FSHW | pH、离子强度和混和比例对大豆蛋白/金针菇多糖复合凝聚的影响

Introduction

蛋白质和多糖是食品营养体系中必不可少的组成部分，蛋白质/多糖的复合凝聚对食品的质地、结构和风味起着至关重要的作用。依靠出色的乳化性、凝胶性、可降解性等理化特性，蛋白质/多糖复合凝聚物可作为乳液稳定剂、脂肪替代品和可生物降解的包装材料，在功能食品开发和应用中发挥着不可取代的作用。

大豆分离蛋白（Soy protein isolate，SPI）是一种蛋白质含量在90%以上的商用大豆蛋白，氨基酸组成均衡，赖氨酸等必需氨基酸的含量接近FAO/WHO组织的推荐值，因而具有极高的营养价值。大豆分离蛋白在市面上易得且应用领域广泛，已经成为食品工业中极具利用价值的商用经济蛋白。除具有较高的营养价值外，大豆分离蛋白还具有一定的生物活性，如降血脂，降低胆固醇，减低患心血管疾病风险等。但是较差的溶解性和较低凝胶机械强度等问题限制了大豆分离蛋白在传统食品工业中的应用。为了更好地利用大豆分离蛋白优良的特性，采用蛋白和多糖非共价相互作用的方式对大豆分离蛋白进行改性。金针菇多糖（Flammulina velutipes polysaccharide，FVP）是从金针菇子实体中提取的以葡聚糖为主，多个多糖组分构成的阴离子混合多糖。金针菇多糖因具有优异的理化特性在食品工业中被广泛应用，其中，金针菇多糖纳米颗粒可作为稳定剂来制备油/水Pickering乳液；金针菇多糖可食用薄膜具有较高强度的机械性能，延展性和抑菌能力。

南京财经大学食品科学与工程学院张军淼，胡秋辉教授等 基于蛋白质和多糖的复合凝聚，探究pH、离子强度和混合比例对大豆分离蛋白/金针菇多糖相互作用的影响，为大豆分离蛋白，金针菇多糖传统功能食品的开发提供理论基础和参考。

Results and Discussion

大豆分离蛋白/金针菇多糖的复合凝聚

如图1A～C所示，金针菇多糖和大豆蛋白在pH 6.2时发生复合凝聚，pH 4.5时混合溶液的复合凝聚达到最大。傅里叶红外光谱显示金针菇多糖/大豆蛋白的酰胺Ⅰ带吸收峰的波数有轻微的蓝移，1043 cm-1处吸收峰的强度明显增强，表明金针菇多糖和大豆蛋白复合凝聚的形成存在静电相互作用（图1D）。图2为金针菇多糖/大豆蛋白在不同pH下的激光共聚焦图像。结果表明随着pH的降低，溶液由最初均一分散状态转变为局部聚集，当pH达到4.5时溶液整体表现为聚集状态。

图1 SPI、FVP、FVP/SPI混合物的浊度曲线

图2 不同pH下FVP/SPI的微观结构，红色表示CLSM下大豆蛋白

不同离子强度和混合比例的大豆分离蛋白/金针菇多糖复合凝聚

当盐离子浓度为50 mol/L时，SPI/FVP混合溶液的最大浊度值，pHφ1到pHφ2的跨度以及大豆蛋白的表面电荷均达到最大值（图3A，B）。随着盐离子浓度的增大，金针菇多糖表面电荷整体表现为增大的趋势（图3C，D）。蛋白和多糖的混合比例从20:1调整到1:1，SPI/FVP溶液的浊度呈现先增大后减小的趋势，且在大豆分离蛋白等电点附近取得最大值（图4A，B）。并且SPI/FVP混合溶液表观电荷介于金针菇多糖和大豆分离蛋白之间（图4C）。

图3 FVP/SPI混合溶液在不同离子强度下浊度曲线

图4 不同混合比例下FVP/SPI混合物浊度曲线图

大豆分离蛋白/金针菇多糖凝聚物的二级结构

表1为不同制备条件下复合凝聚物空间构象变化，在pH和混合比例一定的条件下，离子强度对SPI/FVP复合物凝聚的二级结构的影响主要表现为：离子强度能够提高α-螺旋的含量和降低β-折叠的含量。在pH和离子强度一定的条件下，随着FVP含量的增加SPI/FVP复合凝聚物的α-螺旋和无规则卷曲的含量保持恒定，β-折叠含量增加而β-转角下降。结果表明：盐离子能够提高复合凝聚物的α-螺旋降低β-折叠；金针菇多糖添加量的增加提高复合凝聚物β-折叠降低β-转角。

