《食品科學(xué)》：廣東海洋大學(xué)鐘賽意教授、趙巧麗博士等：油相凝膠化對羥丙基甲基纖維素-亞麻籽膠乳液凝膠性能及穩(wěn)定性的影響

動物脂肪具有較強的可塑性，對食品的質(zhì)地、風(fēng)味和口感存在重要影響，然而其飽和脂肪酸含量較高，過多攝入易引發(fā)肥胖、冠心病及動脈粥樣硬化等慢性疾病。采用植物油凝膠化組裝技術(shù)構(gòu)建類固體乳液凝膠，是開發(fā)動物脂肪替代品的有效手段。乳液凝膠兼具乳液和凝膠的雙重特性，由分散的乳液液滴嵌入三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中形成，既保留了乳液的包埋能力，又具備凝膠的機械強度和穩(wěn)定性，在食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，乳液凝膠的制備方法主要采用兩步法。首先通過高速乳化技術(shù)制備O/W乳液，在此過程中，乳化劑分子能夠快速吸附至油-水界面形成黏彈性界面膜，該界面膜通過空間位阻效應(yīng)和靜電排斥作用有效抑制油滴的聚結(jié)，從而維持乳化體系的熱力學(xué)穩(wěn)定性。隨后，通過物理或化學(xué)方法誘導(dǎo)乳液連續(xù)相發(fā)生凝膠化轉(zhuǎn)變，凝膠劑分子通過分子間相互作用形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不僅能夠固定分散相油滴的空間位置，還能限制油滴的遷移，進而賦予乳液凝膠良好的長期穩(wěn)定性。近年來，多糖類高分子化合物因其獨特的分子結(jié)構(gòu)特性（如豐富的羥基官能團、可調(diào)控的分子質(zhì)量和良好的生物相容性）和膠凝性，在乳液凝膠體系構(gòu)建中得到了廣泛關(guān)注。羥丙基甲基纖維素（HPMC）是一種雙親性多糖，具有良好的水溶性、成膜性和凝膠特性，常被用作凝膠劑和乳化穩(wěn)定劑。但單一HPMC制備的乳液凝膠穩(wěn)定性不佳，在儲存過程中容易發(fā)生析油現(xiàn)象。有研究報道指出，向HPMC中引入親水多糖，二者協(xié)同構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠調(diào)控乳液凝膠的性能和穩(wěn)定性。亞麻籽膠（FG）是一種從亞麻籽表皮中提取的天然陰離子多糖，具有較好的增稠、乳化和發(fā)泡性能，能夠增強乳液體系的穩(wěn)定性。然而，目前鮮見HPMC-FG復(fù)合物在構(gòu)建乳液凝膠中的應(yīng)用報道。

油相的性質(zhì)對乳液凝膠的形成和穩(wěn)定具有重要影響。傳統(tǒng)的乳液凝膠體系通常采用液態(tài)植物油作為分散相，然而這類體系在長期儲存過程中易發(fā)生油滴聚集現(xiàn)象。近年來，油相凝膠化技術(shù)作為一種新型的油相改性方法，在食品膠體領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。該技術(shù)通過引入特定的凝膠因子（如蜂蠟（BW）、小燭樹蠟（CW）、米糠蠟、β-谷甾醇、乙基纖維素等），在液態(tài)油中構(gòu)建三維晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而將低黏度的液態(tài)油轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂蓄惞腆w特性的凝膠化油相。這種技術(shù)不僅顯著改變了油相的流變學(xué)行為，還能通過內(nèi)部晶體網(wǎng)絡(luò)提供的物理限域作用抑制油滴的遷移和聚集，進而賦予乳液凝膠體系較好的機械強度和穩(wěn)定性。然而，目前有關(guān)油相凝膠化對HPMC-FG乳液凝膠的微觀結(jié)構(gòu)、流變學(xué)特性和穩(wěn)定性影響的研究還處于空白，尤其是不同凝膠因子誘導(dǎo)的油相凝膠化行為對乳液凝膠性能的差異化影響機制仍不清楚。

基于此，廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院的陳樂怡、趙巧麗*、鐘賽意*等擬采用HPMC-FG復(fù)合物作為乳化劑構(gòu)建乳液凝膠體系，隨后在油相引入不同生物蠟（CW、BW、CW-BW）對其進行凝膠化處理，探究不同凝膠因子誘導(dǎo)的油相凝膠化對HPMC-FG乳液凝膠基本性能、微觀結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的影響，以期為多糖基乳液凝膠的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能調(diào)控提供理論依據(jù)，為開發(fā)新型健康脂肪替代品提供重要的技術(shù)參考。

