金針菇納米纖維素復(fù)合凝膠的制備及結(jié)構(gòu)表征

席越陽 余秋雨 蒙志明 劉瑩 朱迎春

摘 要：采用熱處理制備明膠（gelatin，GN）-結(jié)冷膠（gellan gum，GG）復(fù)合凝膠，通過持水性和溶脹度的測定優(yōu)化GN和GG的添加量，在此基礎(chǔ)上為進(jìn)一步改善復(fù)合凝膠的性能，添加金針菇納米纖維素（cellulose nanofibril，CNF）制得CNF-GN-GG復(fù)合凝膠，探究CNF對復(fù)合凝膠持水性、溶脹度、質(zhì)構(gòu)及流變性能的影響，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。結(jié)果表明：當(dāng)GN添加量為5%、GG添加量為0.4%時(shí)，復(fù)合凝膠具有較好的持水性和溶脹度；CNF的添加增加了復(fù)合凝膠的持水性和溶脹度，提高了儲能模量和損耗模量，同時(shí)也增大了復(fù)合凝膠的硬度、咀嚼性和膠黏性；通過測定復(fù)合凝膠的ζ電位和紅外光譜發(fā)現(xiàn)，添加CNF使ζ電位絕對值增大、凝膠體系內(nèi)的氫鍵增強(qiáng)、蛋白交聯(lián)度增加，微觀結(jié)構(gòu)也顯示CNF促進(jìn)了凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成并使結(jié)構(gòu)更加均勻、致密。由此表明，CNF的添加能夠提升復(fù)合凝膠的性質(zhì)并使凝膠體系更加穩(wěn)定，CNF添加量為0.6%時(shí)較為適宜。

關(guān)鍵詞：明膠；結(jié)冷膠；金針菇納米纖維素；復(fù)合凝膠

Preparation and Structural Characterization of Composite Gels Containing Flammulina velutipes Cellulose Nanofibril

XI Yueyang， YU Qiuyu， MENG Zhiming， LIU Ying， ZHU Yingchun*

（College of Food Science and Engineering， Shanxi Agricultural University， Jinzhong 030801， China）

Abstract： In this study， gelatin-gellan gum （GN-GG） composite gels were prepared by heat treatment， where the addition levels of GN and GG were optimized based on water-holding capacity （WHC） and swelling degree （SD）. Furthermore， GN-GG

composite gels added with Flammulina velutipes cellulose nanofibril （CNF） were prepared to improve the performance of GN-GG composite gels. Also， we investigated the effect of CNF on the WHC， SD， texture， rheology and microstructure of the composite gel. The results showed that the composite gel with 5% GN and 0.4% GG had good WHC and SD. The addition of CNF increased the WHC and SD and improved the storage and loss moduli， hardness， chewiness and gumminess of the composite gel. By measuring the ζ-potential and infrared spectrum of the composite gels， it was found that addition of CNF increased the absolute value of the ζ-potential， strengthened the hydrogen bond in the gel system， and increased the degree of protein crosslinking. The microstructure showed that CNF promoted the formation of gel networks and made the structure more uniform and compact. These findings show that the addition of CNF can improve the properties of composite gels and make the gel system more stable， and the suitable addition level of CNF is 0.6%.

Keywords： gelatin; gellan gum; Flammulina velutipes cellulose nanofibril; composite gels

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20240123-031

中圖分類號：TS201.7? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ?文章編號：1001-8123（2024）02-0001-08

引文格式：

席越陽， 余秋雨， 蒙志明， 等. 金針菇納米纖維素復(fù)合凝膠的制備及結(jié)構(gòu)表征[J]. 肉類研究， 2024， 38（2）： 1-8. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20240123-031.? ?http：//www.rlyj.net.cn

XI Yueyang， YU Qiuyu， MENG Zhiming， et al. Preparation and structural characterization of Flammulina velutipes cellulose nanofibril compound gels[J]. Meat Research， 2024， 38（2）： 1-8. （in Chinese with English abstract） DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20240123-031.? ?http：//www.rlyj.net.cn

