食盐不仅为食品带来咸味、增强风味,还对提升食品加工特性和延长其储存周期发挥着关键作用,如增强面团弹性、改善肉制品保水能力等[1]。人体中90%的钠离子摄入源自食盐,而过量的钠离子一旦进入血液循环,就可能成为高血压、中风、心血管疾病等慢性疾病的饮食风险因素。在我国,由于传统加工技术的影响,居民的人均食盐摄入量长期以来居高不下,远超《中国居民膳食指南(2022年)》[2]以及世界卫生组织建议的每日摄入量(不超过5 g)[3],这种高盐饮食习惯对公共健康构成了严峻挑战。

在食品工业中,目前采取的减盐策略主要包括:1)非钠盐替代法。通过使用钾盐、钙盐、镁盐等替代传统钠盐,以减少钠的摄入量。但是,很多非钠盐,如氯化钾,添加过多会带来苦味或金属味,影响食品的整体口感[4-5]。2)咸味增强剂的应用。添加酵母提取物、美拉德反应产物等咸味增强剂[6],可以在不增加钠含量的前提下提升咸味感知。但这些物质本身具有显著的特征风味,可能会对食品的原有风味特性造成影响。3)氯化钠晶体结构设计。通过开发空心盐、设计盐在食品中的不均匀分布,能够减少盐的摄入,然而这种技术工艺复杂且仅适用于食品表面[7]。如何在不影响食物本身风味的前提下,减少食盐摄入,实现科学减盐,是食品加工领域的重要课题。据报道,仅有大约5%的钠离子在口腔环境中得以释放并参与咸味感知,其余大部分钠离子由于食品结构的阻碍作用而未能释放,最终随着吞咽动作直接进入消化系统[8]。因此,食品结构的有效设计,可以促进钠离子在口腔加工过程中的释放,这对于实现 “减盐不减咸” 的风味目标具有积极的推动作用。

乳液凝胶是一类由乳化油滴填充的凝胶基质[9],在食品中应用广泛。乳液凝胶的结构形成基于凝胶分子间的相互作用、凝胶(水相)与乳化油滴(油相)的相互作用、油滴间的相互作用[10]。在乳液凝胶中,钠离子主要分布在水相中或界面处,通过调节基质成分,设计合理的基质微观结构,可以有效调控钠离子的释放[11]。作为食品中的关键生物大分子,淀粉和蛋白质可对食品的质地结构和流变特性产生显著影响。在食品乳液体系中,蛋白质与淀粉分子之间的相互作用可分为强烈的共价键合及静电作用,以及较弱的非共价相互作用,如氢键、疏水作用、范德华力以及分子间的缠结,这些作用力在蛋白质网状结构的形成中起着关键作用[12-13]。根据分子结构不同,淀粉又分为直链淀粉和支链淀粉,两者对胶体体系结构影响也不同。高直链淀粉的加入有助于提高乳液的稳定性,向鱼糜中添加淀粉基乳液可以显著改善鱼糜凝胶强度、保水能力等[14]。除此之外,支链/直链淀粉的含量对豌豆蛋白分散体的表观黏度、储能模量、质构特性等均有影响[15]。目前的研究中,对于改变淀粉添加比例,进而调控大豆蛋白乳液凝胶结构的研究较少,且尚未见有对钠离子释放影响的探究。

本研究拟以大豆蛋白为主要凝胶基质构建乳液凝胶体系,并在水相中引入不同比例的直链淀粉与支链淀粉以调节凝胶网络结构,探讨支链淀粉与直链淀粉对大豆蛋白乳液凝胶微观结构和宏观物理特性的影响。本研究拟评估这些微观结构如何影响凝胶体系中钠离子的释放行为。借助自主搭建以咀嚼功能为主的模拟咀嚼器,通过模拟口腔环境和咀嚼行为,研究不同咀嚼条件下钠离子的释放动力学信息。研究旨在阐明淀粉添加对蛋白乳液凝胶结构及宏观物理性质的调控机制,及淀粉对钠离子释放的影响,希望为明确通过食品微结构调控钠离子释放机制提供理论基础,进而为开发低盐香肠等健康食品提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大豆分离蛋白(蛋白质质量分数90%),绥中淞之源植物蛋白有限公司;高直链玉米淀粉(直链淀粉质量分数70%)、高支链玉米淀粉(支链淀粉质量分数95%),河南麦优田贸易有限公司;玉米胚芽油,益海嘉里金龙鱼食品集团股份有限公司;谷氨酰胺转氨酶(120 U/g),泰兴市东圣生物科技有限公司;氯化钾(分析纯),国药集团化学试剂有限公司;氯化钠、氯化钙、氯化镁、碳酸氢钠,均为分析纯,上海麦克林生化科技股份有限公司;黏蛋白 (M2378)、α-淀粉酶(VI-B), Sigma-Aldrich公司。

