登顶食品TOP期刊《Food Chemistry》：测牛奶新鲜否？东农推出“花青素–海藻酸钠”智能微珠

EngineeringForLife · 公众号 · · 2025-02-24 00:00

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随着人们生活质量的提高，鲜活食品配送成为城市中的新消费模式，但鲜活食品在储存和运输过程中容易出现食品安全问题，尤其是保质期短的高蛋白饮料（如牛奶、豆浆和双蛋白饮料）。这类食品营养价值高，但其高蛋白环境为微生物繁殖提供了充足的营养，导致食品迅速变质，主要表现为pH值下降。目前，高蛋白饮料如鲜奶的安全监测主要发生在食品出厂前，后期供应链中的食品安全保障不足，特别是在鲜奶等蛋白饮料的即时配送中，这一问题更加突出。

因此，设计和开发新的实时监测方法对于高蛋白饮料来说非常重要。

针对此问题，东北农业大学的杨晓宇以及李良团队主要研究了通过将蓝莓花青素嵌入大豆蛋白纳米纤维/海藻酸钠水凝胶中，制备了一种可食用的pH响应性显色水凝胶珠，用于监测高蛋白饮料的新鲜度。相关研究以 “Edible blueberry anthocyanin-loaded soybean protein nanofibers/ sodium alginate hydrogel beads: Freshness detec

本研究通过将蓝莓花青素嵌入大豆蛋白纳米纤维/海藻酸钠水凝胶中，制备了一种可食用的pH响应性显色水凝胶珠，用于监测高蛋白饮料的新鲜度。

以下是对本研究创新点的简要概述：

（1）创新的材料组合：将蓝莓花青素嵌入大豆蛋白纳米纤维/海藻酸钠水凝胶中，制备了一种新型的pH响应性显色水凝胶珠。这种组合不仅提高了水凝胶珠的机械强度和稳定性，还实现了对高蛋白饮料新鲜度的实时监测。

（2）实时监测高蛋白饮料新鲜度：所制备的水凝胶珠能够通过颜色变化直观反映高蛋白饮料的新鲜度。当饮料变质时，水凝胶珠的颜色会从蓝黑色变为紫红色，为消费者提供了简单直接的视觉提示。这种方法具有实时性、准确性和便捷性，为食品新鲜度监测提供了新的解决方案。

（3）提升蛋白消化率和安全性：水凝胶珠不仅能够监测新鲜度，还能提高高蛋白饮料中的蛋白消化率。此外，所用材料均为安全可食用的天然成分，保障了食品的安全性。这种多功能性使得水凝胶珠在食品行业中具有广泛的应用前景。

这篇文章为高蛋白饮料的新鲜度监测提供了新的解决方案，通过负载蓝莓花青素的水凝胶珠实现了对饮料新鲜度的直观监测，并通过实验验证了其有效性和稳定性。

1. 蓝莓花青素负载大豆蛋白纳米纤维/海藻酸钠水凝胶珠的制备

首先，将大豆分离蛋白（SPI）分散在去离子水中，用6 mol/L HCl调节pH值至2.0，并在25℃下磁力搅拌2小时。然后，将溶液在4℃下过夜完全水合后，以7000 rpm离心20分钟，用6 mol/L HCl将上清液调节至pH 2.0，并通过0.22 μm滤膜过滤。将过滤后的溶液在85℃水浴中加热10小时，持续搅拌。热处理后，将预纤维化的蛋白质溶液在冰水浴中冷却，并储存于4℃。接着，用6mol/L NaOH将大豆蛋白纳米纤维（SNF）溶液的pH值调节至7.0，样品经冷冻干燥后储存。将SNF溶液（1% w/v）和海藻酸钠（SA）溶液（1% w/v）以7:3的比例在25℃下充分搅拌3小时，得到SNF/SA混合溶液。通过蠕动泵将混合溶液滴入0.1 mol/L CaCl₂溶液（pH 6）中，形成SNF/SA pH响应性水凝胶珠。蠕动泵的速度为1.0 rpm，支撑软管为0.5×0.92，液滴体积为0.46 mL，液面距离为1 cm。将不同量的蓝莓花青素（0.025 g、0.05 g、0.1 g）溶解在100 mL SNF/SA（7:3）混合溶液中，通过0.45 nm滤膜过滤去除未溶解的花青素，制备得到含有不同花青素含量的pH响应性显色水凝胶珠，分别命名为SS/B₁（0.025g）、SS/B₂（0.05g）和SS/B₃（0.1g）。使用前，水凝胶珠经过三次蒸馏水洗涤，并通过UV灭菌24小时。