01

生物蠟基油凝膠的表觀和微觀結(jié)構(gòu)分析

本研究分別以CW、BW及其共混物（CW-BW）作為凝膠劑，依照圖1的步驟制備油凝膠。首先，將CW、BW及CW-BW與菜籽油混合，置于熱水浴中加熱攪拌使其完全溶解，隨后將混合體系迅速轉(zhuǎn)移至冰水浴中冷卻，并于4 ℃靜置過夜。將儲存過夜的樣品取出，通過倒置裝有樣品的小玻璃瓶以判斷油凝膠的形成。由圖2a可知，所有樣品均呈現(xiàn)出穩(wěn)定的類固體形態(tài)，當(dāng)將裝有樣品的小玻璃瓶倒置后，所有樣品均黏附在玻璃瓶底部而未發(fā)生流動，表明其內(nèi)部形成了致密的晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（圖1）。這一現(xiàn)象說明，在本研究采用的質(zhì)量分數(shù)下（5%），無論是單一還是復(fù)合生物蠟基凝膠劑均能夠有效誘導(dǎo)油凝膠的形成。該結(jié)果與Hong Xin等的研究結(jié)果一致，其發(fā)現(xiàn)單一CW在質(zhì)量分數(shù)低至3%時即可形成類固體油凝膠。此外，Shi Yumeng等的報道指出，當(dāng)BW質(zhì)量分數(shù)大于3%時，油凝膠的油結(jié)合力達到100%。值得注意的是，本研究中CW-BW共混油凝膠體系的單組分質(zhì)量分數(shù)分別僅為2.5%，低于文獻報道的單一組分的最低有效成膠質(zhì)量分數(shù)，表明CW與BW在油凝膠形成過程中可能存在協(xié)同增效作用。

凝膠劑的組成和晶體結(jié)構(gòu)對油凝膠的機械性能和熱穩(wěn)定性具有重要影響。通過偏光顯微鏡觀察不同生物蠟基油凝膠的微觀晶體形態(tài)，結(jié)果如圖2b所示。CW基油凝膠中的晶體呈現(xiàn)較大的雪花狀聚集體形態(tài)，而BW基油凝膠中的晶體則呈均勻分布的針狀或纖維狀結(jié)構(gòu)，這與Shi Yumeng等的研究結(jié)果一致，其發(fā)現(xiàn)BW基油凝膠體系中纖維狀晶體所形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠有效束縛液態(tài)油分子，最終形成具有黏彈性的半固體油凝膠。CW與BW在晶體形貌上的差異可能是導(dǎo)致兩者油凝膠流變性能差異的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)因素。值得注意的是，當(dāng)將CW與BW共混后，BW的針狀晶體扦插入CW的雪花狀聚集體結(jié)構(gòu)中，形成了雜化的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種優(yōu)化的晶體排列方式顯著增強了油凝膠的網(wǎng)絡(luò)強度，從而更有效地將菜籽油包裹并固定在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，限制了其流動性。

02

生物蠟基油凝膠的FTIR分析

采用FTIR光譜分析不同凝膠因子構(gòu)建的油凝膠的分子間相互作用，結(jié)果如圖3a所示。CW油凝膠和BW油凝膠的紅外光譜圖較為相似，兩者的特征峰位置均與植物油中脂肪酸分子的特征振動模式一致。具體而言，3 006 cm-1附近的吸收峰對應(yīng)于菜籽油中＝C—H的伸縮振動，2 920 cm-1和2 851 cm-1處的吸收峰可能歸因于長鏈脂肪酸中—CH2—基團的伸縮振動。1 743 cm-1處的強吸收峰源于甘油三酯中C＝O基團的伸縮振動，而1 463 cm-1和1 377 cm-1處的吸收帶則分別對應(yīng)于—CH3和—CH2—的C—H彎曲振動，這些特征峰的強度與油脂的飽和程度密切相關(guān)。此外，1 160 cm-1和721 cm-1處的特征峰分別歸因于酯基的C—O—H振動和烷基鏈的(CH2)n彎曲振動。值得注意的是，與CW和BW油凝膠相比，CW-BW復(fù)合油凝膠的FTIR光譜未出現(xiàn)新的特征吸收峰，也未發(fā)生原有特征峰的消失，表明CW與BW分子之間不存在氫鍵或共價鍵作用，其凝膠網(wǎng)絡(luò)主要依靠范德華力等非共價相互作用維持穩(wěn)定。

