如今,食品工业中广泛使用植物蛋白部分替代动物蛋白,以降低生产成本、满足不断增长的消费需求,并实现可持续发展目标(Augustin & Cole, 2022)。牛奶、鸡蛋、肉类和海鲜等动物蛋白仍然是最重要的蛋白质来源,它们在营养、感官和功能方面具有许多优势,这些优势无法完全被植物蛋白替代(Alves & Tavares, 2019; Day, 2013; Silva et al., 2019)。部分使用植物蛋白不仅可以减少动物蛋白的用量,还有潜力为复杂系统引入新的功能性(Wu et al., 2019; Wu et al., 2021)。此外,不同蛋白质组分之间的相互作用会产生新的特性,尤其是在混合系统中存在两种或更多类型蛋白质时。越来越多的研究关注这一点,并推动了其在实际生产中的应用(Alves & Tavares, 2019; Grasberger et al., 2021; Lin et al., 2017; Su et al., 2015; Ye et al., 2024; Zou et al., 2025),包括复合蛋白凝胶的研究,旨在利用动物蛋白和植物蛋白的优良凝胶化特性。
蚕豆(Vicia faba L)作为一种未来的蛋白质来源,被认为是一种可持续的农产品,因为其固氮能力优于其他豆类,且蛋白质含量高(32–36%),几乎是谷物的两倍(Manickavasagan & Thirunathan, 2020; Rahate et al., 2021)。此外,它还是最便宜的富含赖氨酸的蛋白质来源之一(Punia Bangar & Bala Dhull, 2022)。先前的研究表明,蚕豆蛋白(FP)具有优异的凝胶化性能。Johansson等人(2023)展示了蚕豆中7S和11S球蛋白组分的不同凝胶化特性,以及在不同NaCl添加量下的流变学、机械性能和微观结构变化。Langton等人(2020)得出结论,在pH 7时可以获得最细腻的凝胶微观结构,这与提取方法和NaCl浓度无关。Guldiken等人(2021)发现NaCl和CaCl2都能增强凝胶网络。此外,与大豆和豌豆相比,蚕豆蛋白可以在较低的蛋白质浓度下形成凝胶,并且具有最高的吸水性和吸油性(Fernández-Quintela et al., 1997)。Kim和Chin(2024)报告称,蚕豆蛋白作为肉类产品的添加剂具有良好的持水能力(WHC)。因此,在制备食品凝胶产品时,将蚕豆蛋白引入动物蛋白中可以拓展其应用范围。
蛋清(EW)是人们日常生活中广泛使用的蛋白质,其商业产品也是食品工业的重要原料。大量研究已经深入了解了热诱导凝胶化过程。在加热过程中,蛋白质分子首先部分展开,通过分子间的β-折叠结构聚集,随后由于表面疏水性和二硫键的作用形成凝胶网络(Li et al., 2018)。卵白蛋白和卵转铁蛋白对凝胶网络的形成具有主导作用(Croguennec et al., 2007)。还有一些研究尝试将其与豆类蛋白混合以研究其凝胶化特性。Su等人(2015)将蛋清与大豆蛋白混合制备复合凝胶,研究了其质地、持水能力和微观结构,其中1:1比例组的弹性和持水能力最高。Zhao等人(2024)将蛋清与豌豆蛋白分离物混合,得到了微观结构更紧密的凝胶,其中蛋清在豌豆蛋白网络中起到了填充作用。5:1比例的豌豆蛋白-蛋清混合物的持水能力也得到了改善。然而,在蛋清-豌豆蛋白复合凝胶中也观察到了相分离现象,豌豆蛋白促进了嵌入蛋清网络中的聚集体形成,降低了凝胶的强度(Kuang et al., 2025)。在混合蛋清和豆类蛋白(如大豆和豌豆)时,观察到了协同和拮抗效应。尽管如此,蛋清与蚕豆蛋白混合的凝胶化特性尚未得到研究,因此在将其用于食品产品(如蛋白棒、布丁、三明治饼干馅料)以及医疗用途(如药物输送和吞咽困难食品)之前,有必要全面探讨其潜在价值(Li et al., 2025; Ozcan et al., 2023; Thakur et al., 2018)。
本研究的目的是探讨不同混合比例下EW-FP复合凝胶的凝胶化特性,确定其质地和持水能力(WHC)是否表现出协同或拮抗效应。此外,还研究了蛋白质结构和分子间相互作用的变化,以阐明凝胶形成的机制及EW和FP之间的相互作用性质。
为了实现这些目标,使用了不同的EW:FP蛋白比例(分别为10:0、8:2、6:4、4:6、2:8和0:10)制备了复合凝胶。对混合蛋白凝胶进行了质地分析、流变学和持水能力(WHC)测试。利用荧光光谱、中红外光谱、扫描电子显微镜(SEM)、低场核磁共振(LF-NMR)和分子间力的测定来理解蛋白质结构的变化及EW-FP之间的相互作用。