基于上述研究现状分析，南昌大学食品科学与技术国家重点实验室的王梦楠、涂宗财和王辉*等人拟以鱼明胶、果胶为原料，通过改变体系pH值，研究非共价相互作用类型（氢键、疏水相互作用和静电排斥作用等）对鱼明胶-果胶复合凝胶体系的影响，以期为多糖修饰鱼明胶的研究提供理论基础。
1浊度和粒径
由图1A可知，在pH5时，体系的浊度特别高，此时体系中鱼明胶和果胶之间存在强烈的静电吸引，鱼明胶-果胶体系自组装形成较大的不溶性聚合物分子，而大量不溶性复合物（凝聚物）的积累导致体系达到最高的浊度。
成熟的胶体（图2）在pH5条件下，果胶处于最稳定状态，果胶处于最稳定状态的静电引力促使大而致密络合物的形成，鱼明胶-果胶颜色呈乳白不透明状。主导的非共价相互作用变化后的复合胶体溶液都变得透明，因此在pH值略微变大或变小的过程中，浊度均呈现降低的趋势。随着pH值再次增大，复合体系的浊度显著降低。在pH值达到7以后，复合胶体的浊度不再有显著性差异。
由图1B可知，鱼明胶-果胶复合体系在pH值为5时，蛋白质在靠近等电点附近时，表面净电荷最少，静电斥力最小，粒径最大。采用0.45μm的滤膜对溶液进行过滤处理，消除了外来聚集体的影响，在25℃测试。由图1B可以发现，弱酸或弱碱性条件下，果胶分解程度较小，果胶分子和鱼明胶分子自组装形成的聚合物粒径较大。在等电点附近时（pH5），蛋白质分子以双极离子存在，总净电荷接近零，静电引力较大，易凝集成大颗粒，因而最不稳定，溶解度最小，易沉淀析出。而在碱性条件下果胶降解成小分子物质，通过氢键作用，填充在鱼明胶的三维凝胶网络结构中，致使体系的平均粒径显著降低，稳定性也显著增加。
2非共价相互作用的测定
2.1疏水相互作用如图3所示，在酸性条件下，鱼明胶-果胶复合体系的疏水相互作用先增大后减小，在pH5时，疏水相互作用最大，蛋白分子间静电作用的减弱有利于疏水相互作用的增强，pH5时体系静电排斥作用最小，疏水作用最强，鱼明胶之间的作用加强，鱼明胶与果胶以及鱼明胶与水之间的作用减弱，同样印证了这一结论；在碱性环境下，随pH值的增大，I/I值逐渐增大，疏水相互作用逐渐增强，且随着pH值的不断增大，鱼明胶与鱼明胶、鱼明胶与果胶、果胶和果胶之间的疏水作用不断增大，这与粒径、浊度的变化刚好相反，说明在碱性环境下，体系随pH值的增大，越来越稳定。
2.2氢键由图3可知，在所有pH值下的I/I值均在0.9～2.5之间，说明复合体系均表现为酪氨酸残基暴露在非极性环境中，与水结合形成了中等或弱氢键。本实验中，氢键含量随pH值先减小后增大，在pH5时达到最小，在碱性条件下不断增大。静电斥力不断增大，蛋白质结构完全伸展，蛋白质表面与水的结合位点增多，水化面积增大，因此鱼明胶蛋白质分子与水的氢键作用增强。相比之下，FG-P7比FG-P9有更弱的疏水相互作用，因此，在pH7时，体系中的氢键含量较多，氢键为主导作用力；FG-P9时静电排斥相互作用较强。
2.3静电相互作用如图4所示，在酸性条件下，随着样品pH值的增大，鱼明胶-果胶复合凝胶溶液的Zeta电位绝对值显著降低（P＜0.05），当pH4时，体系电负性为正值，说明FG-P复合体系是以FG-FG作用为主导的凝胶体系。在pH5时，Zeta电位为1.14mV，绝对值最小。此时，静电吸引力作用最强，粒径最大，体系浊度最高，说明鱼明胶和果胶通过静电结合并发生凝聚。蛋白分子间静电斥力的减弱有利于疏水相互作用的增强，这与pH5时鱼明胶-果胶复合体系的疏水作用最强结果一致。Zeta电位的绝对值大小可以反映溶液体系的稳定性，绝对值越大，则体系越稳定。带正电荷的鱼明胶和带负电荷的果胶通过静电吸引，倾向于凝聚或凝结，形成不稳定的复合物。在碱性条件下，鱼明胶-果胶复合凝胶体系随着pH的增加，静电斥力增强，疏水作用主导的体系表现得更加稳定。
3不同作用力对复合胶体融胶温度的影响
由图5可知，复合胶体在融胶过程中，G?和G″均随着温度的升高而降低，明胶体系表现出单一的相转变（固体到液体）。本实验中，罗非鱼鱼皮明胶-果胶复合胶体的胶融温度在（26.37～28.06）℃、pH5条件下，达到最高为（28.06±0.16）℃。且由表1可知，鱼明胶-果胶复合体系中，FG-P5的胶融温度（28.06±0.16）℃略高于FG-P9的胶融温度（27.84±0.1）℃，分析可能因为在pH5时，静电（排斥）相互作用减弱，分子间氢键含量较多，在pH9时，静电排斥作用最强，氢键相互作用较强，因此样品FG-P5和FG-P9的胶融温度较大。但整体上看，pH5～9时的胶融温度差异并不是很大，而pH4时，体系的胶融温度最低，推测可能是因为酸性条件下，FG-P交联占据主导地位，蛋白质的分子间氢键含量较少，疏水相互作用和静电引力是该环境下的主要作用力。
