近日，集美大学海洋食品与生物工程学院肖安风教授（通讯作者）、陈福泉副教授（通讯作者）与方菁菁（第一作者）、陈雪珍（共同第一作者）等人，于《International Journal of Biological Macromolecules》（JCR一区，IF=7.7）发表题为“Structure transition and gel melioration of ι-carrageenan and non-gelling senna tora gum mixed gel”的研究性论文。该成果由生物加工与绿色制造研究团队完成。
研究背景
卡拉胶是通过热碱分离从海洋红藻中提取获得的天然的阴离子线性多糖的统称。理想情况下，卡拉胶是由α-1,4和β-1,3糖苷键链接的重复的D-半乳糖和3,6-脱水半乳糖（3,6-AG）交替二糖单元组成的。根据半乳糖链上硫酸基团的数量和位置可以将卡拉胶分为κ-、ι-和λ-卡拉胶三种主要类型。不同的结构会导致非常不同的胶凝行为。κ-和ι-卡拉胶在较高温度下经历热可逆的构象排列，随着温度的降低，它们通过硫酸盐集团和3,6-脱水-D-吡喃半乳糖基环进行组合，无序状态变为有序的螺旋构象，形成网络结构导致凝胶。λ-卡拉胶无法形成凝胶，在所有温度下都是随机的卷曲构象。尽管都具备凝胶能力，但是ι-卡拉胶因其较高的硫酸盐基团含量导致了与κ-卡拉胶相比更低的凝胶强度，形成更加柔软的凝胶。ι-卡拉胶由于其多功能性，包括增粘、增稠、凝胶和稳定能力，在食品和非食品行业中都具有广泛的应用。
作为目前食品市场中最主要的亲水胶体之一，ι-卡拉胶与金属离子、多糖以及一些小分子如氨基酸、蔗糖等物质的相互作用具有一定的研究基础。金属离子对卡拉胶有显着的影响，在Ca2+的诱导下，ι-卡拉胶的双螺旋结构之间更加接近，二价阳离子的桥接增强了其凝胶化。研究者们研究了多种带有不同电荷的氨基酸对ι-卡拉胶凝胶性质和理化性造成的显着影响。蔗糖作为一种甜味剂，不仅可以增加体系的甜度，还会对质地和流变性能产生积极影响。其中，多糖与多糖复配是一种兼具安全和高效的物理改性方法，即将两种及以上的多糖共混以构建新的二元混合物，通过相互作用使体系具有单一多糖无法达到的性能。柔性的ι-卡拉胶与木薯淀粉可以形成混合良好的相，获得了稳定的直链淀粉和ι-卡拉胶链的网络，使体系弹性增加。竹芋淀粉和ι-卡拉胶混合物制成的薄膜可以提升抗拉强度、降低水蒸气透过率，在延长食品保质期和质量上表现出优势。ι-卡拉胶与壳聚糖可以形成具有更高机械强度的高吸水性凝胶。
半乳甘露聚糖是一种在自然界中广泛存在的中性多糖，通常从豆科植物的种子中提取，具有1,4-β-D-吡喃甘露糖基单元与1,6-α-D-吡喃半乳糖基单元支化的线性链组成的一般结构。半乳甘露聚糖因其无毒、可再生、成本低等优势广泛应用在食品、生物医药和化妆品行业。不同来源的半乳甘露聚糖具有不同的甘露糖与半乳糖的比率（M/G），而M/G会导致性质上的差异：溶解度、粘度以及半乳甘露聚糖与其他多糖之间的相互作用。尽管半乳甘露聚糖是一种非凝胶多糖，但是在与某些多糖相互作用时可以促进它们的凝胶化，如刺槐豆胶与卡帕卡拉胶、塔拉胶与黄原胶和卡拉胶可以表现出明显的协同作用。半乳甘露聚糖与螺旋形成的多糖之间可以产生相互作用，具有较少半乳糖支链的半乳甘露聚糖的甘露糖主链上具有更长的未取代区域，因此能产生更好的协同作用。然而，半乳甘露聚糖与ι卡拉胶的相互作用的相关研究是未见的。决明胶是从一种豆科植物决明的种子中提取和分离出来的，其中含有至少75%的半乳甘露聚糖，半乳糖和甘露糖的比例为1:5。作为一种没有毒性的，安全的天然食品添加剂，决明胶广泛用作增稠剂、乳化剂和促凝剂。然而，半乳甘露聚糖与iota-卡拉胶的相互作用研究几乎是未见的，为了填补这一研究空白，在本研究中发现，添加STG可以对IC的凝胶性能产生影响，为了了解其内在原因，我们通过质地剖面分析法（TPA）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、差示量热扫描仪（DSC）、低场核磁（LF-NMR）并结合场发射扫描电子显微镜（SEM）和激光共聚焦扫描显微镜（CLSM）揭示了IC与STG之间的相互作用机制，并有望扩大其应用范围。
研究结论
基于文中的实验结果，我们提出一种STG对IC凝胶化影响的机制示意图。决明胶的添加使ι-卡拉胶与决明胶产生更多的氢键相互作用，并使共混凝胶体系的网络排列更加规则。非凝胶型的决明胶在溶液中呈现无序的状态，填充在ι-卡拉胶的蜂窝网状孔洞中，作为一种“粘合剂”使ι-卡拉胶孔洞的壁与壁之间更加紧密地结合在一起。STG对IC的凝胶形成产生积极的影响，使混合凝胶的硬度、热稳定性和粘度得到提高，并改善了IC的水结合能力，在凝胶性能和结构表征上体现出明显的协同效应。STG添加后，IC/STG混合凝胶的凝胶性，如凝胶的硬度、热稳定性和粘度、水结合能力等能得到改善。我们将其归因于STG对IC的凝胶的形成产生积极的影响，并且基于实验结果我们提出一种STG对IC凝胶化影响的机理示意图。纯的STG溶液呈现出无规线团的构象，在常温状态下不形成凝胶。纯的IC可以形成具有疏松的蜂窝状网络结构的凝胶。STG与IC之间的氢键增强可能导致网络结构更加有序，这种增强的相互作用提高了凝胶的硬度和热稳定性。其次，STG的加入可能导致网络结构更加紧，非凝胶的STG在填充IC的蜂窝状孔隙，充当“粘合剂”。这种填充作用可以减少孔隙率，增加凝胶内部的密度，从而提高凝胶的抗压强度。凝胶内部的致密化会限制溶剂分子的流动，有效提高凝胶的粘度。最后，更加致密和有序的结构也影响了IC的水结合能力。