03

生物蠟基油凝膠的晶體結(jié)構(gòu)分析

XRD技術(shù)作為研究晶體結(jié)構(gòu)的重要手段，能夠有效解析生物蠟基油凝膠體系中分子堆積的多態(tài)性特征，尤其適用于表征亞晶胞層狀排列及同質(zhì)異晶轉(zhuǎn)變行為。圖3b為不同凝膠因子構(gòu)建的油凝膠的XRD圖譜。CW油凝膠和BW油凝膠均在19.4°和23.7°附近出現(xiàn)特征衍射峰，并在21.4°處存在一個明顯的突出峰。有研究報道指出，位于24.0°附近的衍射峰通常與β晶體有關(guān)，表明其具有更緊密的分子排列，而19.8°和22.8°附近的峰表明其可能存在正交晶系的垂直亞晶胞堆疊，且其峰型與三酰甘油的β′晶型相似。一般認為，β′晶型具有優(yōu)異的鋪展性和塑性，形成的凝膠結(jié)構(gòu)更加柔軟細膩，而β晶型則具有更高的硬度和熔點，其緊密堆積結(jié)構(gòu)使其在防水性和機械強度上表現(xiàn)更優(yōu)。將CW與BW混合制成油凝膠后，所得樣品的衍射圖譜在19.4°和21.4°處仍然存在較強的衍射峰，說明復(fù)合油凝膠形成過程中并未對CW和BW的晶體堆積排列方式產(chǎn)生影響，但可能形成了結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的多晶混合體系。

04

生物蠟基油凝膠的熱特性分析

采用DSC對CW、BW和CW-BW復(fù)合油凝膠的熔融與結(jié)晶行為進行分析。由圖4a可以看出，CW和BW油凝膠均在27～50 ℃溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)多個熔融峰，且CW油凝膠在62.5 ℃處出現(xiàn)一個明顯的熔融峰，表明兩者均具有較為復(fù)雜的化學(xué)組成，晶體結(jié)構(gòu)中可能存在多晶型或熔點各異的結(jié)晶形態(tài)。與單一油凝膠相比，CW-BW復(fù)合油凝膠的熔融峰形發(fā)生明顯變化，特征峰位置出現(xiàn)輕微偏移，表明CW與BW間可能存在分子間相互作用，形成了共晶體系或分子水平的相容結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其熔融行為發(fā)生變化。從圖4b可以看出，CW油凝膠分別在35.6 ℃和44.7 ℃處出現(xiàn)兩個尖銳的結(jié)晶峰，表明其結(jié)晶過程存在多階段性，可能對應(yīng)于不同組分或不同晶型的逐步結(jié)晶行為。BW油凝膠則在36.8 ℃處呈現(xiàn)一個較寬的結(jié)晶峰，其結(jié)晶特性與CW存在明顯差異。值得注意的是，CW-BW復(fù)合油凝膠在37.4 ℃和42.1 ℃處出現(xiàn)兩個結(jié)晶峰，與單一CW和BW油凝膠的結(jié)晶行為相比，其結(jié)晶峰位置和峰形均發(fā)生改變，說明兩者在冷卻結(jié)晶過程中可能存在分子間協(xié)同作用。這種相互作用很可能通過范德華力或共晶效應(yīng)增強了復(fù)合油凝膠晶體網(wǎng)絡(luò)的熱穩(wěn)定性和機械強度。

05

生物蠟基油凝膠的流變學(xué)特性分析

為了評估不同油凝膠的力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)強度，采用流變儀對樣品的流變學(xué)特性進行了測定。如圖5a所示，在剪切速率為0.1～100 s-1的范圍內(nèi)，所有油凝膠樣品的表觀黏度隨著剪切速率的增加逐漸降低，表現(xiàn)出典型的剪切變稀行為特征。這種現(xiàn)象可能與高剪切速率下油凝膠中晶體結(jié)構(gòu)的定向重排有關(guān)，進而導(dǎo)致體系的流動阻力減小。這一研究結(jié)果與Zhou Mengjing等報道的油凝膠的行為特征一致，表明外部剪切作用會導(dǎo)致油凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中晶體聚集體的破壞。值得注意的是，CW-BW復(fù)合油凝膠的黏度略高于單一CW或BW油凝膠體系，這可能是由于CW與BW組分之間產(chǎn)生了協(xié)同作用，從而增強了油凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的機械強度和穩(wěn)定性。

