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鱼胶原肽-多糖复合物对脱脂牛奶凝胶流变学和摩擦学特性的影响

期刊:food chemistryDOI:10.1016/j.foodchem.2025.144203

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告:


鱼类胶原肽-多糖复合物对脱脂牛奶凝胶流变学及摩擦学特性的影响研究

一、作者与发表信息

本研究由Xiaoxuan Zhang、Shijie Wan、Shuojia Liang等作者(来自中国西南大学食品科学学院等机构)合作完成,发表于Food Chemistry期刊(2025年8月15日,第483卷,文章编号144203)。研究聚焦于食品科学领域,探讨了鱼类胶原肽(collagen peptides, CP)与多糖复合物在脱脂酸奶酸化过程中对凝胶结构、流变学和感官特性的影响。

二、学术背景

研究领域:食品化学与胶体科学,重点关注乳制品的功能性改良。
研究动机:尽管胶原肽(CP)已被广泛用于乳制品的稳定化和脂肪替代,但其与多糖的复合物对脱脂酸奶流变学和润滑性能的作用机制尚未明确。脱脂酸奶因脂肪缺失常面临质地粗糙、脱水收缩(syneresis)等问题,亟需通过功能性添加剂改善其品质。
科学问题:CP与不同电荷特性的多糖(如壳聚糖(chitosan, CS)、β-葡聚糖(β-glucan, βg)、透明质酸钠(sodium hyaluronate, HA))的复合物如何调控酸化凝胶的微观结构、流变行为和感官特性?
研究目标:通过多尺度表征(微观结构、光谱学、流变学等)揭示CP-多糖复合物的作用机制,并为低脂乳制品开发提供理论依据。

三、研究流程与方法

  1. 材料与样品制备

    • 研究对象:脱脂牛奶(蛋白质3.6%、脂肪0%)添加0.5% CP及其与CS、βg、HA的复合物(比例从10:0至0:10)。
    • 酸化凝胶制备:样品经85°C热处理后,用葡萄糖酸-δ-内酯(GDL)酸化至pH 4.6,冷藏24小时后测试。
  2. 结构表征

    • 显微技术:扫描电镜(SEM)和共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)观察凝胶网络形貌,显示CP-βg(8:2)复合物显著提升凝胶连续性,而CS和高浓度HA导致酪蛋白胶束(casein micelles, CM)网络断裂。
    • 小角X射线散射(SAXS):酸化后高q区特征峰平滑化,表明胶束聚集和均质化结构形成。
    • 傅里叶变换红外光谱(FTIR):酸化导致酰胺I带α-螺旋和β-折叠结构增加,反映蛋白质有序化。
  3. 功能特性测试

    • 流变学分析:频率扫描显示CP-βg复合物显著提升储能模量(G’),而高比例CS和HA因静电复合物形成破坏凝胶网络。
    • 摩擦学测试:采用仿舌面粗糙度的摩擦仪,CP-βg复合物降低最大摩擦系数(F1=0.27–0.29),对应更佳的口感顺滑性。
    • 脱水收缩率测定:CP单独添加降低脱水收缩5%,而CS和HA因聚电解质复合物形成增加脱水收缩(最高达65.3%)。
  4. 感官评价

    • 定量描述分析(QDA):20名受试者对凝胶的顺滑度、厚度等6项属性评分,CP-βg(8:2)复合物感官综合评分最高(93分以上)。

四、主要结果与逻辑关联

  1. 结构-功能关系

    • CP通过桥接CM与乳清蛋白形成致密网络,减少脱水收缩(SEM与CLSM结果支持)。
    • βg通过氢键增稠连续相,提升黏度(η50=0.18–0.27 Pa·s)和润滑性(摩擦系数降低),而CS/HA因静电作用导致胶束聚集(粒径d50增至106.4 μm),破坏凝胶均一性。
    • SAXS数据表明,CP-多糖复合物延缓酸化过程中胶束内部结构坍塌,支持其稳定作用。
  2. 感官性能的物理基础

    • 低摩擦系数(CP-βg)与高感官顺滑度直接相关,而大粒径(CS/HA复合物)导致颗粒感(PCA分析显示d50与“无结块”属性负相关)。

五、结论与价值

科学价值
- 揭示了CP-多糖复合物通过静电、氢键等相互作用调控CM网络的机制,填补了酸性凝胶多尺度结构-功能关系的理论空白。
应用价值
- 提出CP-βg(8:2)为最优配比,可显著提升脱脂酸奶的质地和口感,为低脂乳制品开发提供配方依据。
创新性方法
- 结合SAXS与摩擦学,建立了从纳米结构到口腔润滑的全链条分析框架。

六、研究亮点

  1. 关键发现
    • 0.5% CP-βg(8:2)复合物同步提升凝胶连续性、黏度和感官顺滑性,脱水收缩率降低至14.7%。
    • 首次报道HA在低浓度(8:2)时通过负电荷稳定CM,但高浓度引发桥联絮凝。
  2. 方法创新
    • 采用仿生摩擦学模拟口腔加工,关联物理参数与感官属性。

七、其他价值

  • 研究数据可通过请求获取,为后续研究提供基准。此外,FTIR二级结构分析为蛋白质构象变化提供了分子水平证据。

该报告全面覆盖了研究的背景、方法、结果与意义,适合学术同行快速把握研究的核心贡献。

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