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蓝莓果渣多糖（BPP）通过优化Na+诱导的SPI凝胶结构显著提升凝胶硬度（49.27±1.23g）和持水能力（93.08±0.60%），其分子机制以疏水相互作用为主，辅以静电作用，过量BPP会破坏网络平衡。
葛远飞|李建宁|刘晓颖|刘佳丽|杨柳青|李晓敏|王楚燕
合肥大学生命与健康科学学院、环境工程学院，中国合肥230601
摘要
本研究探讨了蓝莓渣多糖（BPP）对钠离子诱导的大豆蛋白分离物（SPI）凝胶化作用的剂量依赖性效应及其相互作用机制，重点关注其对凝胶形成、物理化学性质以及BPP-SPI/Na+复合凝胶分子相互作用机制的影响。结果表明，BPP显著增强了凝胶化效果，最佳浓度为4.0%时凝胶性能最佳。具体而言，该凝胶的硬度为49.27?±?1.23?g，持水能力（WHC）为93.08?±?0.60%。扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观察发现，BPP的加入促进了SPI颗粒的聚集，改善了颗粒的空间排列，并增强了凝胶系统的均匀性。傅里叶变换红外光谱（FTIR）、内在荧光光谱和蛋白质溶解度分析表明，由Na+介导的电荷屏蔽作用和BPP诱导的蛋白质重排促进了凝胶网络的形成，而静电相互作用起次要调节作用。然而，过量的BPP会破坏非共价相互作用的平衡，从而影响凝胶网络的稳定性。这些发现为开发可持续的植物基凝胶系统提供了宝贵见解，并突显了蓝莓渣作为食品功能材料的潜力。
引言
随着消费者对食品生产中可持续和功能性植物基材料需求的增加，大豆蛋白分离物（SPI）已成为各种应用（包括凝胶、肉类替代品和乳制品替代品）的有希望的选择[1]、[2]、[3]。尽管SPI具有多功能性，但它仍极易受到加工过程中热处理和pH值波动等外部因素的影响。这些因素常常导致热诱导凝胶的质地松散和网络结构不稳定[4]、[5]。此外，SPI在温和条件下的凝胶化能力有限[6]、[7]。虽然已知钠离子（Na+）可以通过屏蔽表面电荷和促进聚集来诱导SPI凝胶化[8]，但由此形成的凝胶通常结构不牢固、持水能力低且质地粗糙，主要是由于交联不足以及依赖Na+浓度[8]、[9]。这些固有的局限性限制了SPI凝胶在高水分、对质地敏感的食品产品中的广泛应用。
在这方面，人们越来越关注天然多糖调节SPI构象转变和凝胶网络形成的潜力[10]、[11]、[12]。研究表明，如塞斯巴尼亚胶、高粱麸阿拉伯木聚糖和壳聚糖等多糖可以通过静电作用、氢键作用和疏水作用改善SPI凝胶的流变性和质地[5]、[13]、[14]、[15]。这些改善效果高度依赖于多糖的浓度、分子结构以及主导相互作用力的性质。然而，大多数研究集中在来自特定作物（如瓜尔胶、果胶）或海洋资源（如海藻酸、卡拉胶）的多糖上，这些资源的生产成本较高且对环境有影响[16]、[17]、[18]、[19]。此外，不同类型多糖的调节机制存在显著差异，目前尚缺乏普遍认识[13]、[20]、[21]。因此，探索来自可持续、未充分利用来源的替代多糖并阐明它们与SPI的具体相互作用机制在科学和工业上都具有意义。
蓝莓渣是生产蓝莓汁或提取物过程中的主要副产品，通常被作为废物丢弃，导致资源浪费和环境负担[22]、[23]。蓝莓渣富含多糖、可溶性膳食纤维和酚类化合物，其在高价值利用方面的潜力日益受到重视[24]、[25]、[26]。研究表明，蓝莓渣多糖（BPP）含有半乳糖醛酸等单糖残留物，并具有活性官能团（如羧基和羟基）[27]。这些特性使BPP能够通过非共价作用（包括氢键、疏水作用和静电作用）与蛋白质分子相互作用，从而影响蛋白质的凝胶化行为。与传统多糖（如海藻酸和果胶）相比，BPP具有明显优势：（i）它来源于农业副产品，符合循环经济原则；（ii）其中性糖组成和结合的酚类残留物可能提供额外的疏水相互作用位点[27]。尽管具有这些优点，但目前尚无研究系统探讨BPP如何调节Na+诱导的SPI凝胶化。关于以下方面仍存在关键知识空白：（a）BPP对凝胶性能和微观结构的剂量依赖性效应；（b）BPP-SPI-Na+三元体系中主导分子间力的作用；（c）BPP是否能够将不稳定的Na+诱导SPI网络转化为均匀、有弹性的凝胶。
本研究旨在系统探讨BPP对Na+诱导SPI凝胶化的剂量依赖性效应，并探究凝胶形成的分子机制。通过构建复合凝胶并应用现代分析技术进行物理化学表征，研究揭示了BPP在Na+存在下如何调节SPI凝胶的结构性质和相互作用，以及如何增强凝胶网络。这项研究的实施不仅为改进植物基蛋白质凝胶的质量提供了新的理论框架和技术基础，也为农业副产品（如蓝莓渣）的高价值再利用提供了支持，符合现代食品行业的可持续发展要求。
材料与试剂
SPI（CAS 9010-10-0）购自上海宇源生物技术有限公司（中国上海）。BPP（平均分子量：5.06?×?104?Da；中性糖：55.56?±?1.12%；尿苷酸：21.47?±?0.87%；蛋白质：4.89?±?0.11%）来自实验室样品。Tris（羟甲基）甲氨基甲烷（Tris，CAS 77–86-1）、甘氨酸（CAS 56–40-6）、乙二胺四乙酸二钠（Na2EDTA，CAS 6381-92-6）、十二烷基磺酸钠（SDS，CAS 151–21-3）、尿素（CAS 57–13-6）等试剂也用于实验。
质地性质和持水能力分析
不同复合凝胶的质地参数如图1A-1C所示。与SPI/Na+凝胶相比，加入BPP后复合凝胶的硬度显著提高。随着BPP浓度的增加，硬度从29.25?±?2.97?g增加到49.27?±?1.23?g。然而，过量的BPP（BPP-SPI/Na+-5）可能导致复合凝胶内部的立体阻碍增加，从而改变带负电荷多糖之间的排斥力。
结论
本研究系统探讨了BPP对Na+诱导SPI复合凝胶凝胶化行为和结构特性的剂量效应关系，并提出了合理的凝胶化机制假设。研究结果表明，在最佳浓度（4.0%）下加入BPP显著增强了SPI的凝胶化性能，改善了质地、持水能力和热稳定性。
作者贡献声明
葛远飞：撰写 – 审稿与编辑、撰写初稿、软件使用、数据分析、概念构思。李建宁：软件使用、数据分析。刘晓颖：数据管理。刘佳丽：验证。杨柳青：项目管理。李晓敏：监督。王楚燕：资金筹集、概念构思。
致谢
本研究得到了安徽教育委员会自然科学科研项目（2024AH051535）、安徽省优秀科研创新团队（2023AH010050）、合肥大学人才研究基金项目（23RC25）、安徽省重点研发计划（2023n06020021）以及合肥市自然科学基金（HZR2443）的支持。