圖5b為不同凝膠因子構(gòu)建的油凝膠的動態(tài)應(yīng)變掃描結(jié)果。所有樣品在LVR內(nèi)儲存模量（G′）均顯著高于損耗模量（G″），表明不同油凝膠體系均呈現(xiàn)彈性類固體行為。值得注意的是，CW油凝膠展現(xiàn)出最寬的LVR范圍，但其G′值最低；而BW油凝膠雖具有較窄的LVR，但其G′值卻略高于CW油凝膠體系。當(dāng)應(yīng)變超過臨界值后，所有樣品均出現(xiàn)交點（G′＝G″），表明油凝膠的三維晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生凝膠-溶膠轉(zhuǎn)變，隨后G′和G″急劇下降，說明體系內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)受到了一定程度的破壞。然而，將CW與BW混合后，所得復(fù)合油凝膠的G′顯著高于單一組分體系，這進一步說明CW與BW對改善油凝膠的流變學(xué)性能具有一定的協(xié)同作用。

不同油凝膠的頻率掃描結(jié)果如圖5c所示。所有樣品的G′均遠大于G″，說明所形成的油凝膠體系具有典型的類固體凝膠特征。此外，3 種油凝膠樣品的G′和G″均未表現(xiàn)出頻率依賴性。在相同的頻率條件下，CW-BW復(fù)合油凝膠的G′和G″值均顯著高于單一CW或BW油凝膠。造成CW油凝膠與BW油凝膠體系G′差異的原因主要源于二者的晶型不同，CW的結(jié)晶結(jié)構(gòu)以正交晶系為主，分子排列緊密，形成高度有序的層狀結(jié)構(gòu)，而BW的結(jié)晶結(jié)構(gòu)以三斜晶系為主，分子排列相對松散，層間結(jié)合力較弱。另外，與單一組分相比，CW-BW復(fù)合油凝膠呈現(xiàn)最高的G′，說明CW與BW的復(fù)合可通過共晶效應(yīng)優(yōu)化油凝膠的力學(xué)性能。

蠕變-回復(fù)測試可用于評估樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的強度。不同油凝膠樣品的蠕變-回復(fù)曲線如圖5d所示。在瞬間施加恒定應(yīng)力后，所有油凝膠樣品均發(fā)生不同程度的變形，且隨著作用時間的延長，應(yīng)變值呈逐漸增加趨勢。其中，CW油凝膠顯示出最大的應(yīng)變響應(yīng)值，說明其內(nèi)部三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為松散，機械強度較弱，不利于抵抗外力作用。相比之下，BW油凝膠在施加相同應(yīng)力作用后，應(yīng)變響應(yīng)值明顯降低，而將CW和BW混合后形成的復(fù)合油凝膠呈現(xiàn)最低的應(yīng)變響應(yīng)值，其蠕變-回復(fù)曲線基本重合，表明復(fù)合油凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為緊密，具有較好的抗變形能力。該結(jié)果與微觀結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果保持一致，說明CW和BW間的協(xié)同作用顯著增強了油凝膠的抗變形能力。

不同油凝膠樣品的溫度掃描曲線如圖6所示。在加熱初期，所有樣品的G′和G″均明顯降低，表明其晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對溫度變化非常敏感。隨著溫度的繼續(xù)升高，不同油凝膠樣品的G′和G″持續(xù)降低，且在CW或BW油凝膠中，可觀察到G″逐漸高于G′的現(xiàn)象，這可能是由于穩(wěn)定油凝膠的晶體發(fā)生熔化所致。當(dāng)溫度達到一定值時體系呈現(xiàn)“液體”狀態(tài)（G′＜G″），此時油凝膠中的晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完全熔化和崩潰，導(dǎo)致體系發(fā)生凝膠-溶膠轉(zhuǎn)變。通常，G′和G″曲線的交點溫度被認為是凝膠-溶膠轉(zhuǎn)變溫度。在本研究中，CW油凝膠的凝膠-溶膠轉(zhuǎn)變溫度約為35 ℃，BW約為39 ℃，而將CW和BW混合后，所得復(fù)合油凝膠的凝膠-溶膠轉(zhuǎn)變溫度提升至48 ℃，這可能歸因于組分間的協(xié)同作用，增強了網(wǎng)絡(luò)的熱穩(wěn)定性。隨后，逐漸降低體系的溫度，發(fā)現(xiàn)CW油凝膠的G′和G″在50 ℃發(fā)生突變，而BW油凝膠和CW-BW復(fù)合油凝膠均在40 ℃左右發(fā)生突變，且隨著溫度的降低，G′快速上身并逐漸超越G″，證實了晶體重結(jié)晶驅(qū)動的熱可逆凝膠化行為。該結(jié)果表明，在冷卻過程中CW與BW通過分子間相互作用促使三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重建，從而賦予油凝膠優(yōu)異的溫度響應(yīng)特性。在乙基纖維素-單甘油酯-CW構(gòu)建的油凝膠也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象。