1.2 仪器与设备

PL602-S型电子天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;HWS-24型电热恒温水浴锅,北京长风仪器仪表公司;CT3型物性分析仪,美国Brookfield公司;SZCL-2型数显智能控温磁力搅拌器,上海司乐仪器有限公司;HAAKE MARS iQ AIR型旋转流变仪,美国Thermo Fisher Scientific公司;3k15型超速离心机,德国Sigma公司;DDS-307A型电导率仪,上海仪电科学仪器股份有限公司;FE28型酸度计,瑞士梅特勒托利多集团;Ultra turrax T25型高速分散机,德国IKA公司;SU3500型扫描电镜,日本日立集团。LGJ-25C型压盖型冻干机,北京四环科学仪器厂有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 乳液凝胶的制备

制备质量分数为7%大豆分离蛋白溶液。用6 mol/L NaOH水溶液调节大豆分离蛋白溶液的pH值至12.0后静置1 h,用6 mol/L HCl调节pH值至7.0,超声30 min后4 ℃冷藏过夜备用。不同淀粉添加量的乳液凝胶配方见表1。按表1,在90 g大豆分离蛋白溶液中加入10 g不同质量的支链和直链淀粉及1 g NaCl,室温下搅拌至完全溶解,加入25 g 玉米油,10 000 r/min高速剪切5 min得到乳液。向乳液中加入5 g谷氨酰胺转氨酶,搅拌均匀后,37 ℃水浴孵育2 h形成凝胶,取出凝胶4 ℃冷藏过夜备用。

1.3.2 乳液凝胶质构测定

将乳液凝胶制备于20 mL塑料杯(内径28 mm,高32 mm)中。利用物性分析仪测定乳液凝胶的质构特性。使用直径为12 mm 的圆柱形柱塞探头(TA10),选择单轴压缩模式,设置1 mm/s的下降速度和50%的形变量,记录样品的硬度数据,重复8次并取平均值。

1.3.3 乳液凝胶流变学性质测定

将乳液凝胶制成直径40 mm,厚2 mm的圆柱形薄片。使用流变仪测定乳液凝胶的流变性质,采用直径40 mm的平行板,设置测试间隙为2 mm,测量温度37 ℃。1)应变扫描,应变范围设置为 0.01%～100.00%,在1.00 Hz的固定频率下采用流变仪进行扫描,确定样品的线性黏弹区(LVR)。2)频率扫描,固定应变为0.10%,频率区间设置为0.01～100.00 Hz,对乳液凝胶样品进行扫描,观察乳液凝胶储能模量(G′)和损耗模量(G″)随频率的变化情况。

1.3.4 乳液凝胶微观结构观察

参考Lu等[16]的方法,使用扫描电镜(放大100倍)观察样品的微观结构。测试之前将样品冷冻干燥48 h,随后使用离子溅射用金溅射涂覆样品并在电压为15 kV条件下观察样品微观结构。

1.3.5 去离子水中的钠离子静态释放情况测定

将乳液凝胶样品放置于100 mL去离子水中,为了保证溶液的均一性,使用磁力搅拌器以100 r/min的速度进行搅拌。电导率仪能够测量溶液中离子的浓度,而钠离子作为电荷载体,其浓度的变化会直接影响溶液的电导率。将电导率仪探头插入液面以下,每10 s记录一次读数,测量5 min内乳液凝胶的静态钠离子释放情况。将静态释放中获得的数据拟合在动力学模型中[式(1)]。

y=at2+bt+c 。

(1)

式(1)中,y为t时刻溶液的电导率,mg/L;a表示电导率随时间的二次变化速率,mg/(L·s2);b代表电导率随时间变化的速率mg/(L·s);c为初始电导率,mg/L;t为乳液凝胶浸泡时间,s。利用Origin软件进行线性拟合得到动力学常数a和b。

1.3.6 模拟咀嚼对乳液凝胶破碎效果及钠离子释放的影响实验

人类在咀嚼食物的过程中,咀嚼速度不同,咀嚼速度可随食物块的大小、软硬、滋味等变化,正常的咀嚼速度为60～120次/min,平均咀嚼速度为68次/min[17]。为模拟口腔加工过程及环境,搭建模拟咀嚼器(图1),分别设置咀嚼器运转速度为30、68、90 r/min,设置蠕动泵流速3 mL/min,评估不同咀嚼速度对样品的破碎效果、电导率的影响。由于个体生理差异及食物种类的不同,咀嚼时间也有所差异,固定咀嚼速度为68 r/min,分别测定咀嚼时间为0、60、120、180、240、300、360 s的钠离子释放情况及破碎效果。

