在热诱导凝胶化过程中,蛋清与蚕豆蛋白之间的相互作用及其对产品质地、流变学和结构特性的影响

《Food Chemistry》:The interaction between egg white and faba bean protein during the heat-induced gelling process and its effects on textural, rheological, and structural properties

【字体: 时间:2026年03月18日 来源:Food Chemistry 9.8

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  本研究探究了鸡蛋清与豌豆蛋白复合凝胶的相互作用机制。通过分析不同比例(10:0至0:10)复合凝胶的结构、质构及水分保持能力,发现疏水相互作用增强导致异步网络形成,孔隙率增加及自由水比例上升,进而影响质构和水分保持性能。

  
Fangzhou Wang|Romdhane Karoui|Christophe Blecker
比利时列日大学Gembloux Agro-Bio Tech食品科学与配方系,5030 Gembloux,比利时

摘要

在热诱导凝胶化过程中,蛋清(EW)与蚕豆蛋白(FP)之间的相互作用损害了最终产品的性能,这一现象在食品加工中不容忽视。本研究探讨了在EW/FP比例为10:0、8:2、6:4、4:6、2:8和0:10时,蛋白质在凝胶化过程中的行为以及凝胶基质的结构特征,以揭示其机制。结果表明,EW-FP相互作用导致蛋白质表面疏水性增加了7.28%、11.45%、13.11%和5.43%,分别对应8:2、6:4、4:6和2:8组,这导致了网络形成的不同步,并进一步形成了孔隙率更高、自由水比例更大的微观结构。同时,在复合凝胶的结构中检测到更多的疏水相互作用和较少的二硫键。这一系列连锁反应导致了质地和持水能力的改变。

引言

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。

材料

液态巴氏杀菌蛋清(每100克含10.71克蛋白质、0.20克脂肪、0.81克碳水化合物)由Lodewijckx Group & Cocovite(比利时Laakdal)提供,并在使用前进行了冻干处理。蚕豆(Vicia faba L. var. Nebraska)在德国种植,并于2017年农业季节采集样本。1-苯胺萘-8-磺酸(ANS)购自Cayman Chemical Company(供应商 – Sanbio B·V,荷兰)。所有其他化学品均为分析级。

蚕豆蛋白的湿法提取和成分分析

质地特性

通过两循环压缩法获得了EW-FP复合凝胶的质地数据,结果如图1(A、B、C、D和E)所示。EW凝胶(10:0组,同下文)的硬度、韧性和黏性值较高,表现出较强的强度;而FP凝胶(0:10组,同下文)的这些值显著较低,强度较低。对于混合组,硬度和

结论

在不同比例下,热诱导的EW-FP混合凝胶表现出特定的结构、质地和流变特性,包括硬度、韧性、黏性的拮抗降低,以及弹性的协同增强。这些效应归因于EW-FP之间的相互作用,它们调节了热结构化过程中的蛋白质展开和聚集。具体而言,过度暴露的疏水性加速了凝胶化过程。

作者贡献声明

Fangzhou Wang:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 原稿,可视化,方法学,研究,数据分析。Romdhane Karoui:监督,方法学,数据分析。Christophe Blecker:撰写 – 审稿与编辑,验证,监督,方法学,研究,概念化。

资助

本研究未获得公共部门、商业部门或非营利组织的任何特定资助。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢Inès Othmeni(法国阿图瓦大学,阿拉斯)、Imane Boukhers(法国阿图瓦大学,阿拉斯)和Jin Xie(中国农业科学院,北京)在蛋白质结构分析方面的帮助,以及Marjorie Servais(比利时Gembloux教学与研究中心)、Mariem Boukraa(比利时Gembloux教学与研究中心)和Audrey Haenen(比利时Gembloux教学与研究中心)在实验材料准备方面的协助。
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