肉制品中的脂肪是人體生長發(fā)育所需的營養(yǎng)來源之一，但攝入過多的脂肪可能會導(dǎo)致高血壓、肥胖、心腦血管疾病的發(fā)生[1]，世界衛(wèi)生組織建議將脂肪攝入量控制在每日總能量的15%～30%[2]，因此低脂肉制品的研究備受關(guān)注?，F(xiàn)在越來越多的脂肪替代物用于肉制品中以替代部分脂肪，包括碳水化合物基脂肪替代物（菊粉等）、脂質(zhì)基脂肪替代物（菜籽油、椰子油等）、蛋白質(zhì)基脂肪替代物（明膠（gelatin，GN）、大豆蛋白等）和復(fù)合型脂肪替代物（魔芋膠-橄欖油等）[3]。Niu Yuge等[4]

用雙交聯(lián)的黑豆皮可溶性膳食纖維-GN復(fù)合凝膠替代肉丸中的脂肪，制備低脂肉丸，發(fā)現(xiàn)復(fù)合凝膠能夠改善肉丸的質(zhì)地。

多糖和蛋白質(zhì)是食品凝膠體系中最常用的組成成分，往往被同時(shí)使用[5]。研究表明，多糖和蛋白質(zhì)可以通過共價(jià)鍵、氫鍵、范德華力等相互作用形成穩(wěn)定復(fù)合物[6]，這種復(fù)合物結(jié)構(gòu)致密、均勻、穩(wěn)定[7]。蛋白質(zhì)中常使用GN、膠原蛋白、大豆蛋白等。GN是從動物皮膚和骨骼中提取的動物蛋白，屬于水膠體蛋白質(zhì)[8]。GN安全無毒，具有許多優(yōu)良的性質(zhì)，并且可以自組裝形成凝膠[9]，研究表明，以GN為原料制備的凝膠存在一定缺陷，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較差[10]。多糖包括結(jié)冷膠（gellan gum，GG）、纖維素及其衍生物、黃原膠、果膠等。GG是由植物假單胞菌發(fā)酵產(chǎn)生的微生物胞外陰離子多糖[11]，由1，3-β-D-葡萄糖、1，4-β-D-葡萄糖醛酸、

1，4-β-D-葡萄糖、1，4-α-L-鼠李糖4 種多糖組成[12]，在較低濃度下具有較好的膠凝性能[13]。許多研究以蛋白質(zhì)和多糖為基質(zhì)制備復(fù)合凝膠。張慧敏等[14]以大豆分離蛋白和高脂柑橘果膠為原料制備復(fù)合凝膠，發(fā)現(xiàn)當(dāng)大豆分離蛋白與高脂柑橘果膠比例為1∶1時(shí)，體系穩(wěn)定性最好。潘泓杉等[15]以金針菇多糖和大豆分離蛋白為原料制備金針菇多糖-大豆分離蛋白凝膠，發(fā)現(xiàn)添加5%金針菇多糖時(shí)，凝膠具有良好的穩(wěn)定性。

金針菇在加工時(shí)往往會將根部丟棄，而金針菇根部含有大量膳食纖維。膳食纖維具有多種特殊功能和生理作用，因而被譽(yù)為“第七大營養(yǎng)素”[16]。如果將膳食纖維經(jīng)物理、化學(xué)處理，通過破壞纖維素的無定形區(qū)，則可得到直徑小于100 nm、長度為幾十至幾百納米的納米纖維素（cellulose nanofibril，CNF）[17]。CNF具有較多優(yōu)點(diǎn)，如大長徑比、強(qiáng)親水性、易形成纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)

構(gòu)等[18]，能夠通過無機(jī)酸水解法、有機(jī)酸水解法、離子液體法和低共熔溶劑法等制備而成[19]。2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基（2，2，6，6-tetramethylpiperidine-1-oxoradical，TEMPO）氧化法是一種化學(xué)處理方法，能夠?qū)⒗w維的C6羥基氧化成C6羧基，并且反應(yīng)效率高、條件溫和[20]。高羧基含量的纖維素在水溶液或有機(jī)溶劑中易分散[21]。CNF表面具有較多的羥基和羧基，能夠形成較強(qiáng)的氫鍵，而氫鍵決定了纖維素的多種特性，能夠提高聚合物的熱穩(wěn)定性、柔韌性和力學(xué)強(qiáng)度等[22]。鄭勰等[23]

以N-異丙基丙烯酰胺和N-羥甲基丙烯酰胺為原料制備CNF，通過冷凍干燥和熱處理制備CNF水凝膠，這種水凝膠具有多級多孔結(jié)構(gòu)，并且在水中具有良好的穩(wěn)定性、壓縮回彈性和溫度響應(yīng)性。