1.3.6.1 破碎效果测定

食品的破碎度通常可以采用碎片总表面积表示,测量方法参考平板扫描仪图像扫描法[18]并加以修改。将破碎过后的样品铺于平板上,并保证样品食团间不粘连,利用扫描设备对食团进行扫描,通过ImageJ计算不同咀嚼速度条件下凝胶碎片的总表面积,定量评估并比较不同速度参数下咀嚼装置的破碎效果。

1.3.6.2 电导率测定

为了保证所取得样品溶液的均匀性,避免由于局部浓度变化导致的测量误差,使用注射器在容器内多个位置吸取人工唾液,尽量避免抽取到凝胶碎片,每次取样量为2 mL。样品放置于离心管中使用电导率仪测量。

1.3.7 乳液凝胶摩擦学性质测定

将乳液凝胶与人工唾液[19]以质量比为1∶1混合后使用模拟咀嚼器进行咀嚼,设置咀嚼速度为68 r/min,咀嚼时间为5 min,使用配备有球三板摩擦夹具的流变仪测定咀嚼后乳液凝胶与人工唾液混合物的摩擦特性。球三板摩擦装置包括1个具有刚性的球和3块表面附有PDMS的不锈钢小板。施加0.5 N的法向应力模拟口腔作用,设置温度为37 ℃、滑动速率为0.1～1 000.0 mm/s,测定样品的摩擦系数。

1.4 数据处理

使用Microsoft Excel 2019、Origin Pro 2022和SPSS 29软件对实验数据进行统计分析。除质构特性数据外,实验数据均以3次重复实验的平均值±标准偏差表示。

2 结果与讨论

2.1 支链与直链淀粉质量比对乳液凝胶硬度的影响

样品质构特性测定结果见图2。图2表明,随着直链淀粉质量比例的提高,乳液凝胶的硬度先增加后降低,在支链淀粉与直链淀粉质量比例为6∶4时样品硬度最大。当支链淀粉与直链淀粉质量比例为4∶6及以上时,乳液凝胶硬度开始降低,这可能是由于随着直链淀粉质量比例的增加,填充在蛋白质基质中的直链淀粉对蛋白质分子的进一步重排和交联产生空间位阻。这意味着直链淀粉的存在阻碍了蛋白质分子之间的相互作用,限制了凝胶网络的进一步发展。乳液凝胶的硬度在淀粉含量为0时同样较低。

2.2 支链与直链淀粉质量比对乳液凝胶流变学性质的影响

图3展示了不同淀粉质量比的乳液凝胶G′随应变(0.01%～100.00%)变化的情况。在凝胶体系中,G′表示凝胶的弹性特性,即凝胶在受到外力作用时,能够存储多少能量并在去除外力后恢复其原始状态的能力。G′高意味着凝胶具有较好的弹性,能够抵抗变形而不发生永久性改变。G′是凝胶网络结构强度的一个重要指标,可以用来评估凝胶的机械性能和稳定性[20]。由图3可见,在一定应变范围内,六组凝胶的G′值均保持基本稳定,即处于线性黏弹区(linear viscoelastic region,LVR)。随着应变持续增加,G′急剧下降,G″上升,进入非线性黏弹区。随着直链淀粉含量增加,复合凝胶的G′值先升高后降低。同样,当支链淀粉与直链淀粉质量比为6∶4时,G′值最大,且LVR范围最大,这与样品的质构特性测定结果一致。说明该比例下凝胶结构最稳定,具有更高的凝胶强度,能够承受更大的形变而不破裂。频率(1～10 Hz)扫描结果显示,在频率较低时,六组凝胶的G′和G″基本不受频率的影响,显示出非频率依赖性,且G′始终大于G″,故在小振幅振荡剪切试验中,所有样品均表现出弹性为主的凝胶性质,说明六组凝胶均具有一定的强度,并表现出类固体的行为。

