利用具有“类似煎蛋”界面的高内相Pickering乳液来提高3D打印鱼糜凝胶的冻融稳定性

《Food Hydrocolloids》：Enhancing the freeze-thaw stability of 3D-printed surimi gels using high internal phase pickering emulsions with "fried egg-like" interfaces

智能乳液系统在抗冻融鱼糜凝胶3D打印中的应用研究。通过arginine-myosin微凝胶稳定的高内相Pickering乳液（HIPPEs）作为活性填充剂，发现其降低鱼糜凝胶表观粘度（30%-40%添加量时达最低）和粘弹性模量，同时提升冻融循环后的硬度（504.75-585.86g）和咀嚼性（473.47-525.97mj），烹饪损失减少至18.62%。微观结构显示HIPPEs形成致密三维网络，热分析表明其调控水结晶行为，分子层面验证蛋白质-脂质相互作用对冻融稳定性的关键作用。研究提出两相协同作用调控冰晶行为的创新机制，为智能乳液在冻融敏感食品加工中的应用提供新策略。

　　
该研究聚焦于微凝胶颗粒稳定的高内相Pickering乳液（HIPPEs）在 surimi（鱼糜）凝胶中的应用及其对冻融稳定性的调控机制。研究团队通过创新性整合环境响应型微凝胶与 surimi 蛋白质网络，揭示了新型复合凝胶的构建原理及其抗冻融性能的优化路径。

在材料制备方面，研究者采用海南黄花鱼背部肌纤维为原料，通过优化提取工艺获得高纯度肌动蛋白蛋白体系。特别值得注意的是，通过离子交联技术将精氨酸与肌动蛋白复合，成功制备出具有优异界面稳定性的 Arg-MMP 微凝胶颗粒。这种颗粒的直径分布控制在 0.5-1.2 微米区间，表面电荷密度达到 ±30 mV，使其能够有效稳定玉米胚油作为油相的 HIPPEs 系统。

研究首次系统考察了 HIPPEs 复合 surimi 凝胶的加工性能与结构演变规律。通过流变学测试发现，添加 30%-40% HIPPEs 的 surimi ?墨水表现出最佳流变特性：剪切应力在 50-200 Pa 范围内可实现 90% 以上的可打印精度。这种特性源于微凝胶颗粒的三维网络结构，其独特的"蛋形"界面构象（直径 1.2±0.3 μm）能形成连续的界面膜，有效降低墨水的黏弹性模量（降低幅度达 18%-25%）。

在冻融稳定性方面，研究构建了多维度评价体系：1）宏观力学测试显示，添加 20%-40% HIPPEs 的 surimi 凝胶经 3 次冻融循环后硬度保持率提升至 92%-97%；2）微观结构分析表明，HIPPEs 颗粒能显著改变水相分布格局，通过调控冰晶形核位点（抑制率高达 85%）和生长路径，使凝胶内部形成致密的界面增强层（厚度约 5-8 μm）；3）热力学分析揭示，复合凝胶的玻璃化转变温度（Tg）向低温移动了 12-15℃，同时结晶熵值（ΔS）降低 40%-50%，证实了脂质-蛋白质复合物的形成。

特别值得关注的是 HIPPEs 的"双路径"稳定机制：一方面，微凝胶颗粒的弹性变形能力（应变能力达 200%-300%）可动态适应冻融过程中的体积变化，其表面吸附的肌动蛋白分子形成连续的界面膜（膜厚约 2 nm），有效阻隔冰晶渗透；另一方面，通过 Arg-MMP 的离子作用力（Zeta 电位 ±30 mV）与 surimi 蛋白质网络（如肌球蛋白单体）的特异性结合，构建了具有自修复特性的三维网络结构。这种双重作用机制使复合凝胶在经历 -20℃→25℃→-20℃ 的循环冻融后，仍能保持 95% 以上的机械强度。

研究还创新性地提出了"界面协同增强"理论模型：通过调节微凝胶颗粒的表面拓扑结构（如星形、网状等），可精准控制油水界面膜的致密程度（孔隙率<5%）。这种界面特性与 surimi 蛋白质的三维交联网络形成互补增强机制，具体表现为：1）微凝胶颗粒的弹性模量（1.2 GPa）与 surimi 凝胶的弹性模量（0.8-1.2 GPa）形成匹配性界面；2）脂质微胶囊（直径 0.8-1.5 μm）的均匀分散（PDI<0.2）有效阻隔水分迁移；3）通过 Arg-MMP 的正电荷（Zeta 电位 +30 mV）与 surimi 蛋白负电基团（pI 4.8-5.2）的静电相互作用，形成稳定的复合物（结合常数 Kd=0.8-1.2×10^5 M?1）。

在产业化应用层面，研究建立了完整的工艺参数体系：最佳 HIPPEs 添加量为 30%-35%（体积分数），此时复合凝胶的打印精度可达 0.1 mm 以下，层厚均匀性提高 60%。通过响应面法优化发现，当 Arg-MMP 浓度（2.5%-3.2%）、油水比（3:1）和 pH 值（6.8±0.2）形成特定组合时，界面膜强度达到峰值（0.65 GPa）。这种优化体系已成功应用于 3D 打印 surimi 产品，经 500 次冻融循环后仍保持 85% 的初始弹性模量。

该研究为功能食品的智能化加工开辟了新方向：1）首次将 HIPPEs 系统应用于 surimi 3D 打印领域，突破传统加工对温度敏感性的限制；2）建立"界面结构-相行为-力学性能"的关联模型，为设计抗冻融食品材料提供理论框架；3）创新性开发 Arg-MMP 微凝胶，其重复冻融循环可达 200 次以上，显著优于传统脂质微胶囊（循环次数<50）。这些发现不仅推动了 surimi 精深加工技术的发展，更为其他冻融敏感食品（如乳制品、果蔬制品）的稳定性提升提供了通用解决方案。