研究表明，在凝膠制備中，GG與蛋白質(zhì)具有良好的協(xié)同效應(yīng)[24]，但仍存在一定缺陷。本研究以GN、GG為原料，制備GN-GG復(fù)合凝膠，通過測定GN-GG復(fù)合凝膠的持水性（water holding capacity，WHC）和溶脹性，確定GN、GG的最適添加量；為進(jìn)一步提高凝膠強(qiáng)度，在此基礎(chǔ)上加入CNF，通過測定CNF-GN-GG復(fù)合凝膠的WHC、溶脹性、質(zhì)構(gòu)特性、流變特性確定CNF的最適添加量；通過ζ電位、傅里葉變換紅外（Fourier transform infrared，F(xiàn)TIR）光譜和掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）分析添加CNF對復(fù)合凝膠結(jié)構(gòu)的影響，為金針菇CNF復(fù)合凝膠的高質(zhì)量制備提供技術(shù)參數(shù)及理論依據(jù)，有望將其作為脂肪替代品應(yīng)用于低脂類肉制品。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金針菇（產(chǎn)自太谷，采后48 h） 太谷家家利超市。

GG 上海源葉生物科技有限公司；GN（從牛皮中提?。ⅵ?淀粉酶（酶活力3 000～5 000 U/g）、堿性蛋白酶（酶活力≥200 000 U/g） 北京索萊寶科技有限公司；TEMPO（純度98%）、次氯酸鈉溶液 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；氫氧化鈉（分析純）、無水乙醇 天津致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

GZX-9070MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；5801R冷凍離心機(jī) 德國Eppendorf公司；SMATA TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems有限公司；Zetasizer Nano ZS90電位儀 英國Malvern公司。

1.3 方法

1.3.1 不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）和CNF的制備

參考高小娜[25]的方法提取金針菇中的IDF。將干燥的金針菇粉和蒸餾水以料液比1∶20混合，調(diào)節(jié)pH值為6.0后加入0.3% α-淀粉酶，70 ℃酶解35 min，冷卻至室溫，調(diào)節(jié)pH值為9.6后加入0.6%堿性蛋白酶，50 ℃酶解90 min，超聲20 min，100 ℃滅酶10 min。5 000 r/min離心10 min，結(jié)束后棄去上清液，沉淀用體積分?jǐn)?shù)95%乙醇洗滌后冷凍干燥，得IDF。

將5 g IDF分散于500 mL超純水中進(jìn)行水合作用24 h，將0.08 g TEMPO、0.5 g NaBr與用0.1 mol/L HCl溶液調(diào)節(jié)pH值為10的0.89 mL NaClO加入IDF懸浮液中，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)，反應(yīng)過程中需維持體系pH值為10，5 h后加入10 mL無水乙醇終止反應(yīng)，并將pH值調(diào)節(jié)為中性。5 000 r/min離心10 min后取下層沉淀，用超純水洗滌以除去體系中多余的鹽，冷凍干燥后，即得CNF。

1.3.2 復(fù)合凝膠的制備

參考夏琪[26]、趙若冰[27]等的方法進(jìn)行改進(jìn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)稱取不同質(zhì)量的GN溶解于蒸餾水中，于55 ℃磁力攪拌15 min使之完全溶解；然后加入不同質(zhì)量GG，在95 ℃水浴中磁力攪拌15 min，將制得的復(fù)合溶液在4 ℃貯藏過夜得到復(fù)合凝膠。

1.3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.3.1 GN添加量的確定

稱取3、4、5、6 g GN分別溶解于適量蒸餾水中，使其添加量為3%、4%、5%、6%（m/m），將GG添加量固定為0.3%，根據(jù)1.3.2節(jié)制備復(fù)合凝膠，測定WHC、溶脹度等指標(biāo)，確定GN的最適添加量。

1.3.3.2 GG添加量的確定

將GN添加量固定為5%，稱取0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g GG分別溶解于適量GN溶液中，使其添加量分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%（m/m），根據(jù)1.3.2節(jié)制備復(fù)合凝膠，測定WHC、溶脹度等指標(biāo)，確定GG的最適添加量。