2.3 支链与直链淀粉质量比对乳液凝胶微观结构的影响

凝胶网络的均匀性和致密性直接影响其力学性能,如硬度、弹性和黏附性[21],不同乳液凝胶样品微观结构观察结果见图4。由图4可以看出,不同支链淀粉与直链淀粉质量比的复合凝胶微观结构具有一定差异。在未添加淀粉的情况下,乳液凝胶呈现出较为致密的结构,孔隙率较小,这为后续添加不同比例的支链淀粉和直链淀粉提供了对照基准。当支链淀粉与直链淀粉质量比为10∶0、8∶2时,复合凝胶内部呈现不规则排列的蜂窝状小孔,表面相对粗糙;当支链淀粉与直链淀粉质量比为6∶4时,在凝胶内部观察到了明显的连续网络结构。规则且均匀的网络结构通常能提供更好的力学支撑,增加凝胶的稳定性和抗变形能力,该结果与流变和质构的实验结果一致。然而随着直链淀粉含量进一步提高,当支链淀粉与直链淀粉质量比提高到0∶10后,凝胶多孔结构被破坏,产生了较大的裂隙[图4(f)],这可能是由于凝胶中相分离的水产生排斥力[21],且直链淀粉形成的层结构较不致密且更易伸展[22]。王晶等[23]的研究中同样表明,随着直链淀粉含量增加,凝胶分子片段聚集显著增加,淀粉基凝胶规则网状结构被破坏。在Kuo等[24]的研究中,通过使用乳清蛋白分离物和无水乳脂制备固体脂质蛋白胶体凝胶,发现具有较大的孔隙及多孔结构的凝胶有利于浆液的释放,而浆液释放又会影响钠离子释放及咸味感知。因此,通过控制支链/直链淀粉质量比可以精细调控凝胶的孔隙特性,可能有助于影响风味物质释放。

2.4 乳液凝胶结构对钠离子静态释放效果的影响

将乳液凝胶静置在去离子水中,通过测量一定时间内的电导率变化,判断乳液凝胶结构对钠离子释放的影响,实验结果见图5。由图5可见,在钠离子释放过程中,添加淀粉组与未添加淀粉组具有相似的释放行为。乳液凝胶在去离子水中浸泡初期钠离子快速释放,随着时间的延长释放速率逐渐变小,该现象可能是由于乳液凝胶为水包油结构,接触水的瞬间体系表层钠离子快速释放,而随着钠离子扩散,凝胶内外钠离子浓度梯度减小;同时,随着凝胶在去离子水中浸泡时间的延长,蛋白质及淀粉颗粒发生溶胀,从而产生“曲折效应”,增加钠离子迁移的阻力,因此释放速率也逐渐降低[25]。采用二次曲线y=at2+bt+c进一步分析结果,拟合参数总结结果见表2。

b值在一定程度上能够表征钠离子的释放速度。由表2数据可以发现,当支链淀粉与直链淀粉的质量比为6∶4时,钠离子的释放速率降至最低,同时释放量也最少。这可能是由于该质量比时形成的凝胶具有较为致密的网络结构(图4),这种结构对钠离子的迁移构成了较大的阻碍。相反地,当支链淀粉与直链淀粉的质量比为0∶10时,钠离子的释放速率达到最高,释放量也最大。这一现象可能与凝胶的微观结构有关,高比例的直链淀粉可能形成了具有较高孔隙率的疏松网络,为钠离子的迁移和释放提供了更多的通道和更大空间。而当支链淀粉含量较高时,钠离子释放量同样较高,可能是由于相比于直链淀粉来说,支链淀粉携带有更少的负电荷,而体系中的钠离子带正电,支链淀粉含量高的体系中游离钠离子较多,更加容易向外释放。

2.5 模拟口腔加工对乳液凝胶破碎效果及钠离子释放的影响

在真实食品摄入过程中,钠离子释放不是简单的静态过程,而是要经过人体复杂的口腔加工。口腔加工过程中的动态咀嚼压缩作用及唾液的消化作用会影响食物结构破碎程度及浆液释放,从而影响钠离子的释放及感知。鉴于生理差异和年龄等因素,不同个体对同一食品的咀嚼持续时间和速度及唾液成分可能存在显著差异。现有研究表明,咀嚼行为的多样性可能会对钠离子的释放和咸味感知产生影响[26]。

2.5.1 咀嚼速度对乳液凝胶破碎效果及钠离子释放的影响

不同咀嚼速度对样品破碎效果的影响见图6。由图6可知,在相同的咀嚼时间内,不同的咀嚼速度对各个样品的破碎效果有显著影响,更快的咀嚼速度提供了更多的能量和撞击次数,从而使食物颗粒更有效地被破碎,增加了破碎样品的总表面积。即使在相同的咀嚼速度下,不同样品之间也存在着显著的差异。在三组咀嚼速度下,随着直链淀粉的增加,碎片表面积均呈现了先下降后升高的趋势,这可能是由于直链淀粉对样品质地的影响。当直链淀粉含量较低时,样品硬度较低,容易破碎,导致较大的表面积。随着直链淀粉含量的增加,硬度增加,破碎效果变差,表面积减小。但是,随着直链淀粉含量逐步提升至某一临界值,乳液凝胶内部蛋白质分子经历了相分离与随后的重聚集过程。这一转变导致凝胶基质中的孔隙率显著增加,同时伴随着凝胶整体硬度的降低,样品的破碎效果又得到改善,导致表面积再次增加。

