本研究评估了开发一种复水后可形成凝胶的粉末的可行性，该粉末适用于吞咽障碍患者的安全吞咽。凝胶由大豆与苋菜蛋白混合物（蛋白质量分数4%）制备，在钙存在下分别采用高静压处理（HHP，600 MPa、5 min、20 ℃）或热处理（95 ℃、25 min）使蛋白变性，随后经冷冻干燥并重悬至蛋白质量分数13%。通过多响应面法（MRS）评估了苋菜蛋白占比（10%–30%）及钙蛋白比（Ca:P，0.075–0.250 mmol Ca/g蛋白）的影响，同时单独测试大豆与苋菜蛋白以阐明混合物中的现象。结果显示，两种变性处理下，大豆蛋白均构成三维网络基质，苋菜蛋白则作为填充物削弱基质并降低持水性，可能与其低溶解度有关。提高钙含量对热处理样品的大多数特性影响显著，但对高压处理样品无显著影响。两种处理的最优凝胶制备条件均为苋菜蛋白占比最低（10%），且HHP的最优钙蛋白比高于热处理（分别为0.25和0.17 mmol Ca/g蛋白）。所得凝胶表观黏度（剪切速率50 s−1）介于0.8–1.5 Pa·s，符合吞咽障碍治疗需求。单独测试时，仅大豆蛋白可通过该策略成胶，苋菜蛋白无法成胶。
研究背景与意义
随着全球老龄化加剧及神经退行性疾病患病率上升，吞咽障碍患者数量持续增长，误吸导致的吸入性肺炎成为主要并发症之一。现有增稠流体常因过度黏稠导致适口性下降、摄入量不足，进而引发脱水与营养不良。植物蛋白因其可持续性、营养优势及功能特性成为食品开发热点，其中大豆分离蛋白（soybean protein isolate, SPI）与苋菜分离蛋白（amaranth protein isolate, API）均具有优良的氨基酸组成，但二者在钙存在下的相互作用机制尚未明确，尤其缺乏针对冷致凝胶体系的系统性研究。本研究旨在通过比较热与高静压（high hydrostatic pressure, HHP）两种变性方式，结合钙调控优化大豆-苋菜蛋白复合凝胶的质构与流变特性，为开发适用于吞咽障碍人群的功能性食品提供理论支撑。该研究成果发表于《EUROPEAN FOOD RESEARCH AND TECHNOLOGY》。
关键技术方法
研究采用中心复合设计结合多响应面法（multiple response surface, MRS）优化配方，以阿根廷本地大豆与里奥夸尔托国立大学提供的苋菜籽为原料提取蛋白，通过等电点沉淀法制备SPI与API。变性处理分别采用95 ℃热处理25 min或600 MPa HHP处理5 min（20 ℃），经冷冻干燥后重悬至13%蛋白浓度形成凝胶。表征手段包括持水性（water holding capacity, WHC）测定、小振幅振荡剪切流变学、旋转流变学、色差分析及扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）观察，辅以差示扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）与钙离子置换质子实验解析蛋白-钙相互作用机制。
研究结果
实验设计与响应面优化
响应面模型显示，热处理凝胶的弹性模量（G'）随API与Ca:P升高线性下降，而HHP凝胶的G'无显著模型拟合，仅呈API升高、Ca:P降低的趋势。两种凝胶的损耗因子（tgδ）均无显著模型，但HHP凝胶tgδ更高（0.3–1.5），表明其弹性网络较弱。
旋转流变学
热处理凝胶表观黏度（η50 ）随API与Ca:P升高而下降，HHP凝胶η50 仅随API升高显著降低。触变性方面，热处理凝胶因更强的交联网络表现出更大滞后环面积，而API的填充效应削弱了两种凝胶的结构恢复能力。
色泽分析
亮度（L）随API与Ca:P升高而增加，与体系中不溶性聚集体比例正相关。热处理凝胶的L 受Ca:P影响更显著，HHP凝胶因高压促进蛋白聚集呈现更高白度。
持水性（WHC）
热处理凝胶WHC随API与Ca:P升高呈二次下降，HHP凝胶呈线性下降。API的低溶解度导致混合凝胶中自由水保留能力降低，与L*变化趋势互为印证。
最优条件确定
热处理最优条件为API 10%、Ca:P 0.17 mmol Ca/g蛋白（期望度0.680），HHP最优条件为API 10%、Ca:P 0.25 mmol Ca/g蛋白（期望度0.629）。最优凝胶η50 均处于0.8–1.5 Pa·s的治疗窗口，符合吞咽安全标准。
单一蛋白验证
单独测试中，SPI无论是否添加钙均可形成凝胶，且热处理显著提升其G'与WHC；API则在变性后立即发生不溶化与相分离，无法形成连续网络。DSC显示钙使SPI变性温度与焓值升高，但对API无显著影响；钙离子置换实验进一步证实SPI具有更多可接近的钙结合位点，而API与钙相互作用极弱。
讨论与结论
本研究首次系统比较了热与HHP两种变性方式对大豆-苋菜蛋白冷致凝胶体系的影响，证实苋菜蛋白在该策略中仅充当惰性填充物，通过竞争占据网络节点削弱凝胶强度与持水性。热处理诱导的二硫键交联与钙桥作用形成致密层状结构，而HHP处理因蛋白解折叠程度较低及钙离子电致伸缩效应，形成多孔海绵状弱凝胶。最优条件下，单份150 g凝胶可提供19.5 g蛋白质及0.13–0.20 g钙，分别满足成人每日推荐摄入量的37%与13%–20%。研究揭示了植物蛋白-钙相互作用对冷致凝胶微观结构的调控机制，为吞咽障碍食品的配方设计提供了量化依据，同时为高钙功能性蛋白载体的开发开辟了新路径。未来研究将聚焦于益生菌与热敏活性成分的包埋稳定性，推动该技术在精准营养领域的应用。
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