基于非共价键相互作用的果胶改善鱼明胶凝胶性的分子机制研究

Fish gelatin has been regarded as an excellent replace of mammalian gelatin. While it shows poor gel properties which could limit its wide application in food fields. We had previously reported that pectin could improve gel properties of fish gelatin because of the non-covalent interactions. Nevertheless, mountains of work still should be done to evaluate the molecular mechanism that pectin could improve gel properties of fish gelatin. Therefore, in this study, we firstly develop different fish gelatin-pectin complex systems depend on the types of non-covalent interactions, then build stable fish gelatin-pectin complex systems through the measurements of turbidity, zeta-potential, particle size et al. The texture, rheology and environmental electron microscope are performed to study the gel and structural properties of complex gels, and then reveal the static structural characteristics of the complex gels from the viewpoints of the microstructure and molecular structure. Confocal laser scanning microscope and light scattering are used to analyze the dynamic movements and confirmation of molecular to evaluate the mechanism of the promoting formation of gels by the non-covalent interactions between fish gelatin and pectin. Then, combine the theories of statistics and hydrocolloids force to elaborate the molecular mechanism of non-covalent interactions that could improve gel properties of fish gelatin through the points of static formation and dynamic transformation of complex gels. The results of this project could help manipulate the quality of fish gelatin and provide the theoretical foundation to produce high-quality complex gels based on fish gelatin.

鱼明胶是最具潜力的哺乳动物明胶替代物，但次优的凝胶性限制了其在食品中的应用。前期研究发现，基于非共价键相互作用的果胶能改善鱼明胶的凝胶性，但其分子机制尚不清楚，亟待深入研究。因此，本项目拟以鱼明胶、果胶为原料，基于非共价键作用力类型建立不同的鱼明胶-果胶复合体系，研究其浊度、电位和粒度等稳定性指标，构建鱼明胶-果胶稳定体系的关系模型；采用质构、流变和电镜等手段研究该稳定体系的凝胶特性和结构变化规律，从微观形貌和分子结构角度揭示该体系形成凝胶的静态结构特征；利用激光共聚焦显微镜、光散射等方法从凝胶-融胶转换的动态角度分析其凝胶形成过程中分子行为和构象变化规律，揭示鱼明胶-果胶之间的非共价键相互作用对凝胶形成的促进机制；结合统计学和胶体力学等相关理论，从静态形成和动态转变两个角度阐述基于非共价键相互作用的果胶改善鱼明胶凝胶性的分子机制，为定向改善鱼明胶凝胶特性，研制高品质复合胶体提供理论依据。

鱼明胶是最具潜力的哺乳动物明胶替代物，但次优的凝胶性限制了其在食品中的应用。目前，采用不同手段提高鱼明胶凝胶性的研究是国内外研究的热点。本课题组前期研究发现，基于非共价键相互作用的果胶可以改善鱼明胶的凝胶性，但其分子作用机制还有待深入研究。因此，本项目以鱼明胶、果胶为原料，基于非共价键作用力类型（氢键、离子键等）构建鱼明胶-果胶稳定体系的关系模型，分别从微观形貌和分子结构角度揭示该体系形成凝胶的静态结构特征，从凝胶-融胶转换的动态角度分析其凝胶形成过程中分子行为和构象变化规律，建立凝胶-融胶转变动力学模型，从静态形成和动态转变两个角度阐述基于非共价键相互作用的果胶改善鱼明胶凝胶性的分子机制。此外，本项目进一步研究了糖基化和磷酸化对鱼明胶流变学、凝胶性和结构的影响，开展了果胶修饰对鱼明胶复合体系乳化及成膜特性的影响研究，并应用于咖啡、酸奶产品。. 研究结果表明，果胶与MTGase复合修饰制备的鱼明胶具有类似于哺乳动物明胶的胶融温度和凝胶强度；Ca2+通过非共价作用相互交联鱼明胶-低酯果胶进一步组装成更加有序的互穿网络结构，表现出更好的凝胶性能；pH值为5时，鱼明胶-果胶体系由静电引力和疏水相互作用主导，凝胶特性和稳定性较差。pH值为7和9时，鱼明胶-果胶体系分别由氢键和静电排斥作用主导，具有较高的凝胶强度和流变特性；短时磷酸化可以改善鱼明胶的凝胶强度、凝胶点和融胶点；糖基化修饰使鱼明胶乳液储存期间保持较好的润滑性，并赋予咖啡较好的色泽和润滑的口感；鱼明胶-多糖复合体可以增强酸奶的粘度和凝胶结构，降低其摩擦系数，且添加鱼明胶-黄原胶的酸奶具有最高的润滑口感和最佳的感官评价；高酯果胶能改善鱼明胶乳液的稳定性；含有白藜芦醇的鱼明胶-低酯果胶膜显著延缓了牛油变质，效果优于PE保鲜膜。. 本项目的研究工作可以为开发高质量的复合胶体提供理论基础，实现鱼明胶在应用上替代哺乳动物明胶，对扩大鱼明胶的应用范围具有重要意义。