不同咀嚼速度对样品钠离子释放的影响见表3。 由表3可知,随着咀嚼速度的提高,钠离子的释放有所增强。尽管加快咀嚼速度能够促进钠离子的释放,但在360 s的咀嚼周期内,释放量已趋于饱和,表明食物与唾液的混合作用在一定时间后达到平衡,不再显著增加钠的释放。与静态释放相比,各个样品在模拟咀嚼过程中钠离子的释放量均得到显著提高,凸显了口腔加工过程中牙齿的咀嚼作用对食物的破碎效果及钠离子释放的关键作用。咀嚼增加了食物的接触面积,从而提高传质效率,促进钠离子的释放,还通过物理作用改变食物的微观结构,增加浆液释放量,从而提高了钠离子的可用性。

2.5.2 咀嚼时间对乳液凝胶破碎效果及钠离子释放的影响

不同咀嚼时间对样品破碎效果及钠离子释放的影响见图7。由图7可知,随着咀嚼时间的增加,样品破碎表面积显著提高,在咀嚼末期(300～360 s)时大部分样品破碎表面积趋于稳定不变,说明在300 s时咀嚼已经比较完全,继续咀嚼对破碎效果的改变不大。但第三组样品[m(支)∶m(直)为6∶4]及无淀粉组样品在咀嚼末期的表面积仍然显著提高,可能是由于其样品硬度较高,需要更长的破碎时间才能达到充分咀嚼。

图7表明,在口腔加工过程的所有样品中,钠离子的释放行为呈现出相似的模式:在加工初期(0～120 s),钠离子经历了一个快速释放的阶段;进入中期(120～240 s)后,释放速度有所下降;而在末期(240～360 s),尽管仍有少量的钠离子继续释放,但整体释放量已基本趋于稳定。这种动态的释放过程与静态释放的情况相比,口腔加工通过其破碎效果显著地促进了钠离子的释放,这显示了以咀嚼为主的口腔加工行为在调节钠离子释放中的关键作用。这一发现可为理解食品在口腔内的行为以及如何通过食品设计来优化咸味感知提供借鉴。

2.5.3 唾液成分对乳液凝胶破碎效果及钠离子释放的影响

α-淀粉酶是人体唾液中的关键成分,其主要功能是通过切断淀粉分子中的α-(1,4)糖苷键,从而在口腔中对淀粉进行初步消化[27]。在本实验中,将乳液凝胶分别浸泡于去离子水和α-淀粉酶溶液中300 s后,测定其电导率,实验结果见图8。由图8可知,与不含淀粉组相比,含有不同比例淀粉的六组乳液凝胶在α-淀粉酶溶液中的钠离子释放量显著增加。这一结果表明,α-淀粉酶对乳液凝胶中淀粉的消化作用及其对凝胶结构的破坏,促进了钠离子的释放。这不仅体现了在口腔加工过程中唾液的重要性,还表明向乳液凝胶中加入适当比例的淀粉有利于促进口腔加工过程中凝胶结构的破坏,从而提高钠离子的释放量。

2.6 乳液凝胶与唾液混合物的摩擦性质分析

唾液是一种具有多种作用的生理液体,对于保持良好的口腔健康至关重要[27]。唾液成分多样,主要包括水分、电解质、黏蛋白、淀粉酶等。唾液通过相互作用将固体食物颗粒覆盖、润湿和聚集在一起,形成团块,从而对这些食物的流变行为产生影响[28]。

Stribeck曲线是食品摩擦学中用于表征食品润滑特性的关键工具,可揭示润滑剂黏度、相对运动速度、负载和摩擦系数之间的相互关系。该曲线通常从左至右分为3个区域:边界润滑区、混合润滑区和流体润滑区。乳液凝胶与唾液混合物摩擦性质测定结果见图9。由图9可见,六组乳液凝胶具有相似的Stribeck曲线,摩擦行为主要由边界润滑区和混合润滑区组成。先前的研究表明,混合润滑区内的摩擦减少主要受连续相的黏度影响[29]。食物的黏度会影响食物在舌头表面的滞留时间及钠离子扩散速度,因此本研究重点关注混合润滑区内的摩擦变化。根据曲线特征和感官评价筛选出2个关键参数[29],分别为混合润滑区的拟合斜率k1以及平均摩擦系数μ1[30]。

