富含植物蛋白且含糖量较低的高甲氧基柑橘果胶凝胶

时间:2026年6月16日
来源:Food Hydrocolloids

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沙雷|李佳琪|杨晓权|郭健中国广东省广州市510640,华南理工大学食品科学与工程学院食品蛋白质与胶体实验室,天然产物绿色加工与产品安全广东省重点实验室摘要软糖和果冻等半固体食品被广泛用作设计口感和传递营养的载体。然而,传统上以果胶为基础的软糖体系需要较高的蔗糖含量才能形成凝胶,

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沙雷|李佳琪|杨晓权|郭健
中国广东省广州市510640,华南理工大学食品科学与工程学院食品蛋白质与胶体实验室,天然产物绿色加工与产品安全广东省重点实验室

摘要

软糖和果冻等半固体食品被广泛用作设计口感和传递营养的载体。然而,传统上以果胶为基础的软糖体系需要较高的蔗糖含量才能形成凝胶,这不仅会增加黏度,还会提高加工难度。本研究旨在开发高甲氧基果胶凝胶,使其蔗糖含量相比传统配方有所降低,同时添加植物蛋白并具备良好的力学性能。钙离子的添加可在一定程度上降低形成凝胶所需的蔗糖量,同时保持与传统高固形度糖酸凝胶相当的凝胶强度。通过在不同pH值下进行热处理和喷雾干燥,大豆分离蛋白被转化为微粒化大豆分离蛋白,从而使蛋白质从灵活的分子结构转变为微米级的颗粒结构。在所制备的样品中,MSPI5在酸性条件下具有稳定的微观颗粒尺寸、较低的黏度以及良好的热稳定性。在钙离子诱导的酸性高甲氧基果胶凝胶中,MSPI5有助于形成更均匀的网络结构,提升凝胶的弹性和韧性,其弹性模量和断裂应变分别增加了10.84%和27.27%。这些变化与凝胶网络内部更有序的微观结构有关。总体而言,MSPI为降低蔗糖含量的半固体凝胶体系的蛋白质强化提供了一种有前景的策略。