06

油相凝膠化HPMC-FG乳液凝膠的性能分析

6.1 外觀和微觀結(jié)構(gòu)

由圖7a可知，經(jīng)不同凝膠因子凝膠化油相制備的乳液凝膠外觀均呈乳白色，質(zhì)地細膩光滑，當(dāng)將裝有樣品的玻璃小瓶倒置時，所有樣品均能夠黏附在玻璃瓶底部而不發(fā)生流動，表現(xiàn)出良好的自支撐特性，這是乳液凝膠的典型特征，表明體系形成了穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由圖7b可知，所有乳液凝膠的液滴均呈規(guī)則的球形形貌，尺寸分布較為均勻，且無明顯的聚結(jié)現(xiàn)象。相較于E/CO乳液凝膠，E/CW乳液凝膠液滴平均尺寸從35.75 μm減小至31.30 μm，而E/BW乳液凝膠的液滴尺寸略有增加。這可能是因為BW作為一種天然表面活性物質(zhì)，其所含的游離脂肪酸、醇類等極性組分在乳化過程中可與HPMC-FG復(fù)合乳化劑競爭吸附于油-水界面。盡管最終形成的界面膜機械強度更高，但在乳化初期界面組成的動態(tài)變化可能導(dǎo)致瞬時界面張力下降，削弱了對新形成的液滴的穩(wěn)定效果，從而引發(fā)輕微液滴聚結(jié)。此外，BW油凝膠相較CW油凝膠具有更高的黏度，作為分散相時抵抗剪切變形的能力更強，導(dǎo)致液滴破碎效率降低。在相同乳化能量輸入下，高黏度油相更難充分分散，最終導(dǎo)致E/BW乳液凝膠液滴平均尺寸略大于E/CO乳液凝膠。值得注意的是，E/CW-BW乳液凝膠呈現(xiàn)最小的液滴尺寸，僅為28.82 μm，這可能歸因于CW與BW的協(xié)同作用增強了界面膜的機械強度。基于上述發(fā)現(xiàn)，對不同凝膠因子凝膠化油相所形成的HPMC-FG乳液凝膠的油-水界面結(jié)構(gòu)進行了推測，具體見圖8所示。

6.2 液滴大小及分布

由圖9可知，所有乳液凝膠的液滴尺寸分布均呈單峰分布，與E/CO乳液凝膠相比，E/BW乳液凝膠液滴分布最大峰位置逐漸右移，而E/CW或E/CW-BW乳液凝膠液滴分布最大峰位置逐漸左移，且以E/CW-BW乳液凝膠變化更為顯著，這進一步說明復(fù)合凝膠因子能夠通過分子間協(xié)同作用有效調(diào)控HPMC-FG乳液凝膠的性能和穩(wěn)定性。

6.3 流變學(xué)特性分析

由圖10a可知，所有乳液凝膠樣品均表現(xiàn)出典型的剪切稀化行為特征，其表觀黏度隨剪切速率的增大而明顯降低。值得注意的是，在整個剪切速率范圍內(nèi)，不同樣品的黏度曲線差異不大，說明油相凝膠化處理對乳液凝膠體系的黏度影響不明顯。