表4显示了6种乳液凝胶在混合润滑区的k1值和μ1值。表4结果显示,所有乳液凝胶的k1值均为负,揭示了摩擦系数与滑动速度之间的负相关性。当支链淀粉与直链淀粉的质量比为2∶8时,k1值达到最低,摩擦系数随滑动速度的增加而减小的速率最慢,说明该凝胶的滞留感最为显著,表现为凝胶较黏稠且顺滑度不佳。相对地,当支链淀粉与直链淀粉质量比为8∶2时,k1值最大,这可能是由于凝胶硬度较小,破碎过程比较充分,油脂释放量提升从而增加润滑,反映出凝胶结构的差异对凝胶的摩擦特性有显著影响。

此外,在本实验中,当凝胶中直链淀粉含量处于较高水平时,其展现出的μ1值也相应增大。这很可能是由于直链淀粉含量的上升促使凝胶黏度增加,进而对凝胶与唾液混合时的润滑性能产生了影响。而摩擦性质的这种提升,有利于乳液凝胶在舌头表面的滞留,使风味物质的保留及释放时间得以延长[20]。

3 结 论

本研究探讨了直链淀粉与支链淀粉在大豆蛋白乳液凝胶体系中的作用及其对凝胶性质的影响。通过质构分析、流变学测试、微观结构观察、钠离子静态释放实验、模拟口腔加工实验及摩擦测试,揭示了支链与直链淀粉质量比对凝胶微观结构和钠离子释放行为的调控作用。研究结果表明,随着直链淀粉质量比的增加,凝胶的硬度先增加后降低,当支链淀粉与直链淀粉的质量比为6∶4时,凝胶硬度最大。当支链淀粉与直链淀粉以0∶10的质量比混合时,乳液凝胶呈现出最低的硬度和最高的孔隙率,钠离子的静态释放速率最快且释放量最高。高释放速率有利于提高短时间内口腔中的钠离子浓度从而增强咸味感知。在设计和生产乳液凝胶食品时,可以根据实际需要通过调节淀粉比例从而获得不同质构特性的样品;除此之外,通过调节支链淀粉和直链淀粉的质量比可以控制释放速率。例如:当需要缓慢释放体系中的风味物质或活性成分时,可以增加支链淀粉的比例,以形成致密的网状结构,从而降低释放速率;相反,当需要快速释放时,可以增加直链淀粉的比例,以提高孔隙率加快释放。在模拟口腔加工实验中,添加了淀粉的实验组在淀粉酶溶液中的钠离子释放量显著高于无淀粉组,这不仅体现了在口腔加工过程中唾液的重要性,还表明向乳液凝胶中加入适当比例的淀粉有利于促进口腔加工过程中凝胶结构的破坏,从而提高钠离子的释放量。在凝胶与唾液的摩擦性质测试中,直链淀粉含量较高的凝胶展现出较高的平均摩擦系数,可能与直链淀粉含量增加导致凝胶黏度提高有关,从而影响了凝胶与唾液混合时的润滑性。摩擦性质的增加有利于乳液凝胶在舌头表面的滞留,进而延长风味物质的保留及释放时间。在未来的研究中,可以引入感官评价和咸味感知机制研究,以精确评估不同淀粉比例凝胶的消费者接受度和咸味感知,从而促进减盐食品的开发。

参考文献：

[1] YU H Y, LIU X G, LI Y, et al. Progress in reducing salt and enhancing umami in condiments [J]. Food Science, 2023, 44(5): 375-382.

[2] 中国营养学会. 中国居民膳食指南(2022)[M]. 北京: 人民卫生出版社, 2022:1-386.

[3] World Health Organization. Healthy diet[EB/OL]. [2024-10-15]. https:∥www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/healthy-diet.

[4] 王旭峰, 于梦勤, 王振忠, 等. 基于两步法研究盐离子预聚集对大豆分离蛋白凝胶性的影响[J]. 食品科学技术学报, 2022, 40(1): 65-75.WANG X F, YU M Q, WANG Z Z, et al. Effect of pre-aggregation with different salt ions on gel properties of soy protein isolate based on two-step gelation method[J]. Journal of Food Science and Technology, 2022, 40(1): 65-75.