引言

软糖和果冻等半固体食品因其理想的口感和消费者接受度,成为传递营养的理想载体(Gunes, Palabiyik, Konar, & Said Toker, 2022; Said, Olawuyi, & Lee, 2023)。本研究选择高甲氧基果胶作为模型体系,因为它被广泛用于商业软糖产品中,且能够生成具有良好弹性、咀嚼感和整体感官品质的凝胶(Freitas, Coimbra, Souza, & Sousa, 2021; H. Zhang, et al., 2026)。不过,高甲氧基果胶的凝胶化通常需要较高的蔗糖浓度和酸性环境,这限制了其在低蔗糖配方中的应用(Lara-Espinoza, Carvajal-Millán, Balandrán-Quintana, López-Franco, & Rascón-Chu, 2018)。在工业生产的高甲氧基果胶软糖中,最终产品通常含有76–82°Brix的可溶性固体、17–20%的水分以及35–55%的蔗糖,其余的碳水化合物则由葡萄糖浆提供,以防止蔗糖重新结晶。成品果冻的pH值通常维持在3.0到3.3之间,以确保凝胶的正常形成和口感稳定(Burey, Bhandari, Rutgers, Halley, & Torley, 2009)。虽然低甲氧基果胶和其他多糖凝胶体系在较低蔗糖浓度下也能形成凝胶,但它们的凝胶行为和口感特性与传统高甲氧基果胶软糖有所不同。高甲氧基果胶与大豆蛋白的结合为功能性半固体食品的开发提供了良好的平台(Hou, et al., 2015)。在这种体系中,高甲氧基果胶作为主要的网络形成成分,决定了凝胶特有的弹性和咀嚼感,而大豆蛋白则因其低成本、易获取性以及相对均衡的氨基酸组成而成为理想的强化成分,具有较好的营养价值(Qin, Wang, & Luo, 2022)。然而,增加大豆蛋白含量以强化蛋白质往往会影响高甲氧基果胶凝胶的原有口感特性,从而显著降低产品质量。
有许多研究报道了果胶和大豆蛋白之间的静电相互作用所形成的胶体结构(Einhorn-Stoll, Archut, Eichhorn, & Kastner, 2021)。但在实际应用中,大豆蛋白通常以商业大豆分离蛋白的形式加入,其中往往含有大量在工业化加工过程中产生的热致聚集体,如热杀菌、蒸发和喷雾干燥过程中形成的聚集体(Añón, Sorgentini, & Wagner, 2001)。这类聚集体可能会增加排斥体积,导致与多糖的热力学不相容性,进而引发相分离,破坏高甲氧基果胶网络(X. Yang, Li, Li, Guo, & Sun, 2021)。在高甲氧基果胶凝胶基质中,增加蛋白质的添加量可能会逐渐压缩富含果胶的连续相的体积,减少糖/酸诱导凝胶化过程中高甲氧基果胶链之间的有效分子间作用力,最终削弱网络完整性和口感(Chassenieux & Nicolai, 2024)。因此,复合凝胶的口感特性可能会与原始高甲氧基果胶凝胶有很大差异。
以往的大多数研究都是通过调整配方参数、加工工艺或添加其他生物聚合物来调控大豆分离蛋白-果胶体系(Amine, Boire, Kermarrec, & Renard, 2019; X. Yang, et al., 2021)。同样,以往的大豆分离蛋白-果胶研究也主要是通过调整加工工艺、结合条件、多糖结构或添加第三种多糖来调控该体系(Li, Tao, Geng, & Tian, 2025; Ma, Chi, Pu, Miao, & Liu, 2022; Ma, et al., 2020)。尽管这些方法有助于调节胶体相互作用和界面性质,但可能不太适合解决在高蛋白含量下保持高甲氧基果胶凝胶特有口感的问题。在这方面,蛋白质的构象可能是一种未被充分研究的替代性结构变量。虽然果胶也会根据溶液和加工条件的不同而发生复杂的构象变化,但大豆蛋白具有层次分明的结构特征,对温度和pH值的变化极为敏感,容易发生展开和重新组装的现象(Chen, Jiao, & Wu, 2025; Einhorn-Stoll & Kunzek, 2009; Tang, 2021)。蛋白质微粒化是一种通过在特定pH值下进行热处理,将具有灵活构象的蛋白质转化为微米级固体颗粒的过程(Purwanti, Moerkens, van der Goot, & Boom, 2012; Purwanti, et al., 2011; Sağlam, Venema, de Vries, & van der Linden, 2014)。我们之前的研究已经证实了大豆蛋白微粒化的可行性(Lin, et al., 2024; T. Zhang, et al., 2020)。在这些研究中,我们发现微粒化大豆蛋白在分散体系中具有更小的有效体积、更弱的粒子间相互作用以及更低的黏度或凝胶倾向,这意味着它们对高甲氧基果胶网络的形成干扰较小。
因此,本研究旨在减轻由于添加大豆蛋白而导致的高甲氧基果胶复合凝胶弹性、咀嚼感和凝胶强度的下降。我们假设微粒化可以改变混合体系中大豆蛋白的相行为,从而减少对高甲氧基果胶网络的破坏。此外,还引入了钙离子,以便在降低蔗糖含量的情况下增强凝胶基质的结构(Löfgren, Guillotin, Evenbratt, Schols, & Hermansson, 2005; Y. Yang, Zhang, Hong, Gu, & Fang, 2013; Zhao, et al., 2024)。本研究的目的在于探讨通过微粒化调控蛋白质构象,如何影响高甲氧基果胶-大豆蛋白复合凝胶的微观结构、流变性质和力学性能。

章节节选

材料

本研究所使用的大豆分离蛋白蛋白含量为90.2%,由山东玉欣生物科技有限公司提供。高甲氧基果胶的酯化度为72%,由广州柠檬生物科技有限公司提供。其分子量(Mw = 193.34 kDa)、蛋白含量(2.05 wt%)、半乳糖醛酸含量(GalA,69.30%)以及单糖组成已在我们的先前研究中确定(Jiang, Qi, Liao, & Yang, 2021, 2022)。蔗糖(食品级添加剂,浙江天合食品

复合凝胶制备用高甲氧基果胶基质的配方依据

在添加大豆蛋白之前,首先研究了蔗糖、pH值和钙离子对高甲氧基果胶基质的影响,为后续复合凝胶的配方制定提供依据。
图1展示了1.0 wt%高甲氧基果胶在不同蔗糖浓度和pH值下的黏弹性特性。在pH值为3.0时,含有40.0%和50.0%蔗糖的体系结构依然较为松散,这从应变扫描图中没有明显的模量下降以及G′和

结论

本研究证明,钙离子的添加可以有效缓解高甲氧基果胶体系中因蔗糖含量降低而导致的凝胶强度下降,从而使凝胶的性能接近或达到传统高蔗糖配方的水准。在此基础上,添加大豆蛋白的目的不仅仅是形成凝胶,更是为了打造一种具有额外营养价值的植物蛋白强化型软糖体系。由于天然大豆蛋白容易聚集且

CRediT作者贡献说明

李佳琪:可视化、形式分析、数据整理。杨晓权:写作——审阅与编辑、研究、形式分析。沙雷:写作——审阅与编辑、初稿撰写、方法论、研究、形式分析、数据整理、概念构建。郭健:写作——审阅与编辑、验证、监督、方法论、资金筹集、概念构建

未引用参考文献

江等人,2022;李等人,2023。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的财务利益冲突或可能影响本文研究结果的个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家关键研发计划的支持(编号:2022YFD2101302

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