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东北农业大学李良教授《FCX》发文:pH调控金属酚醛网络对大豆蛋白水解物纳米纤维凝胶的影响:微观结构、流变特性与热稳定性

2026-02-10 13:07:26

Food Science Popularization ｜ 食研科普

pH调控金属酚醛网络对大豆蛋白水解物纳米纤维凝胶的影响：微观结构、流变特性与热稳定性

导读

近日，东北农业大学的研究团队在食品权威期刊《Food Chemistry: X》（Q1，IF:8.2）发表题为“Influences of pH-regulated metal phenolic networks on soy protein hydrolysate nanofibril gels: Microstructure, rheological properties and thermal stability”的研究性论文。该论文由东北农业大学食品科学学院独立完成，李良教授为该论文的通讯作者。

金属酚类网络（MPNs）被广泛用于改善凝胶的结构、力学性能及稳定性。本研究在pH值为2.0、5.5和8.0的条件下，将单宁酸（TA）与金属离子（Mn2+和Zn2+）配位形成MPNs，进而诱导大豆蛋白水解物纳米纤维（SPHN）产生凝胶（SPHN-MPNs凝胶）。随着pH值升高，TA与Mn²⁺/Zn²⁺间的配位作用逐渐增强，表现为出现新的电荷转移相关吸收特征。光谱分析证实，MPNs可通过氢键作用及MPNs与SPHN间的金属离子配位作用促进凝胶交联。由MPNs诱导的凝胶在pH升高时呈现更致密的凝胶结构，导致储存模量增高及热转变温度升高。在pH 8.0条件下，TA与Zn²⁺形成的MPNs使凝胶在经历四次剪切应力循环后呈现更高的G′值和更快的恢复速率。这些发现将拓展SPHN-MPNs凝胶在食品工业中的潜在应用前景。

研究通过在不同pH条件（2.0、5.5和8.0）下协调Mn²⁺和Zn²⁺与TA的配位作用制备了金属-配体网络（MPNs）。随后将MPNs引入SPHN中以诱导凝胶化。我们阐明了不同类型MPNs在SPHN凝胶化过程中相互作用的差异，并深入研究了MPNs对凝胶微观结构、流变特性及热稳定性的影响。研究成果不仅揭示了MPNs作为新型功能性食品材料的潜力，更拓展了SPHN在复合凝胶体系开发中的应用前景。

研究亮点

★随着pH值升高，TA与Mn²⁺/Zn²⁺之间的配位作用增强。

★MPNs通过氢键和金属离子配位促进凝胶形成。

★在pH 8.0条件下，TA-Zn MPNs使凝胶获得更致密的微观结构。

★MPNs可在应力作用下增强凝胶的G′值和自愈合能力。

研究结论与意义

★ 本研究表明，在不同pH条件下由TA与金属离子（Mn²⁺和Zn²⁺）形成的MPNs显著增强了SPHN凝胶的结构、流变特性及热稳定性。随着pH值升高，TA与Mn²⁺/Zn²⁺间的配位作用增强，从而提高了所得MPNs的稳定性。MPN与SPHN的主要相互作用涉及氢键与金属离子配位双重机制，其中TA与Zn²⁺的配位作用进一步强化了MPN与SPHN间的氢键结合。随着pH值升高，SPHN-MPN凝胶呈现更平滑的表面和更致密的微观结构，导致热转变温度显著提升。在pH 8.0条件下，TA–Zn MPNs在经历四次剪切应力循环后展现出更高的G′值和更快的恢复速率，而TA–Mn MPNs则使凝胶获得更显著的恢复程度。本研究为调控大豆蛋白凝胶的结构与功能特性提供了新思路。

图文赏析

图1 在pH值为2.0、5.5和8.0条件下测得的MPNs溶液的目视检查（A和B）及紫外-可见光谱（C和D）。图C和D中插图对应于因配体-金属电荷转移而在较长波长处出现的新峰，该区域已进行放大显示。

图2 凝胶的反转试验。（B）凝胶的傅里叶变换红外光谱（FTIR）及（C）X射线光电子能谱（XPS）。

图3 凝胶的O 1s XPS光谱。(A) SPHN凝胶；(B) TA凝胶；(C) TA-Mn-2.0凝胶；(D) TA-Mn-5.5凝胶；(E) TA-Mn-8.0凝胶；(F) TA-Zn-2.0凝胶；(G) TA-Zn-5.5凝胶；(H) TA-Zn-8.0凝胶

图4 凝胶的N 1s XPS光谱。(A) SPHN凝胶；(B) TA凝胶；(C) TA-Mn-2.0凝胶；(D) TA-Mn-5.5凝胶；(E) TA-Mn-8.0凝胶；(F) TA-Zn-2.0凝胶；(G) TA-Zn-5.5凝胶；(H)TA-Zn-8.0凝胶

图5 凝胶的扫描电子显微镜图像。（A）SPHN凝胶；（B）TA凝胶； (C) TA-Mn-2.0凝胶；(D) TA-Mn-5.5凝胶；(E) TA-Mn-8.0凝胶；(F) TA-Zn-2.0凝胶；(G) TA-Zn-5.5凝胶；(H) TA-Zn-8.0凝胶；所有图像均以×3.00k放大倍率拍摄。