圖10b的動態(tài)應(yīng)變掃描結(jié)果顯示，在LVR區(qū)內(nèi)，所有乳液凝膠樣品的G′和G″均不隨應(yīng)變的增加而變化，說明樣品內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均未遭到破壞。此外，E/CO乳液凝膠在LVR區(qū)內(nèi)G′明顯高于G″，呈現(xiàn)出彈性類固體行為，且其LVR區(qū)在所有樣品中最長，表明其具有較強的抵抗形變的能力。相比于E/CO組，油相發(fā)生凝膠化的乳液凝膠（E/CW、E/BW、E/CW-BW）在LVR區(qū)內(nèi)顯示出更高的G′和G″，但其G′和G″較為接近。此外，與E/CW和E/BW乳液凝膠相比，E/CW-BW乳液凝膠的LVR區(qū)略有延長，說明CW與BW間的協(xié)同作用可有效提升油相凝膠化乳液凝膠的抗形變能力。

由圖10c可知，對于E/CO乳液凝膠，在整個頻率掃描范圍內(nèi)G′始終大于G″，但在低頻率階段二者較為接近，表明該體系具有的彈性結(jié)構(gòu)較弱。對于由不同凝膠因子結(jié)構(gòu)化油相所形成的乳液凝膠，在低頻區(qū)域內(nèi)，所有樣品的G′均小于G″，但在高頻區(qū)域時，G′則大于G″，且G′與G″的變化呈現(xiàn)一定的頻率依賴關(guān)系，均隨著頻率的增加而增大，這可能與油相中形成的晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)。同時，在剪切混合過程中，部分晶體遷移至油水界面并發(fā)生聚集，進一步提高了整個體系的黏彈性。值得注意的是，與其他樣品相比，E/CW-BW乳液凝膠在整個頻率范圍內(nèi)的模量值最高，表明其形成了更致密的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這可能源于復(fù)合組分間產(chǎn)生了更強的相互作用或協(xié)同效應(yīng)。

由圖11a可知，當(dāng)溫度低于35 ℃時，E/CO乳液凝膠的G′明顯高于G″，且二者不隨溫度升高而變化。當(dāng)溫度超過35 ℃后，隨著溫度的升高，E/CO乳液凝膠的G′和G″迅速升高，當(dāng)溫度達到45 ℃時，G′和G″的增幅趨勢逐漸減緩并趨于穩(wěn)定。這主要是因為當(dāng)溫度接近HPMC的凝膠溫度范圍（約40～50 ℃）時，其分子鏈上的疏水基團暴露，增強了分子間締合作用，形成致密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時FG中的線性多糖鏈在升溫過程中伸展，通過氫鍵或疏水相互作用與HPMC發(fā)生交聯(lián)，進一步強化了凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致乳液凝膠的G′顯著增大。與E/CO乳液凝膠相比，油相發(fā)生凝膠化的乳液凝膠（E/CW、E/BW、E/CW-BW）在20～55 ℃的溫度范圍內(nèi)G′和G″表現(xiàn)出與其相似的變化趨勢，且以E/CW-BW乳液凝膠的G′和G″增大更為顯著。當(dāng)溫度超過55 ℃后，E/CW、E/BW和E/CW-BW乳液凝膠的G′和G″逐漸降低，且以E/CW乳液凝膠降低更為顯著。這可能是由于溫度高于55 ℃后達到了CW和BW的熔點，導(dǎo)致CW、BW或CW-BW油凝膠中的晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞，進而降低了乳液凝膠體系的黏彈性。值得注意的是，在整體下降趨勢中出現(xiàn)個別數(shù)據(jù)點的模量短暫上升，這可能源于升溫過程中，凝膠網(wǎng)絡(luò)中的蠟晶發(fā)生局部熔融-重結(jié)晶行為。當(dāng)溫度超過55 ℃時，體系中低熔點晶體組分逐漸熔解，導(dǎo)致G′和G″呈現(xiàn)整體下降趨勢；然而，部分高熔點晶體或復(fù)合聚集體可能在特定溫度區(qū)間內(nèi)發(fā)生短暫的結(jié)構(gòu)重組或取向排列，形成局部更致密的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，從而引起模量的瞬時、非單調(diào)性上升。此外，在高溫條件下樣品模量顯著降低，儀器信噪比下降、靈敏度限制以及樣品內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)可能存在的不均勻性，也可能在一定程度上導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)的局部波動，這可能也是造成樣品模量出現(xiàn)個別點上升的原因。

