通过乳化剂类型和浓度调节Bigel的性能：结构、物理化学及分子层面的探讨

《Food Research International》：Tuning bigel performance via emulsifier type and concentration: Structural, physicochemical, and molecular perspectives

本研究探究了甘油单油酸酯（GM）和磷脂酰胆碱（PC）类型及浓度对乙基纤维素oleogel与脱乙酰基 konjac葡聚糖水凝胶复合bigel的物理性质、微观结构和氧化稳定性的影响。结果表明，低浓度（≤1%）GM和PC可显著降低油水界面张力（从18.1降至12.9 mN/m），提升油结合能力（分别增加2.4%和3.7%）及弹性，但高浓度（5%）导致硬度下降59.1%和72.1%。分子动力学模拟显示静电相互作用主导成分结合，范德华力影响结构 packing，GM/PC增强分子间作用。该研究为调控bigel性能提供理论依据，助力开发更健康的食品脂肪替代品。

　　
大果胶（bigels）作为新型脂肪替代品的研究进展与机制解析

在食品工业中，传统固态脂肪（如黄油、氢化植物油）因富含饱和脂肪酸和反式脂肪酸，长期过量摄入与心血管疾病等健康风险密切相关。世界卫生组织（2023）建议将总脂肪、饱和脂肪及反式脂肪摄入量分别控制在每日总能量摄入的30%、10%和1%以下。在此背景下，大果胶作为由油凝胶与水凝胶共价或非共价结合形成的半固态双相系统，凭借其可调控的质构和结构特性，成为功能性脂肪替代品的研究热点。

本研究聚焦于乳化剂类型与浓度对大果胶性能的调控机制。实验采用乙基纤维素（EC）油凝胶与脱乙酰基 konjac葡聚糖（MDK）水凝胶的复合体系，系统考察了甘油单油酸酯（GM）和磷脂酰胆碱（PC）两种不同类型乳化剂对材料微观结构、界面特性、机械性能及氧化稳定性的影响。

在微观结构调控方面，低浓度（≤1%）的GM和PC均显著提升大果胶的均一性和分散性。这与其有效降低油水界面张力密切相关，当界面张力从18.1 mN/m降至12.9 mN/m时，两相界面接触面积增大，促进油相微胶囊化包裹和水相网络相互贯穿。分子动力学模拟进一步揭示，GM的亲脂基团与PC的离子头基通过静电作用主导大果胶组件的界面结合，同时范德华力在整体结构 packing中起关键作用。这种双相协同作用使大果胶形成稳定的三维网络结构，其孔隙率降低至15-20%，有利于保持质构稳定性和氧化抑制效果。

油结合能力与机械性能的协同调控成为重要发现。当GM和PC浓度分别处于0.5%-5%和0.5%-1%范围内时，大果胶的油结合容量分别提升2.4%和3.7%。这种增强效应源于乳化剂在油水界面形成的保护膜，有效抑制了游离油滴的氧化分解。值得注意的是，随着GM和PC浓度超过临界值（5%和1%），材料硬度出现显著下降（分别降低59.1%和72.1%）。这可能与高浓度乳化剂导致界面膜过度增厚，形成疏松的层状结构有关。实验通过动态流变学测试发现，弹性模量（G'）与硬度呈现负相关性，当GM浓度超过3%时，材料储能模量下降42%，表现出从刚弹性向柔韧性的转变。

氧化稳定性的机制解析为该研究提供新视角。21天储存实验显示，GM和PC均能有效抑制脂质氧化，其中GM的抗氧化效果（过氧化物值降低69.02%）显著优于PC（59.76%）。FTIR光谱分析表明，乳化剂的引入增强了氢键网络的形成，特别是GM的羟基与MDK的羧基形成分子内氢键，PC的磷酸基团与EC的羟基产生跨相氢键。这种非共价相互作用网络不仅提升了材料的机械强度，更构建了物理屏障有效阻隔氧气扩散。

在应用潜力方面，研究揭示了不同浓度范围的优化策略：当GM浓度控制在0.8%-2%时，材料硬度与油结合能力达到最佳平衡点（硬度保留率＞85%，油结合容量＞98%）。PC的适用浓度范围更窄（0.3%-0.8%），但能形成更致密的界面层，使微胶囊化效率提升23%。值得注意的是，两种乳化剂均存在浓度阈值效应，超过临界值后性能指标反而下降，这可能与界面膜过度稀释导致的结构崩塌有关。

本研究的创新性体现在建立"界面张力-结构稳定-氧化抑制"的递进调控模型。通过系统研究不同乳化剂类型（离子型vs非离子型）和浓度梯度（0.5%-5%）的协同效应，首次揭示大果胶的氧化稳定性不仅取决于油相含量，更与界面膜的机械强度和化学稳定性双重相关。分子动力学模拟的量化分析表明，静电作用贡献率达界面结合力的68%，而范德华作用占32%，这一发现为设计新型复合乳化剂提供了理论依据。

在产业化应用层面，研究提出分阶段添加策略：在初始制备阶段（油相占比＞60%）优先添加0.5%-1%的PC以形成稳定界面层，后续通过梯度添加2%-3%的GM强化机械性能。这种分步调控方法可使最终产品的硬度保持率提升至92%，油结合容量达99.2%，氧化稳定性指标优于市售氢化植物油替代品。

研究不足与未来方向：目前主要聚焦于单一体系（EC-MDK）的优化，未来可拓展至其他复合凝胶ator体系（如黄原胶-纤维素共混体系）。此外，氧化抑制机制尚未完全阐明，特别是乳化剂与脂质氧化中间产物的相互作用仍需深入研究。建议后续实验采用原位光谱技术（如2P-FTIR）实时监测氧化过程中乳化剂界面的动态变化。

该研究成果为功能性脂肪替代品的开发提供了新思路，特别是在糖尿病、减肥食品等健康食品领域具有重要应用价值。通过精准调控乳化剂类型与浓度，可同时实现质构优化（硬度范围0.5-2.5 Pa）和稳定性提升（过氧化物值＜5 meq/kg），满足不同食品加工需求。后续研究可结合3D打印技术，利用大果胶的可打印特性开发新型功能食品载体。