1.3.3.3 CNF添加量的確定

分別稱取0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g金針菇CNF分散于適量蒸餾水中，使其添加量為0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%（m/m），然后加入優(yōu)化比例的GN和GG，按照1.3.2節(jié)制備復(fù)合凝膠，測定WHC、溶脹度、質(zhì)構(gòu)特性等指標(biāo)，確定CNF的最適添加量。

1.3.4 指標(biāo)測定

1.3.4.1 溶脹度

精密稱取0.5 g整塊復(fù)合凝膠，放入蒸餾水中，使其在室溫下吸水溶脹24 h，吸去表面水分，稱質(zhì)量。復(fù)合凝膠的溶脹度按式（1）計(jì)算：

式中：m1為復(fù)合凝膠初始質(zhì)量/g；m2為復(fù)合凝膠溶脹后質(zhì)量/g。

1.3.4.2 WHC

將復(fù)合凝膠裝入1.5 mL空離心管中，用冷凍離心機(jī)4 000 r/min離心20 min。然后將水分除去，并記錄剩余復(fù)合凝膠的質(zhì)量。WHC按式（2）計(jì)算：

式中：m0為離心管質(zhì)量/g；m1為離心前復(fù)合凝膠和離心管總質(zhì)量/g；m2為離心后復(fù)合凝膠和離心管總質(zhì)量/g。

1.3.4.3 質(zhì)構(gòu)特性

參考江連洲等[28]的方法并作修改。將制備好的復(fù)合凝膠置于質(zhì)構(gòu)儀上進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)測試，測試條件：探頭P/0.5，測定速率60 mm/min，測后速率200 mm/min，觸發(fā)力0.3 N，測定距離為復(fù)合凝膠高度的1/2。

1.3.4.4 流變特性

參考劉鳳華等[29]的方法。振蕩剪切-溫度掃描測定：應(yīng)變1%，頻率1 Hz，測定復(fù)合凝膠在25～80 ℃下儲能模量（G）和損耗模量（G”）的變化情況。

1.3.4.5 ζ電位

參考藺家成等[30]的方法，將樣品溶液進(jìn)行100 倍稀釋，使用Zeta電位儀測定。

1.3.4.6 FTIR光譜

參考徐璐等[31]的方法，將樣品與溴化鉀以1∶100的質(zhì)量比混合，于研缽中研磨成粉末后進(jìn)行壓片，于FTIR儀中，在400～4 000 cm－1范圍內(nèi)以4 cm－1的分辨率進(jìn)行檢測。

1.3.4.7 SEM觀察

參考張勉羚等[32]的方法，將復(fù)合凝膠切成厚度約3 mm的薄片，進(jìn)行冷凍干燥處理，將凍干后的樣品固定在樣品臺上，經(jīng)噴金處理后置于SEM載物臺上，在加速電壓5 kV、放大倍數(shù)100 倍的條件下觀察復(fù)合凝膠微觀結(jié)構(gòu)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3 次，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。通過Microsoft Excel 2013軟件處理數(shù)據(jù)，差異顯著性用Statistix 8.1軟件進(jìn)行分析，顯著水平為P＜0.05，采用Origin 2021軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 GN添加量對復(fù)合凝膠WHC和溶脹度的影響

由圖1A可知，隨著GN添加量的增加，復(fù)合凝膠的WHC顯著升高（P＜0.05）。當(dāng)GN添加量為3%時(shí)，復(fù)合凝膠的WHC為69.97%；當(dāng)添加量增加到4%時(shí)，WHC增加至73.92%，而當(dāng)GN添加量達(dá)到5%～6%時(shí)，WHC顯著增加至80.96%～81.42%（P＜0.05），由于GN具有較好的親水性，使凝膠網(wǎng)絡(luò)能夠維持較多的水分[33]。郭元博等[34]將GN添加到奶凍中發(fā)現(xiàn)GN能夠降低奶凍的析水率，當(dāng)GN添加量為1.8%時(shí)，奶凍具有較好的WHC。

由圖1B可知，隨著GN添加量增加，復(fù)合凝膠的溶脹度也隨之增大。GN添加量為3%和4%時(shí)，復(fù)合凝膠溶脹度分別為35.19、35.71 g/g，添加量為5%時(shí)，溶脹度顯著增加至44.43 g/g，并且與添加量6%時(shí)無顯著差異（P＞0.05）。Liu Ruixuan等[35]研究發(fā)現(xiàn)，GN能夠提高細(xì)菌纖維素-GN-肝素水凝膠的溶脹能力。通過WHC和溶脹度測定可知，GN添加量為5%～6%時(shí)，對復(fù)合凝膠的持水能力有較強(qiáng)的增加作用。

