Page 180 - 《精细化工》2022年第12期

·2546· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

寸 [24] 。凝胶微观结构的粗糙度和孔隙率以及凝胶网络 由图 5 可见，蛋白质量浓度为 40 g/L 的复合蛋白
的孔隙尺寸与凝胶的机械性（如：储能模量和凝胶强 溶液经过加热形成了蛋白分子聚集体，但是这些聚集
度）呈负相关关系 [25] 。不同蛋白质量浓度复合蛋白凝 体分布松散，未连接形成凝胶网络结构，证实其未形
胶的微观结构如图 5 和图 6 所示。 成固体凝胶，这很好地解释了其外观的特征。当蛋白
质量浓度为 50 g/L 时，蛋白聚集体之间连接成松散
的凝胶网络结构，尽管这一网络结构支撑复合凝胶
形成固体，但是弱的网络在外力作用下易变形，凝
胶较软，这与该凝胶样品的外观结果一致。继续提
高蛋白质量浓度至 60~80 g/L，复合蛋白凝胶形成清
晰的网络骨架，可以较好支撑凝胶的固体结构，验
证了凝胶外观的结果。随着蛋白质量浓度从 60 g/L 增
加到 80 g/L，凝胶网络的致密程度和均一性提高，孔
隙率降低，网络中孔隙尺寸减小，这将使凝胶的凝胶
强度和储能模量增加。本文中质构和流变分析的结果
也验证了这一点。
由于蛋白质量浓度较低时复合蛋白溶液未形成
固体凝胶，通过 SEM 观察了蛋白质量浓度分别为 50、
60、70、80 g/L 的复合凝胶的三维网络形貌特征，结
果如图 6 所示。与 CLSM 结果类似，蛋白质量浓度为
50 g/L 的复合凝胶的结构粗糙，孔隙较大，凝胶中蛋
白分子大聚集体的尺寸较大且分布不均匀；而蛋白质
量浓度为 80 g/L 的复合凝胶的结构致密，孔隙率较小，
凝胶中蛋白分子大聚集体的尺寸较小且分布均匀，组
成大聚集体的小聚集体尺寸均一度高，类球体的形貌
特征明显且连接紧密。蛋白聚集体的特征会影响凝胶
的强度，尺寸较小且形貌均一的蛋白分子聚集体易于
形成均匀、交联程度高的凝胶网络结构，有助于提高

凝胶抗变形的能力，凝胶具有较高的强度。然而，较
a—40 g/L；b—50 g/L；c—60 g/L；d—70 g/L；e—80 g/L 大的聚集体会形成交联度低的凝胶网络结构 [26] ，凝胶
图 5 不同总蛋白质量浓度马铃薯乳清复合蛋白凝胶的激
光共聚焦显微图 抵抗外力的能力较弱，凝胶中的相邻大聚集体容易在
Fig. 5 Confocal fluorescence microscopy images of mixed 外力作用下发生相对滑动而破坏网络结构，表现出较
gels of potato and whey protein with different protein 低的凝胶强度。
mass concentrations
2.6 复合蛋白凝胶流变特性分析
马铃薯乳清复合蛋白溶液形成凝胶过程中储能
模量（G'）和损耗模量（G''）变化如图 7A 所示，黏弹
比（也称损耗因子，tanδ=G''/G'）的变化如图 7B 所示。
由图 7 可见，在升温过程中，由于温度升高减弱
了蛋白分子间的氢键作用，蛋白开始变性展开，蛋白
分子在剪切作用下取向有序化，流动阻力降低。复合
蛋白溶液在加热的初期，模量随着温度的升高而降低。
随着温度的进一步增加，蛋白发生较大程度的变性，
导致结构展开，暴露出埋在蛋白内的疏水性基团和游
离巯基，蛋白表面疏水性基团之间形成的疏水相互作

用以及游离巯基之间形成的二硫键使蛋白分子发生聚
a—50 g/L；b—60 g/L；c—70 g/L；d—80 g/L 集，复合蛋白溶液开始凝胶化，使体系的模量快速增
图 6 不同总蛋白质量浓度马铃薯乳清复合蛋白凝胶 SEM 图 加。此时，G'超过 G''， tanδ 小于 1 并快速下降。进
Fig. 6 SEM images of mixed gels of potato and whey protein
with different protein mass concentrations 入加热后期和高温保温阶段，温度的升高增强了蛋白