4不同作用力对复合胶体凝胶强度的影响
结果显示，随着pH值的增加，鱼明胶-果胶复合体系的凝胶强度先降低后增加，最后基本平稳。当pH5时，体系的凝胶强度最小（.22±1.7）g，在pH9时，达到最大（.06±6）g。凝聚主要发生在静电吸引较高且Zeta电位几乎为零时。当pH值为5时，体系的疏水相互作用最强，静电排斥作用最弱，鱼明胶分子与果胶分子通过静电吸引，凝聚形成超大分子聚集体，但这种结构并不稳定，很容易遭到破坏。体系pH值为4时与FG-P5凝胶强度的差异不大。随着pH值的增加，疏水相互作用逐渐减弱，而静电排斥作用及氢键逐渐增强，鱼明胶分子形成稳定的凝胶网络结构，与此同时，果胶分子受到强碱性环境的影响会降解成小分子的糖链，通过静电排斥和氢键作用贯穿并交联于鱼明胶网络结构中，增强了体系的凝胶网络结构，使得鱼明胶-果胶复合胶体的凝胶强度逐渐增强。
5不同作用力对复合胶体溶液表观黏度的影响
实验证明，在等电点处，明胶溶液的黏度达到最低。果胶可以显著提高鱼明胶的黏度，一方面是果胶增大了溶液的总物质的量，另一方面是果胶通过氢键和静电相互作用与鱼明胶形成了大量聚集体。鱼明胶溶液为非牛顿流体，通常表现为剪切稀释现象。实验表明，随着果胶含量的增大，其溶液剪切变稀现象越明显，说明此时的复合胶体溶液表现为非牛顿流体特征。本实验还发现，一些鱼明胶-果胶复合胶体，在低剪切速率下，具有较高的表观黏度。分析认为，在剪切速率较低时，剪切压力也较低，未能破坏溶液的稳定状态，因而呈现出较高的表观黏度值；然而随着剪切速率的逐渐增大，剪切速率也随之变大，氢键和其他弱键的断裂，蛋白质网络结构解体，导致复合胶体溶液的表观黏度逐渐降低，最终趋于一种平衡状态。
由图6可知，鱼明胶-果胶复合胶体均表现出较高的黏度值（η=50），尤其样品FG-P7和FG-P9最为显著。体系pH值为7时，疏水相互作用比较弱，氢键和静电排斥较强，胶体的三股螺旋网络结构增强，促进凝胶体系的增强，从而表现出较高的黏度。FG-P9较FG-P7略低，但高于其余样品的黏度。体现了以氢键和静电排斥主导的复合胶体的三股螺旋含量较高，促进凝胶网络结构的增强，凝胶体系更加稳定。
6不同作用力对复合胶体质构学特性的影响
胶体的质构学特性测试可以模拟其在口腔中咀嚼时的品质变化，表达胶体食物在人口腔中被咀嚼时的物理特性。鱼明胶-果胶复合凝胶体系的硬度在pH5时，达到最小；在pH6～9范围内不断增大；FG-P4与FG-P6的硬度值接近。复合胶体FG-P5是由静电相互吸引作用以及疏水相互作用维持的FG-P主导的凝胶网络结构，形成的分子凝胶网络结构较弱，弹性较低，表明复合胶体FG-P5被破坏时，需要的能量较低。其他复合胶体的网络结构较强，想要破坏其凝胶结构则需要较多的能量。结果显示，FG-P5内聚性是最差的，此时的鱼明胶和果胶复合胶体主要是通过静电相互吸引而形成的超大分子聚集体，其稳定性很差，因此，在探头挤压穿刺之后，其完整性很难得到维持。而其他胶体均表现出较强的内聚性，说明其凝胶网络结构比较稳定，不易被破坏。这与前文数据保持一致。
结论
当鱼明胶-果胶复合凝胶体系在pH值为5时形成导致超大分子的复合聚集体，疏水相互作用最强，而复合体之间也具有强烈的静电引力。体系pH值为7时，疏水相互作用整体减弱，而氢键较强。体系pH值为9时，Zeta电位绝对值在所有的样品中达到最大，因此FG-P9的静电斥力最强。所有样品体系均不是单一作用力形成的，且这些非共价作用力均是弱相互作用，这些弱的相互作用力虽然不是形成复合胶体的主要作用力，但却对蛋白质折叠起着至关重要的作用。因此，每一种稳定体系都是由不同比例的不同作用力共同平衡存在的。以疏水相互作用主导的复合胶体稳定性较差，但鱼明胶-果胶复合胶体的胶融温度和凝胶温度均较高；而以静电排斥主导的复合胶体具有较高的凝胶强度和稳定性；以氢键主导的复合胶体具有更强的凝胶网络结构，体系更加稳定。因此，不同的非共价相互作用对鱼明胶-果胶复合胶体的性质作用不同，这对建立蛋白质-多糖复合凝胶体系目标性质具有基础作用。
本文《非共价作用力对鱼明胶-果胶复合凝胶体系的影响》来源于《食品科学》年42卷6期1-7页，作者：王梦楠，涂宗财，胡月明，王辉。DOI:10./spkx---。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
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