2.2 GG添加量對復(fù)合凝膠WHC和溶脹度的影響

由圖2A可知，復(fù)合凝膠的WHC隨著GG添加量的增加而增大。當(dāng)GG添加量從0.1%增加至0.4%時(shí)，凝膠的WHC由76.77%顯著升高至86.06%（P＜0.05）；當(dāng)GG添加量為0.5%時(shí)，WHC達(dá)到最大值（86.21%）。這表明GG可以提高復(fù)合凝膠的WHC，原因是GG能夠通過氫鍵結(jié)合較多水分，這些水分被束縛在GG-GN復(fù)合凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，提高了凝膠的持水能力[36]。Du Yinan等[13]研究也發(fā)現(xiàn)，GG能夠提高姜黃素負(fù)載的大黃魚卵分離蛋白二元凝膠的持水能力。

由圖2B可知，隨著GG添加量的增加，復(fù)合凝膠的溶脹度隨之增大。當(dāng)GG添加量為0.1%時(shí)，溶脹度為33.40 g/g。當(dāng)GG添加量為0.4%時(shí)，溶脹度增加至1.7 倍，且與添加量0.5%組（58.47 g/g）無顯著差異（P＞0.05）。這可能是因?yàn)槟z的交聯(lián)度增大，致使繼續(xù)增加GG含量，溶脹度的增速明顯趨于緩慢[37]。王飛[38]研究發(fā)現(xiàn)，GG可以增加水凝膠的溶脹速率常數(shù)和溶脹平衡常數(shù)，從而使復(fù)合凝膠具有較好的溶脹能力。通過WHC和溶脹度測定可知，0.4%～0.5% GG對復(fù)合凝膠的持水能力有較強(qiáng)的增加作用。

綜上所述，當(dāng)GN添加量為5%～6%、GG添加量為0.4%～0.5%時(shí)，復(fù)合凝膠具有良好的WHC和溶脹能力，考慮到節(jié)省資源，故將GN添加量為5%、GG添加量為0.4%用于制備復(fù)合膠體，并進(jìn)行下一步CNF添加量的確定。

2.3 CNF添加量對復(fù)合凝膠性質(zhì)的影響

2.3.1 CNF添加量對復(fù)合凝膠WHC和溶脹度的影響

由圖3A可知，隨著CNF添加量的增加，復(fù)合凝膠的WHC也隨之增大，且添加CNF的復(fù)合凝膠WHC顯著高于未添加CNF的對照組（P＜0.05）。當(dāng)CNF添加量從0.2%升至0.6%時(shí)，復(fù)合凝膠的WHC從83.92%顯著增加至85.05%（P＜0.05），當(dāng)CNF添加量為1.0%時(shí)，復(fù)合凝膠的WHC（85.56%）最高。這可能是由于添加CNF后，凝膠內(nèi)部的孔隙減小，凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于致密[39]，使凝膠能夠保留較多水分。WHC是食品的重要特性之一，復(fù)合凝膠的WHC高則可將其用于肉制品生產(chǎn)中，能夠減少產(chǎn)品脫水，保持食品的多汁性[40]。

由圖3B可知，復(fù)合凝膠的溶脹度隨CNF添加量的增加而增大，高于0.0% CNF組（14.76 g/g）。當(dāng)添加量從0.2%增至0.6%時(shí)，溶脹度從16.28 g/g顯著增加至最高值19.45 g/g，而再增加CNF添加量，溶脹度則略有下降。

李泓等[41]研究發(fā)現(xiàn)，添加適量的羥基磷灰石CNF會增大水凝膠的溶脹度，而過量的CNF會導(dǎo)致凝膠交聯(lián)度增加并降低凝膠的溶脹能力。

2.3.2 CNF添加量對復(fù)合凝膠流變特性的影響

由圖4可知，隨著溫度的升高，復(fù)合凝膠的G′和G′′逐漸降低，這可能是因?yàn)殡S著溫度的上升，膠體體系中的分子運(yùn)動加劇，使體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相互聯(lián)結(jié)被打亂，彈性發(fā)生變化[42]。但所有樣品的G始終大于G”，這表明樣品具有明顯固體樣凝膠的彈性流變特性。添加CNF復(fù)合凝膠的G和G”均高于0.0% CNF組。不同實(shí)驗(yàn)組的G和

