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應(yīng)用QCM-D揭示pH響應(yīng)性大豆蛋白微凝膠的界面組裝與流變行為

來源:瑞典百歐林科技有限公司   2025年05月30日 14:40  

用戶成果|華南理工大學(xué)萬芝力/楊曉泉團(tuán)隊(duì)Food Hydrocolloids: 應(yīng)用QCM-D揭示pH響應(yīng)性大豆蛋白微凝膠的界面組裝與流變行為

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背景知識(shí)

微凝膠作為多功能膠體構(gòu)建單元,因其可變形性、表面活性及環(huán)境響應(yīng)性,在食品乳液等多相體系中展現(xiàn)出巨大潛力。然而,基于蛋白質(zhì)凝聚體構(gòu)建的微凝膠,其界面行為(尤其是pH響應(yīng)性對(duì)其吸附動(dòng)力學(xué)及結(jié)構(gòu)的影響)仍不明確。大豆分離蛋白(SPI)因其高生物相容性和功能特性,成為構(gòu)建植物基微凝膠的理想材料,但其在油水界面的動(dòng)態(tài)吸附機(jī)制及力學(xué)性能亟待解析。近日,華南理工大學(xué)萬芝力/楊曉泉團(tuán)隊(duì)以pH-responsive microgels constructed from soy protein coacervates: Structure and rheology at the oil-water interface”為題在《Food Hydrocolloids》上發(fā)表了相關(guān)研究進(jìn)展。

研究方法

研究團(tuán)隊(duì)通過熱致相變法將大豆蛋白自凝聚體轉(zhuǎn)化為微凝膠,并系統(tǒng)探究其pH響應(yīng)性對(duì)油水界面行為的影響。

QSense 耗散型石英晶體微天平(QCM-D)核心作用

1. 吸附動(dòng)力學(xué)定量:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微凝膠在疏水表面的吸附過程,揭示pH 3(溶脹態(tài))與pH 7(非溶脹態(tài))下吸附層厚度與質(zhì)量的差異(圖2b-d)。

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2. 界面層力學(xué)解析:結(jié)合Voigt模型擬合,發(fā)現(xiàn)溶脹態(tài)微凝膠吸附層含水率更高、彈性模量更低,驗(yàn)證其形成柔性凝膠網(wǎng)絡(luò)(圖6c)。

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3. 電荷與尺寸效應(yīng)QCM-D數(shù)據(jù)證實(shí),非溶脹微凝膠因尺寸小、靜電屏障低,吸附速率更快,但溶脹態(tài)形成更厚界面層(圖2c)。

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實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1. pH響應(yīng)性機(jī)制

中性條件(pH 7)下,SPI微凝膠保持非溶脹態(tài)(粒徑190 nm),界面吸附快;酸性(pH 3)或堿性(pH 10)條件下,靜電排斥增強(qiáng)致微凝膠溶脹(粒徑達(dá)342 nm),吸附速率減緩。

2. 界面結(jié)構(gòu)差異

溶脹態(tài)微凝膠快速形成松散界面網(wǎng)絡(luò),而非溶脹態(tài)因尺寸小、電荷低,吸附后形成致密玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)。

3. 力學(xué)性能對(duì)比

QCM-D結(jié)合界面流變學(xué)顯示,溶脹態(tài)微凝膠界面層彈性模量低(柔性高),抗非線性形變能力強(qiáng);非溶脹態(tài)界面層脆性高,易屈服。

結(jié)論與展望

本研究通過QCM-D等技術(shù)首   -  次揭示:大豆蛋白微凝膠的pH響應(yīng)性顯著影響其界面吸附動(dòng)力學(xué)、組裝結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能,溶脹態(tài)形成柔性網(wǎng)絡(luò),非溶脹態(tài)構(gòu)建致密層。該成果為植物基高蛋白乳液設(shè)計(jì)提供了新思路,未來可拓展至功能性食品、藥物遞送等領(lǐng)域。

基金支持

國家自然科學(xué)基金(32172347)、廣東省自然科學(xué)基金杰出青年項(xiàng)目(2024B1515020081)、111引智計(jì)劃(B17018)。

原文鏈接

htt  ps:  //doi.org/10.1016/j.foodhyd.2025.111433


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