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

用戶成果｜華南理工大學(xué)萬(wàn)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

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(wàn)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(guò)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)的核心作用：

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(guò)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）。

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）。

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）。

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(guò)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(lái)可拓展至功能性食品、藥物遞送等領(lǐng)域。

基金支持

國(guó)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