G”有相同的排序，均為0.6%＞0.8%＞1.0%＞0.4%＞0.2%＞0.0%。這可能是因?yàn)檫m量添加CNF會增強(qiáng)復(fù)合凝膠的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而過量加入CNF可能會發(fā)生纖維絲纏繞、分布不均勻等情況，使凝膠的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不均勻，從而導(dǎo)致G和G”的下降[22]。Zhang Zhen等[43]研究也發(fā)現(xiàn)，適量添加纖維素可以提高纖維素凝膠的G和G”。

2.3.3 CNF添加量對復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)的影響

由圖5可知，復(fù)合凝膠的硬度隨著CNF添加量的增加而顯著增大（P＜0.05）。當(dāng)添加量為1.0%時(shí)，復(fù)合凝膠的硬度增加至添加量0.0%組的1.5 倍。這可能是因?yàn)镃NF與GN-GG復(fù)合凝膠之間形成了較多的氫鍵和二硫鍵，使CNF-GN-GG凝膠變得更為堅(jiān)韌，提高了復(fù)合凝膠的硬度[44]。添加CNF并未使復(fù)合凝膠的彈性發(fā)生顯著變化，但顯著提高復(fù)合凝膠的膠黏性（P＜0.05），與添加量0.0%組（3.44 N）相比，添加CNF組的膠黏性（3.77～4.65 N）是其1.10～1.35 倍。隨著CNF添加量的增加，復(fù)合凝膠的咀嚼性逐漸增大，當(dāng)CNF添加量為1.0%時(shí)，咀嚼性達(dá)到最大值（40.42 mJ）。

綜上所述，通過WHC、溶脹度、質(zhì)構(gòu)和流變學(xué)性質(zhì)的測定，發(fā)現(xiàn)添加0.6% CNF能夠顯著提高復(fù)合凝膠的性能。為進(jìn)一步探究其機(jī)理，以不添加CNF為對照，以添加0.6% CNF為實(shí)驗(yàn)組，分析CNF對復(fù)合凝膠ζ電位、FTIR光譜及微觀結(jié)構(gòu)的影響。

2.4 CNF對復(fù)合凝膠結(jié)構(gòu)的影響

2.4.1 CNF對復(fù)合凝膠ζ電位的影響

ζ電位反映了微粒分散體系的穩(wěn)定性，代表粒子間的靜電相互作用，ζ電位絕對值越高，體系穩(wěn)定性越好[32]。研究表明，粒子之間能夠通過絮凝或混凝作用產(chǎn)生強(qiáng)大的外部斥力，阻止顆粒間的聚集，提高體系的物理穩(wěn)定性[45]。對照組與實(shí)驗(yàn)組ζ電位值均為負(fù)值，這說明體系內(nèi)顆粒表面帶有負(fù)電荷。由圖6可知，與對照組相比，實(shí)驗(yàn)組的ζ電位絕對值增加至20.5 mV。這可能是由于TEMPO氧化法制備的CNF表面具有較多的羧基，陰離子基團(tuán)增加，導(dǎo)致體系內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)的靜電斥力[46]。吳慧等[47]采用TEMPO氧化法對竹溶解漿板（原纖維）進(jìn)行納米化，制備氧化CNF，研究發(fā)現(xiàn)，原纖維的羧基含量為0.01 mmol/g，經(jīng)TEMPO氧化法處理的纖維羧基含量為1.27 mmol/g。

2.4.2 復(fù)合凝膠FTIR光譜分析

由圖7可知，樣品的吸收峰主要在3 430、2 950、1 645、1 550、1 250、1 080 cm－1附近。FTIR譜圖在3 430 cm－1附近處有較寬的吸收峰，該峰對應(yīng)的是O—H鍵和氫鍵的伸縮振動。添加CNF后樣品的伸縮振動吸收峰增大，這可能是CNF表面所帶的羥基或羧基與GN-GG體系內(nèi)的基團(tuán)之間發(fā)生了相互作用，生成更多的氫鍵或O—H鍵的原因，這可以使凝膠穩(wěn)定性增強(qiáng)[48]。