[5] PATEIRO M, MUNEKATA P E, CITTADINI A, et al. Metallic-based salt substitutes to reduce sodium content in meat products[J]. Current Opinion in Food Science, 2021, 38: 21-31.

[6] LE B, YU B B, AMIN M S, et al. Salt taste receptors and associated salty/salt taste-enhancing peptides: a comprehensive review of structure and function[J]. Trends in Food Science &Technology, 2022, 129: 657-666.

[7] 公奕夫, 李星, 刘斌, 等. 基于固体食盐结构及成分设计的减盐策略及其研究进展[J]. 食品科学, 2023, 44(9): 202-210.GONG Y F, LI X, LIU B, et al. Research progress on salt reduction strategies based on structural regulation and compositional design of solid salt[J]. Food Science, 2023, 44(9): 202-210.

[8] HE F J, TAN M, MA Y, et al. Salt reduction to prevent hypertension and cardiovascular disease: JACC state-of-the-art review[J]. Journal of the American College of Cardiology, 2020, 75(6): 632-647.

[9] 崔梦楠, 鹿瑶, 高彦祥, 等. 食品乳液凝胶的制备及其应用研究进展[J]. 食品科学, 2019, 40(3): 323-329.CUI M N, LU Y, GAO Y X, et al. A review on the preparation and application of food emulsion gels[J]. Food Science, 2019, 40(3): 323-329.

[10] MAO L K, LU Y, CUI M N, et al. Design of gel structures in water and oil phases for improved delivery of bioactive food ingredients[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2020, 60(10): 1651-1666.

[11] SUN C X, ZHOU X L, HU Z N, et al. Food and salt structure design for salt reducing[J]. Innovative Food Science &Emerging Technologies, 2021, 67: 102570.

[12] CHEN Q L, ZHANG J C, ZHANG Y J, et al. Protein-amylose/amylopectin molecular interactions during high-moisture extruded texturization toward plant-based meat substitutes applications[J]. Food Hydrocolloids, 2022, 127: 107559.

[13] KUMAR L, BRENNAN M A, MASON S L, et al. Rheological, pasting and microstructural studies of dairy protein-starch interactions and their application in extrusion-based products: a review[J]. Starch-Stärke, 2017, 69(1/2): 1600273.

[14] MI H B, LIANG S Y, CHEN J X, et al. Effect of starch-based emulsion with different amylose content on the gel properties of Nemipterus virgatus surimi[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2024, 259: 129183.

[15] CHEN Q L, ZHANG J C, ZHANG Y J, et al. Rheological properties of pea protein isolate-amylose/amylopectin mixtures and the application in the high-moisture extruded meat substitutes[J]. Food Hydrocolloids, 2021, 117: 106732.

[16] LU Y, MAO L K, HOU Z Q, et al. Development of emulsion gels for the delivery of functional food ingre-dients: from structure to functionality[J]. Food Engineering Reviews, 2019, 11(4): 245-258.

[17] XIE D Y, LIU X M, ZHANG H, et al. Textural properties and morphology of soy 7S globulin-corn starch (amylose, amylopectin)[J]. International Journal of Food Properties, 2017, 20(10): 2197-2205.

[18] GONÇALVES T M S V, SCHIMMEL M, VAN DER BILT A, et al. Consensus on the terminologies and methodologies for masticatory assessment[J]. Journal of Oral Rehabilitation, 2021, 48(6): 745-761.

[19] KARTHIK P, ETTELAIE R, CHEN J S. Oral beha-viour of emulsions stabilized by mixed monolayer[J]. Food Research International, 2019, 125: 108603.

[20] WANG N Z, HU J, ZHANG K D, et al. Development and characterization of a casein-hyaluronic acid emulsion gel with high water-holding capacity and excellent rheological properties for 3D printing[J]. Food Hydrocolloids, 2023, 140: 108632.

[21] 石丽, 王学兵, 孙若琪, 等. 直链/支链比对青稞淀粉凝胶与消化性的影响[J]. 核农学报, 2024, 38(9): 1627-1635.SHI L, WANG X B, SUN R Q, et al. Effect of amylose/amylopectin ratios on the gel properties and digestibility of highland barley starch[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2024, 38(9): 1627-1635.

[22] MU M D, KARTHIK P, CHEN J S, et al. Effect of amylose and amylopectin content on the colloidal behaviour of emulsions stabilised by OSA-Modified starch[J]. Food Hydrocolloids, 2021, 111: 106363.