圖11b表明，當(dāng)溫度從80 ℃逐漸降低時，E/CO乳液凝膠的G′和G″呈緩慢降低的趨勢。相比之下，E/CW、E/BW或E/CW-BW乳液凝膠在80～45 ℃的溫度范圍內(nèi)，G′和G″基本保持不變，但當(dāng)溫度低于45 ℃后，G′和G″迅速增大，且以E/BW和E/CW-BW乳液凝膠更為顯著，說明冷卻過程中體系內(nèi)的晶體顆粒通過分子間相互作用重新形成了三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。更重要的是，經(jīng)過升溫-降溫處理的E/CW、E/BW和E/CW-BW乳液凝膠的G′和G″均顯著高于初始乳液凝膠的G′和G″（接近2 個數(shù)量級）。上述結(jié)果表明，油相凝膠化乳液凝膠具有較好的熱可逆特性，且升溫-降溫處理能夠進一步提高乳液凝膠體系的黏彈性。

6.4 穩(wěn)定性分析

乳液凝膠體系的儲存穩(wěn)定性是評價其適用性的關(guān)鍵指標(biāo)。本研究通過對比不同凝膠因子凝膠化油相構(gòu)建的HPMC-FG乳液凝膠在室溫儲存20 d后的表觀及微觀結(jié)構(gòu)變化以評價其儲存穩(wěn)定性。由圖12a可知，所有乳液凝膠樣品經(jīng)室溫長期儲存后均未發(fā)生明顯的外觀變化，未出現(xiàn)析水或析油現(xiàn)象，且宏觀形態(tài)保持完整，表明體系仍然保持著完好的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。不同乳液凝膠的微觀結(jié)構(gòu)分析（圖12b）進一步顯示，室溫長期儲存后的所有樣品的液滴仍然分布相對均勻，未發(fā)生明顯的聚結(jié)，液滴尺寸大小及分布（圖12c）與新鮮乳液相比變化差異不大，表明所有乳液凝膠樣品均具有較好的儲存穩(wěn)定性。

凍融穩(wěn)定性是指食品在反復(fù)冷凍和解凍過程中保持其物理、化學(xué)和感官特性的能力，是衡量冷凍食品品質(zhì)的重要指標(biāo)。良好的凍融穩(wěn)定性能夠減少水分流失、質(zhì)構(gòu)劣變和風(fēng)味損失，確保食品在儲存和運輸過程中的品質(zhì)一致性。由圖13a可知，E/CO乳液凝膠經(jīng)1 次凍融處理后體系出現(xiàn)輕微析油現(xiàn)象，經(jīng)3 次凍融循環(huán)處理后體系發(fā)生明顯的相分離，表明E/CO乳液凝膠對凍融處理較為敏感，這主要歸因于冷凍過程中，E/CO乳液凝膠的油相和水相會不同程度地結(jié)晶，這可能會刺穿油-水界面層，導(dǎo)致解凍階段體系出現(xiàn)浮油、破乳或相分離。相比之下，由不同凝膠因子凝膠化油相的乳液凝膠（E/CW、E/BW和E/CW-BW）經(jīng)3 次凍融循環(huán)處理后表觀未發(fā)生明顯變化，也未出現(xiàn)析水和析油現(xiàn)象，體系呈現(xiàn)相對較好的凍融穩(wěn)定性。由于經(jīng)歷3 次凍融循環(huán)處理后E/CO乳液凝膠體系發(fā)生了明顯的相分離，因此本研究僅對經(jīng)歷1 次凍融處理的乳液凝膠的微觀結(jié)構(gòu)進行了表征。由圖13b可知，E/CO乳液凝膠中的液滴發(fā)生明顯的聚集，大部分液滴呈不規(guī)則形狀，體系內(nèi)部伴有輕微的浮油，而E/CW和E/BW乳液凝膠的液滴聚集略有減輕，但仍存在較多的不規(guī)則液滴，且以E/CW乳液凝膠更為明顯。值得注意的是，E/CW-BW乳液凝膠的液滴仍然呈現(xiàn)規(guī)則的球形結(jié)構(gòu)，體系未出現(xiàn)明顯的聚結(jié)，液滴分布較為均勻，表明其具有較好的凍融穩(wěn)定性。這些結(jié)果表明，油相凝膠化尤其是復(fù)合凝膠因子的凝膠化，能夠有效增強乳液凝膠界面強度，從而顯著提升其凍融穩(wěn)定性。

