均匀分散在乳化肉糜基质中,被肉蛋白包裹,从而维持乳液内部水相和油相的平衡(Li, Zhao等人,2024)。肌原纤维蛋白(MP)作为乳化肉糜系统中的主要功能成分,约占总肉蛋白含量的55-60%(Yao等人,2024)。MP是一种天然乳化剂,在维持乳液稳定性方面起着关键作用(Wu等人,2024),并对保持乳化肉制品的质量特性至关重要(Cao等人,2021)。在高速斩切过程中,由于浓度或聚集体的大小影响,MP的疏水氨基酸通过空间位阻迅速扩散到脂肪颗粒表面,形成一层薄的界面蛋白质膜(Cha等人,2019)。为了克服吸附过程中的能量障碍,MP分子在界面处发生展开,失去原有结构(Wu等人,2024)。由于疏水相互作用,MP分子进一步展开,最终形成一层厚而致密的界面蛋白质吸附膜(Zhang, Lu, Zhao, & Xu, 2022)。界面蛋白质膜一方面通过降低界面张力防止油滴聚集来维持乳液稳定性(Rajasekaran等人,2023);另一方面,较厚的界面蛋白质膜通过抵抗外部机械应力减少乳液系统内的絮凝和聚集,从而维持乳液稳定性(Han等人,2021)。然而,由于MP分子相对较大的粒径和较低的扩散速率(Kdiff),与其他天然蛋白质相比,它们难以快速吸附到界面并形成稳定的乳液(Li, Yu等人,2024)。这导致MP乳液在储存过程中容易发生聚集、絮凝甚至分层和沉淀,最终导致油水分离(Zhang等人,2025)。因此,需要采取有效措施优化MP的乳化性能,以满足其作为乳化肉制品的生产和加工需求。
目前,已采用物理处理技术(超声波、超高压、微流化等)(Rajasekaran等人,2023;Li, Li., 2025;Han, Feng, Yang, Tang, & Gao, 2023)和化学改性方法(pH值调整等)(Zhou, Feng, & Zhang, 2023)来优化MP的乳化性能。然而,这些方法都有其局限性。通常,超声波、超高压和微流化处理需要严格控制设备参数,并且可能会对MP的结构造成一定程度的损伤;pH值调整需要消耗大量酸碱试剂,对环境产生负面影响。近年来,直接添加胶体作为绿色改性剂来调节MP的乳化性能受到了研究人员的广泛关注(Chai, Xu, & Zhao, 2025)。大量研究表明,胶体作为一种天然生物分子,可以通过静电、疏水力、范德华力等与MP相互作用(Huang等人,2023;Ren等人,2024)。这种相互作用可以增加乳液系统的粘度,减缓油滴的聚集,并提高乳液稳定性(Wang等人,2023)。此外,一些研究表明,MP乳液或MP-胶体乳液的稳定性本质上取决于MP或MP与胶体在油水界面的相互作用,形成稳定的界面蛋白质膜(Zhao, Zhao, & Xu, 2025)。众所周知,蛋白质从水相向油水界面的扩散主要通过三个过程:扩散、渗透和重排(Han等人,2021;Zhang, Lu等人,2022)。对于蛋白质和胶体的混合体系(Rodríguez & Pilosof, 2011),当蛋白质和胶体带有相同电荷时,两者都会吸附到界面;由于表面活性的差异,会发生竞争性吸附。相反,当蛋白质和胶体带有相反电荷时,它们通过静电相互作用,胶体会跟随蛋白质吸附到界面并发生层状吸附(Zhao等人,2025)。因此,研究MP或MP与胶体在油水界面的吸附行为和构象变化对MP-胶体乳液稳定性的影响至关重要。
κ-卡拉胶(KC)作为一种典型的胶体,可以有效提高乳化肉糜的稳定性,广泛应用于乳化肉糜体系中(Lin, Li等人,2025)。目前关于KC和MP乳液的研究主要集中在加热后形成的MP-KC乳液的凝胶性能上(Bakry, Huang, Zhai, & Huang, 2019;Yao等人,2026)。实际上,MP-KC乳液的稳定性对其保水、保油和质地特性具有决定性影响(Yao等人,2026)。因此,理解KC稳定MP乳液的机制至关重要。此外,KC作为一种优良的蛋白质乳化稳定剂,已被证明可以改善多种天然蛋白质(如乳清蛋白分离物、大豆蛋白、牛奶蛋白等)的乳液稳定性(Liang等人,2024;Wang, Sun, Ji, & Xia, 2024;Xu等人,2024)。然而,关于KC对MP乳化性能影响的报道较少,尤其是其对MP在油水界面吸附行为的影响以及界面MP构象变化的研究尚不明确。
因此,在本研究中,向O/W MP乳液中添加了不同浓度的KC,并通过测定EAI、ESI、三维(3D)荧光光谱、粒径、ζ电位和微观结构来研究KC对MP乳液稳定性的影响。随后,通过动态界面张力变化、界面吸附动力学和界面蛋白质构象等指标进一步分析了MP的界面行为。本研究旨在揭示KC增强MP乳化性能的机制,并为未来研究胶体改善MP乳化性能提供理论参考。

材料与化学试剂

新鲜猪长肌肉从B.U.T.市场(中国哈尔滨)购买,猪油从安琪集团(中国宜昌)购买。κ-卡拉胶(KC,纯度99%)从贝连生物科技有限公司(中国上海)购买。十二烷基硫酸钠(SDS)和1-氨基-8-萘磺酸(ANS)从Sigma Chemical公司(美国密苏里州圣路易斯)购买。实验中使用的所有试剂均为分析级。

MP的提取

MP的提取方法参考了Wei等人(2025)的研究。

EAI和ESI

EAI和ESI可用于评估MP乳液的稳定性。EAI反映了蛋白质吸附到油滴表面的能力,而ESI反映了蛋白质乳液抵抗相分离的能力,两者都与乳液的连续相和分散相相关(Zou, Zhao, Sun, Dong, & Yu, 2020)。图1A显示,纯MP乳液的EAI和ESI分别为0.73 m2/g和71.7%。与纯MP乳液相比,添加KC后...

结论

本研究从界面吸附动力学和界面蛋白质构象变化的角度,揭示了KC对MP乳液稳定性的影响。与纯MP乳液相比,添加KC后,更多MP从水相吸附到猪油滴表面,改善了吸附动力学(π, Kdiff, Kp, Kr),并增加了界面蛋白质膜的厚度。同时,KC促进了MP在界面的展开...

CRediT作者贡献声明

冯洋洋:软件处理、数据整理。李敏:数据可视化、验证。黄新宁:验证、正式分析。姚文静:初稿撰写、方法设计、实验设计、数据整理。曹传奈:撰写、审稿与编辑、监督、概念构思。刘倩:撰写、审稿与编辑、监督、资金申请、概念构思。孔宝华:数据可视化、资源准备。王安琪:方法设计、正式分析。刘亚杰:软件处理、实验设计。

未引用参考文献

Chai等人,2025;Li等人,2025;Li等人,2024;Lin等人,2025;Yang等人,2023;Zhang等人,2022。

利益冲突声明

作者声明与本研究无利益冲突。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金(资助编号:32472383和32502089)、中国博士后科学基金(资助编号:2023M740572)、黑龙江省自然科学基金(LH2024C030)和黑龙江省博士后科学基金(资助编号:LBH-Z23073)的支持。
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