应用QCM-D揭示pH响应性大豆蛋白微凝胶的界面组装与流变行为

用户成果｜华南理工大学万芝力/杨晓泉团队Food Hydrocolloids: 应用QCM-D揭示pH响应性大豆蛋白微凝胶的界面组装与流变行为

背景知识

微凝胶作为多功能胶体构建单元，因其可变形性、表面活性及环境响应性，在食品乳液等多相体系中展现出巨大潜力。然而，基于蛋白质凝聚体构建的微凝胶，其界面行为（尤其是pH响应性对其吸附动力学及结构的影响）仍不明确。大豆分离蛋白（SPI）因其高生物相容性和功能特性，成为构建植物基微凝胶的理想材料，但其在油水界面的动态吸附机制及力学性能亟待解析。近日，华南理工大学万芝力/杨晓泉团队以“pH-responsive microgels constructed from soy protein coacervates: Structure and rheology at the oil-water interface”为题在《Food Hydrocolloids》上发表了相关研究进展。

研究方法

研究团队通过热致相变法将大豆蛋白自凝聚体转化为微凝胶，并系统探究其pH响应性对油水界面行为的影响。

QSense 耗散型石英晶体微天平(QCM-D)的核心作用：

1. 吸附动力学定量：实时监测微凝胶在疏水表面的吸附过程，揭示pH 3（溶胀态）与pH 7（非溶胀态）下吸附层厚度与质量的差异（图2b-d）。

2. 界面层力学解析：结合Voigt模型拟合，发现溶胀态微凝胶吸附层含水率更高、弹性模量更低，验证其形成柔性凝胶网络（图6c）。

3. 电荷与尺寸效应：QCM-D数据证实，非溶胀微凝胶因尺寸小、静电屏障低，吸附速率更快，但溶胀态形成更厚界面层（图2c）。

实验结果与分析

1. pH响应性机制：

中性条件（pH 7）下，SPI微凝胶保持非溶胀态（粒径190 nm），界面吸附快；酸性（pH 3）或碱性（pH 10）条件下，静电排斥增强致微凝胶溶胀（粒径达342 nm），吸附速率减缓。

2. 界面结构差异：

溶胀态微凝胶快速形成松散界面网络，而非溶胀态因尺寸小、电荷低，吸附后形成致密玻璃态结构。

3. 力学性能对比：

QCM-D结合界面流变学显示，溶胀态微凝胶界面层弹性模量低（柔性高），抗非线性形变能力强；非溶胀态界面层脆性高，易屈服。

结论与展望

本研究通过QCM-D等技术首   -  次揭示：大豆蛋白微凝胶的pH响应性显著影响其界面吸附动力学、组装结构及力学性能，溶胀态形成柔性网络，非溶胀态构建致密层。该成果为植物基高蛋白乳液设计提供了新思路，未来可拓展至功能性食品、药物递送等领域。

基金支持

国家自然科学基金（32172347）、广东省自然科学基金杰出青年项目（2024B1515020081）、111引智计划（B17018）。

原文链接

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