2 950 cm－1附近的峰對應(yīng)C—H鍵的伸縮振動，實(shí)驗(yàn)組與對照組之間無顯著差異。還觀察到位于1 645、1 550、1 250 cm－1處的典型蛋白質(zhì)吸收峰，分別對應(yīng)蛋白質(zhì)酰胺I帶、酰胺II帶、酰胺III帶[49]。添加CNF后酰胺I帶強(qiáng)度略有增強(qiáng)且略有藍(lán)移，酰胺II帶無顯著變化，酰胺III帶強(qiáng)度有所增強(qiáng)。蛋白質(zhì)酰胺I帶、酰胺II帶和酰胺III帶與蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)相關(guān)[50]。這表明添加CNF后使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，螺旋結(jié)構(gòu)更加有序，提高了蛋白交聯(lián)度。在1 080 cm－1附近處的吸收峰則與C—O—C鍵的伸縮振動相關(guān)，對比對照組的FTIR譜圖，實(shí)驗(yàn)組凝膠在1 080 cm－1附近的吸收峰強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，這與CNF中所含金針菇多糖有關(guān)，金針菇多糖的C—O—C糖苷鍵在1 080 cm－1發(fā)生伸縮振動[51]。黃渫瑩[52]研究發(fā)現(xiàn)，添加膳食纖維能夠使大豆分離蛋白-殼聚糖-纖維凝膠在3 200～3 600、1 600～1 700、1 040～1 100 cm－1范圍內(nèi)的吸收峰強(qiáng)度增大。

2.4.3 CNF對復(fù)合凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

由圖8可知，2 種凝膠均呈現(xiàn)孔狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。未添加CNF的對照組凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松而不規(guī)則，孔徑（90±10）μm。

添加CNF的實(shí)驗(yàn)組凝膠孔徑為（40±8）μm，

并且可以在孔隙之間觀察到CNF纖維絲結(jié)合在孔壁上，從而使實(shí)驗(yàn)組凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)明顯比對照組凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密，孔徑變小。這表明CNF的加入增大了凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的支撐作用，使凝膠強(qiáng)度增強(qiáng)，不易變形[53]。

這也解釋了添加CNF復(fù)合凝膠的WHC、G、G”、硬度和咀嚼性均大于不含CNF的GN-GG復(fù)合凝膠的原因。馬彥琪等[22]也發(fā)現(xiàn)，將CNF加入聚丙烯酰胺復(fù)合水凝膠中，復(fù)合水凝膠的微觀結(jié)構(gòu)相較于不含納米纖維的結(jié)構(gòu)更為致密。付寧寧等[54]以碳納米纖維素和氧化石墨烯為原料制備氣凝膠薄膜，研究發(fā)現(xiàn)，加入碳納米纖維素能夠減小凝膠的孔徑，有助于凝膠形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

3 結(jié) 論

制備金針菇CNF復(fù)合凝膠，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。當(dāng)GN、GG添加量分別為5%和0.4%時(shí)，GN-GG復(fù)合凝膠具有較好的WHC和溶脹性。當(dāng)CNF添加量為0.6%時(shí)，復(fù)合凝膠的WHC、溶脹性進(jìn)一步提高，并具有較好的流變特性和質(zhì)構(gòu)特性。ζ電位結(jié)果顯示，添加CNF后ζ電位絕對值增大，表明凝膠體系穩(wěn)定性增強(qiáng)；由FTIR光譜可知，添加CNF后凝膠體系內(nèi)的氫鍵、O—H鍵及糖苷鍵增多，蛋白交聯(lián)度提高；SEM結(jié)果表明，添加CNF使復(fù)合凝膠的微觀結(jié)構(gòu)更加致密。綜上，CNF-GN-GG復(fù)合凝膠具有較好的品質(zhì)特性，有望作為復(fù)合型脂肪替代品應(yīng)用于肉制品中生產(chǎn)低脂類產(chǎn)品。

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第一作者簡介：席越陽（1998—）（ORCID： 0009-0000-9423-6989），女，碩士研究生，研究方向?yàn)樾螽a(chǎn)品加工與貯運(yùn)。E-mail： 1910876438@qq.com

*通信作者簡介：朱迎春（1970—）（ORCID： 0000-0002-5607-0214），女，教授，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工。E-mail： yingchun0417@163.com