[23] 王晶, 冯思敏, 余佳浩, 等. 直链淀粉含量对淀粉基凝胶3D打印适应性的影响[J]. 食品与发酵工业, 2024, 50(3): 250-260.WANG J, FENG S M, YU J H, et al. Effect of amylose concentration on 3D printing adaptability of starch-based gels[J]. Food and Fermentation Industries, 2024, 50(3): 250-260.

[24] KUO W Y, LEE Y. Effect of food matrix on saltiness perception: implications for sodium reduction[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2014, 13(5): 906-923.

[25] WANG X J, ULLAH N, SHEN Y, et al. Emulsion delivery of sodium chloride: a promising approach for modulating saltiness perception and sodium reduction[J]. Trends in Food Science &Technology, 2021, 110: 525-538.

[26] ZHANG Y, YANG H, ZHENG H, et al. Physical properties and salt release of potato starch-based emulsion gels with osa starch-stabilized oil droplets[J]. LWT-Food Science and Technology, 2021,141: 110929.

[27] CHAUDHURY N A, SHIRLAW P, PRAMANIK R, et al. Changes in saliva rheological properties and mucin glycosylation in dry mouth[J]. Journal of Dental Research, 2015, 94(12): 1660-1667.

[28] WANG Q, WANG X M, CHEN J S. A new design of soft texture analyzer tribometer (STAT) for in vitro oral lubrication study[J]. Food Hydrocolloids, 2021, 110: 106146.

[29] ANDABLO-REYES E, YERANI D, FU M, et al. Microgels as viscosity modifiers influence lubrication performance of continuum[J]. Soft Matter, 2019, 15(47): 9614-9624.

[30] LAGUNA L, FISZMAN S, TARREGA A. Saliva matters: reviewing the role of saliva in the rheology and tribology of liquid and semisolid foods (relation to in-mouth perception)[J]. Food Hydrocolloids, 2021, 116: 106660.

Study on Physicochemical Properties of Emulsion Gels and Release of Sodium Ions During Oral Processing by Starch Regulation

SHANG Jingwen1, ZHANG Yanhui1, ZHANG Ruoning1, LI Jia1,2, MAO Like1,*

(1.College of Food Science &Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China;2.CAU-SCCD Advanced Agricultural &Industrial Institute, Chengdu 611130, China)

Abstract： Emulsion gels, containing the structures of both emulsions and gels, serve as the structural basis for various food products. This study aimed to investigate the effects of different ratios of amylopectin and amylose on the microstructures of soy protein-based emulsion gels and explore their relationship with sodium ions release during oral processing. Emulsion gels were prepared using starch and soy protein. The effects of different amylose and amylopectin addition ratios on the textural properties, rheological behavior, microstructures, and lubrication properties of emulsion gels were characterized using scanning electron microscopy (SEM), texture analyzer, rheometer, and tribometer. Additionally, an oral processing simulator was employed to mimic mastication and assess the release kinetics of sodium ions. The results indicated that the gel exhibited maximum hardness at an amylopectin-to-amylose mass ratio of 6∶4, with SEM images showing the densest gel network at this ratio. In contrast, at an amylopectin-to-amylose mass ration of 0∶10, the gel exhibited the highest porosity, the lowest hardness, and a significantly increased rate and total release of sodium ions. Furthermore, the tests on the frictional properties of emulsion gels mixed with simulated saliva showed that the increase in amylose content elevated the friction coefficient upon the mixing of gel and saliva, thereby diminishing its lubricative efficiency. These findings aimed to provide a theoretical reference for the design of low-sodium food products.

Keywords： emulsion gels; soy protein; amylose; amylopectin; analog chewing machine; sodium ion release; oral processing

doi：10.12301/spxb202400673

文章编号：2095-6002(2025)04-0077-11

引用格式：尚靖雯, 张彦慧, 张若宁, 等. 淀粉调控乳液凝胶理化性质及口腔加工过程中钠离子释放研究[J]. 食品科学技术学报,2025,43(4):77-87.

SHANG Jingwen, ZHANG Yanhui, ZHANG Ruoning, et al. Study on physicochemical properties of emulsion gels and release of sodium ions during oral processing by starch regulation[J]. Journal of Food Science and Technology, 2025,43(4):77-87.

中图分类号： TS214.2

文献标志码： A

收稿日期： 2024-10-15

基金项目： 四川省自然科学基金资助项目(2024NSFSC0369)。

Foundation: Sichuan Provincial Natural Science Foundation(2024NSFSC0369).

第一作者： 尚靖雯,女,硕士研究生,研究方向为功能配料与功能食品。

*通信作者： 毛立科,男,副教授,博士,主要从事功能配料与功能食品方面的研究。

(责任编辑：叶红波)