食品天然高分子中相分离与凝胶化的耦合研究

本项目研究异种电荷食品天然高分子混合溶液中不同相分离的转化、共存及其与凝胶化的耦合。改变温度、pH、离子强度、浓度、混合比率、分子量、电荷密度等参数，研究混合溶液的相分离行为，建立包含结合型与隔离型相分离的完整相图。探索相分离行为与分子构象有序化、凝胶化之间的关系，分析热力学和动力学因素。研究不同分子参数和实验条件下相分离与凝胶化的耦合，认识耦合过程对体系微相结构、力学特性的影响。建立实验参数-相分离/凝胶化耦合-微结构-力学性质四者之间的关系，为天然高分子混合体系在轻工产品特别是食品中的物性设计应用提供必要的理论基础。

利用食品天然高分子的相分离，结合多样的分子构象转变和凝胶化，可灵活设计食品的微结构、力学性质和功能性，具有重要的理论和应用价值。本项目选取明胶/卡拉胶、beta-乳球蛋白/卡拉胶、牛血清蛋白/甜菜果胶等典型多糖/蛋白质混合体系为研究对象，建立了不同实验条件下混合体系的复杂相图，分析了不同相分离（结合型、隔离型）转化、共存的行为和规律。研究了相分离与分子构象转变/凝胶化之间的耦合关系及其对混合体系微相结构和力学性质的影响，初步阐明了调控机理。针对静电复合凝聚，从分子水平上研究了静电复合物的结构演化过程，建立了实验参数-分子结构-相图-乳化功能性四者间的关系，阐明了界面吸附和稳定机理。重要研究结果和科学意义如下：.（1）详细绘制了明胶/卡拉胶混合体系的复杂相图，确立了七种截然不同的相行为。首次提出了氢键诱导的复合凝聚，对完善和丰富食品天然高分子的相分离理论具有重要意义。.（2）从实验和理论两个层面，阐明了结合型相分离与分子构象转变的耦合关系。发现分子构象有序化对静电复合凝聚的影响主要体现在特异性离子络合和分子结构硬化。特异性离子络合可抑制或增强静电复合凝聚，而分子结构硬化则倾向于解离复合凝聚。该结果对理解生命过程中的蛋白/电解质相互作用具有参考价值，对指导静电复合凝聚在食品中的应用具有指导意义。.（3）实验结果表明静电复合凝聚对食品天然高分子构象转变和凝胶化也具有重要影响。静电复合凝聚既可促进也可抑制分子构象转变，这主要由蛋白质的分子量决定。该结果为调控食品天然高分子的构象转变、凝胶化和凝胶性质提供了新的技术途径。.（4）在pH-混合比率坐标系下，建立了结合型相分离的完整相图，提出了分子内复合物的新相区，修正了人们对多糖/蛋白质静电复合物形成临界区间的传统认识。可溶性分子内复合物具备优越的乳化活性和乳液稳定性，对稳定食品油水乳液具有重要的指导意义。.围绕上述结果，在Langmuir、 J. Colloid Interface Sci.、 J. Phys. Chem. B等权威杂志上已发表论文14篇，SCI/EI收录论文10篇，尚有3篇SCI论文处于投稿或撰写中。申请/授权专利2项，培养硕士生4名，联合培养博士生2名。项目负责人方亚鹏获得国家优秀青年科学基金资助，并荣获2012年国际食品科技联合会优秀青年科学家奖。