應用QCM-D揭示pH響應性大豆蛋白微凝膠的界面組裝與流變行為

用戶成果｜華南理工大學萬芝力/楊曉泉團隊Food Hydrocolloids: 應用QCM-D揭示pH響應性大豆蛋白微凝膠的界面組裝與流變行為

背景知識

微凝膠作為多功能膠體構建單元，因其可變形性、表面活性及環境響應性，在食品乳液等多相體系中展現出巨大潛力。然而，基于蛋白質凝聚體構建的微凝膠，其界面行為（尤其是pH響應性對其吸附動力學及結構的影響）仍不明確。大豆分離蛋白（SPI）因其高生物相容性和功能特性，成為構建植物基微凝膠的理想材料，但其在油水界面的動態吸附機制及力學性能亟待解析。近日，華南理工大學萬芝力/楊曉泉團隊以“pH-responsive microgels constructed from soy protein coacervates: Structure and rheology at the oil-water interface”為題在《Food Hydrocolloids》上發表了相關研究進展。

研究方法

研究團隊通過熱致相變法將大豆蛋白自凝聚體轉化為微凝膠，并系統探究其pH響應性對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. 吸附動力學定量：實時監測微凝膠在疏水表面的吸附過程，揭示pH 3（溶脹態）與pH 7（非溶脹態）下吸附層厚度與質量的差異（圖2b-d）。

2. 界面層力學解析：結合Voigt模型擬合，發現溶脹態微凝膠吸附層含水率更高、彈性模量更低，驗證其形成柔性凝膠網絡（圖6c）。

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

實驗結果與分析

1. pH響應性機制：

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

2. 界面結構差異：

溶脹態微凝膠快速形成松散界面網絡，而非溶脹態因尺寸小、電荷低，吸附后形成致密玻璃態結構。

3. 力學性能對比：

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

結論與展望

本研究通過QCM-D等技術首   -  次揭示：大豆蛋白微凝膠的pH響應性顯著影響其界面吸附動力學、組裝結構及力學性能，溶脹態形成柔性網絡，非溶脹態構建致密層。該成果為植物基高蛋白乳液設計提供了新思路，未來可拓展至功能性食品、藥物遞送等領域。

基金支持

國家自然科學基金（32172347）、廣東省自然科學基金杰出青年項目（2024B1515020081）、111引智計劃（B17018）。

原文鏈接

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