表1 不同pH、盐离子浓度和混合比例下金针菇多糖/大豆蛋白凝聚物的二级结构组成

大豆分离蛋白/金针菇多糖凝聚物流变特性

图5结果表明，所有样品的G'值远高于G"值，表明FVP/SPI复合凝聚物主体表现出弹性行为，具有类固体的性质。当pH和混合比例一定时，较低的NaCl浓度（CNaCl =10和50 mmol/L），SPI/FVP复合凝聚层的储能模量比不添加NaCl的凝聚层的储能模量高。较高的NaCl浓度（CNaCl≥100 mmol/L），SPI/FVP复合凝聚层的储能模量比不添加NaCl的凝聚层的储能模量低。当pH和盐离子浓度一定时，随着FVP添加量的增加，储能模量和耗能模量均呈下降趋势，较低的储能模量代表复合凝聚物结构的松散。值得注意的是，SPI：FVP为10:1和15:1时，具有相似的流变行为，这可能与SPI或FVP电荷饱和有关。

图5 SPI/FVP的凝聚物储能模量（A，C）和耗能模量（B，D）

Conclusion

本文对不同pH、离子强度和混合比例下大豆分离蛋白/金针菇多糖复合凝聚的相行为、二级结构和流变特性进行研究，结果表明，在氯化钠浓度为50 mmol/L，大豆分离蛋白与金针菇多糖混合比为15∶1得到的复合凝聚物具有稳定的结构和较好的流变特性，在传统食品的研发方面存在应用潜力。

图6 SPI/FVP配合物或共聚物形成的示意图

第一作者

张军淼，男。硕士就读于南京财经大学食品科学与工程学院，2021年6月获得食品科学与工程专业工学硕士学位。现为南京农业大学食品科技学院2021级博士研究生，导师为胡秋辉教授。攻读硕士学位期间，参与国家重点研发计划蛋白质-活性多糖的相互作用及免疫调节作用，研究金针菇多糖和大豆蛋白复合凝聚物的制备及其对巨噬细胞的免疫增强作用。以第一作者发表SCI论文二篇，申请专利两项，申请并完成江苏省研究生创新计划。研究生期间获得校优秀研究生，优秀研究生干部，优秀毕业生等称号。

通信作者

胡秋辉，国家食用菌产业技术体系加工研究室主任，南京农业大学/南京财经大学二级教授/博导，享受国务院政府特殊津贴人员。入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”、江苏省高校青蓝工程科技创新团队带头人、江苏省“333高层次人才培养工程”中青年科学技术带头人、江苏省有突出贡献中青年专家。先后主持国家重点研发计划“战略性国际科技创新合作”重点专项项目、国家自然科学基金、“十三五”国家重点研发计划子课题、农业部948项目、江苏省现代农业重点项目等多项课题。食用菌精深加工关键技术创新与应用获2019年江苏省科学技术进步一等奖（第一完成人）、"经"，"管"，"法"，深度融合的食品科学与工程专业人才培养模式的创新及实践获2017年江苏省教学成果一等奖（第一完成人）、海洋生物功能性成分高效制备技术与应用获得2014年教育部优秀成果类科技进步二等奖（第一完成人）,担任《Food Science and Human Wellness》杂志编委。相关成果发表论文200余篇，2017-2021年连续入选Elsevier中国农业和生物科学领域高被引学者榜单，授权发明专利30余项。

Effect of ionic strength and mixing ratio on complex coacervation of soy protein isolate/Flammulina velutipes polysaccharide

Junmiao Zhanga, Hengjun Dub, Ning Maa, Lei Zhongc, Gaoxing Maa, Fei Peia, Hui Chena,d, Qiuhui Hua,*

a Key Laboratory of Edible Mushroom Processing, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics, Nanjing 210023, China

b Department of Food Science, University of Massachusetts, Amherst MA 01003, USA

c College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China

d Jiangsu Alphay Bio-technology Co., Ltd., Nantong 226009, China

*Corresponding author.

Abstract

Soy protein isolate (SPI) is a commercial protein with balanced amino acids, while the poor solubility impedes its use in traditional foods. To overcome the problem, the complex coacervation of SPI/Flammulina velutipes polysaccharide (FVP) were investigated. Initial results revealed that the suitable amounts of FVP contributed to reducing the turbidity of SPI solution. Under electrostatic interaction, the formation of SPI/FVP coacervates were spontaneous and went through a nucleation and growth process. Low salt concentration (CNaCl = 10, 50 mmol/L) led to an increase in the critical pH values (pHc, pHφ1) while the critical pH values decreased when CNaCl ≥ 100 mmol/L. The concentration of NaCl ions increased the content of α-helix. With the increase of FVP, the critical pH values decreased and the content of β-sheet increased through electrostatic interaction. At SPI/FVP ratio of 10:1 and 15:1, the complex coacervation of SPI/FVP were saturated, and the coacervates had the same storage modulus value. SPI/FVP coacervates exhibited solid-like properties and presented the strongest storage modulus at CNaCl = 50 mmol/L. The optimal pH, SPI/FVP ratio and NaCl concentration of complex coacervation were collected, and the coacervates demonstrated a valuable application potential to protect and deliver bioactives and food ingredients.

Reference:

ZHANG J M, DU H J, MA N, et al. Effect of ionic strength and mixing ratio on complex coacervation of soy protein isolate/Flammulina velutipes polysaccharide[J]. Food Science and Human Wellness, 2023, 12(1): 183-191. DOI:10.1016/j.fshw.2022.07.006.

文章编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

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