图1 FT-IR光谱、XRD图谱和激光扫描共聚焦显微镜图像分析

2. pH响应性显色水凝胶珠在高蛋白饮料新鲜度监测中的应用

研究制备了负载蓝莓花青素的大豆蛋白纳米纤维/海藻酸钠（SNF/SA）水凝胶珠，用于监测牛奶、豆浆和双蛋白饮料的新鲜度。水凝胶珠通过颜色变化来反映饮料的pH值变化，从而判断饮料的新鲜程度。新鲜饮料的pH值较高，水凝胶珠呈现蓝黑色；当饮料变质，pH值下降时，水凝胶珠变为紫红色。这种颜色变化直观且易于观察，为消费者提供了实时、可靠的食品新鲜度信息。此外，水凝胶珠在4℃和25℃下储存96小时后仍保持良好的颜色稳定性，确保了在实际应用中的有效性和准确性。

因此，这种水凝胶珠为高蛋白饮料的新鲜度监测提供了一种新颖、安全且可视化的方法。

图2 蛋白饮料储存过程中的pH值变化及水凝胶珠的响应图像

3. 水凝胶珠对高蛋白饮料蛋白消化率的影响

研究发现在高蛋白饮料中加入负载蓝莓花青素的水凝胶珠（SS/B₃）后，饮料中的蛋白消化率得到了提高。通过模拟胃肠道消化实验，发现SS/B₃水凝胶珠在胃环境中能够保护花青素并控制其释放，而在肠环境中则大量释放花青素。这种释放模式有助于提高蛋白饮料在肠道中的消化效率。此外，花青素与蛋白质之间的非共价或共价相互作用也改变了蛋白质的二级结构，进一步促进了蛋白质的消化。

因此，水凝胶珠不仅能够监测高蛋白饮料的新鲜度，还能提升饮料的营养价值，具有重要的实际应用意义。

图3 SS/B₃水凝胶珠在消化过程中的花青素释放率及蛋白饮料的蛋白消化率

4. 水凝胶珠在不同环境下的稳定性研究

研究评估了负载蓝莓花青素的水凝胶珠（SS/B）在不同温度（4℃、25℃和37℃）和pH值（2、3、4、5、6、7）条件下的稳定性。结果表明，SS/B水凝胶珠在不同环境中表现出良好的颜色稳定性和花青素释放稳定性。在酸性条件下，花青素的释放速率较低，颜色稳定性较好；随着pH值的升高，花青素释放速率增加。此外，SS/B₃水凝胶珠在4℃和25℃下储存96小时后，颜色变化较小，总色差（ΔE）小于3.5，表明其颜色稳定性较高。然而，在37℃下储存时，颜色变化较为明显，这可能是由于温度升高破坏了水凝胶珠的结构稳定性。

总体而言，SS/B水凝胶珠在不同环境下表现出良好的稳定性，为其在食品新鲜度监测中的应用提供了可靠的基础。

图4 不同温度和pH值下水凝胶珠的颜色稳定性

5. 水凝胶珠的封装效率与物理化学性质分析

研究分析了负载不同量蓝莓花青素的水凝胶珠（SS/B₁、SS/B₂、SS/B₃）的封装效率、大小、硬度、水分含量和球形度因子等物理化学性质。结果显示，水凝胶珠的封装效率均超过87%，且不同花青素添加量组间无显著差异。花青素添加量的增加对水凝胶珠的大小无显著影响，但硬度随花青素添加量的增加而增加，其中SS/B₃的硬度最高，为835.94±36.65 g。此外，花青素的添加导致水凝胶珠的水分含量显著降低，SS/B₁、SS/B₂和SS/B₃的水分含量分别为98.11±0.08%、97.73±0.13%和97.67±0.08%。球形度因子分析表明，所制备的水凝胶珠均为球形（SF<0.05）。

这些结果表明，水凝胶珠具有良好的物理化学性质，能够满足实际应用中对封装效率和稳定性的要求。

图5 负载蓝莓花青素的pH响应性显色水凝胶珠图像

综上所述，本论文成功制备了负载蓝莓花青素的大豆蛋白纳米纤维/海藻酸钠（SNF/SA）水凝胶珠，并研究了其在高蛋白饮料新鲜度监测中的应用。通过实验验证，水凝胶珠具有良好的pH响应性颜色变化，能够有效监测牛奶、豆浆和双蛋白饮料的新鲜度。此外，水凝胶珠还能提高蛋白饮料的蛋白消化率，并在不同环境下表现出良好的稳定性。这些结果表明，SNF/SA水凝胶珠在食品新鲜度监测和提升营养价值方面具有巨大的应用潜力。

未来研究可以进一步探索水凝胶珠在其他类型食品中的应用，如肉类和果汁等。同时，可以研究如何优化水凝胶珠的制备工艺，提高其稳定性和响应灵敏度。此外，结合智能包装技术，开发具有远程监测功能的食品新鲜度指示系统，将是未来研究的重要方向。这些研究将为食品行业提供更加可靠和便捷的新鲜度监测手段，保障食品安全并提升食品品质。

参考资料：

https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.143130

来源： EngineeringForLife

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