結(jié) 論

通過不同生物蠟（CW、BW、CW-BW）誘導(dǎo)油相凝膠化，調(diào)控HPMC-FG乳液凝膠的性能和穩(wěn)定性。CW與BW在油凝膠形成過程中通過范德華力產(chǎn)生協(xié)同作用，形成由針狀晶體與雪花狀聚集體共同組成的雜化三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。相比于油相未凝膠化的HPMC-FG乳液凝膠，CW-BW復(fù)合凝膠因子修飾的乳液凝膠表現(xiàn)出更小的液滴尺寸、更強的抗變形能力以及更好的穩(wěn)定性，在室溫長期儲存和凍融循環(huán)過程中均能有效抑制液滴聚結(jié)和油脂析出。本研究不僅揭示了生物蠟復(fù)合凝膠因子的協(xié)同作用機制，也為開發(fā)兼具良好加工性能與穩(wěn)定性的脂肪替代品提供了理論支撐。此外，該乳液凝膠體系在作為功能性食品成分（如活性因子）的遞送載體方面具有廣闊前景，有望提升活性成分的穩(wěn)定性和生物可及性，但其大規(guī)模生產(chǎn)可行性、口感適配性及與復(fù)雜食品體系的相容性等問題仍需進一步深入研究。

作者簡介

通信作者：

趙巧麗，博士，廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院講師，海洋食品功能因子與營養(yǎng)健康研究與開發(fā)省級科技創(chuàng)新團隊成員。主要研究方向為食品乳液體系構(gòu)建及應(yīng)用開發(fā)，主持國家自然科學(xué)基金青年基金1 項，發(fā)表SCI論文20余篇，授權(quán)發(fā)明專利6 項。

鐘賽意，博士，教授，博導(dǎo)，博士后合作導(dǎo)師，廣東海洋大學(xué)南海杰出學(xué)者，現(xiàn)任廣東海洋大學(xué)科學(xué)技術(shù)部副部長，廣東省水產(chǎn)品加工與安全重點實驗室常務(wù)副主任，廣東省海洋生物制品工程實驗室副主任，省級科技創(chuàng)新團隊負責(zé)人，兼任廣東海洋協(xié)會海洋生物分會副會長、廣東省食品學(xué)會理事、中國預(yù)制菜產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專家委員會專家、國家農(nóng)產(chǎn)品加工科技創(chuàng)新聯(lián)盟預(yù)制菜專業(yè)委員會專家、深圳全球海洋中心城市建設(shè)促進會專家委員專家、《Frontiers in Nutrition》《Food Technology and Nutrition Sciences》《Food Science of Animal Products》《廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)》《食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報》等期刊編委/青年編委。2011年博士畢業(yè)于中國農(nóng)業(yè)大學(xué)與美國The Ohio State University聯(lián)合培養(yǎng)項目（國家公派留學(xué)）。曾參與美國國立衛(wèi)生研究院（NIH R01）、歐盟第六框架科技計劃、美國農(nóng)業(yè)部等資助項目的研究工作。現(xiàn)主要從事海洋生物活性物質(zhì)研究與開發(fā)、特色農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)與功能化開發(fā)等方面的研究工作。近年主持國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃子課題、廣東省重點研發(fā)課題、廣東省海洋漁業(yè)科技發(fā)展專項、深圳市科技計劃項目、深圳市大鵬新區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項等項目20多項。在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文100余篇，其中SCI/EI收錄80余篇，ESI高被引/熱點論文5 篇，封面論文1 篇，授權(quán)國際和國內(nèi)發(fā)明專利20多項，主持或參與制修訂地方及團體標(biāo)準(zhǔn)10 項，主編教材1 部，主持獲廣東省科技進步二等獎、全國商業(yè)科技進步獎一等獎、三等獎、廣東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣獎二等獎、全國商業(yè)科技服務(wù)創(chuàng)新獎一等獎等省部級科技獎勵5 項。國家自然科學(xué)基金通訊評審專家、國家重點研發(fā)計劃以及多個省市科技計劃項目評審專家、廣東省科技特派員及受聘為多家企業(yè)顧問。

第一作者：

陳樂怡，廣東海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)本科生，研究方向為乳液凝膠體系構(gòu)建及性能評價，曾參與申請發(fā)明專利1 項。

引文格式：

陳樂怡, 趙巧麗, 蔡佳怡, 等. 油相凝膠化對羥丙基甲基纖維素-亞麻籽膠乳液凝膠性能及穩(wěn)定性的影響[J]. 食品科學(xué), 2026, 47(1): 57-68. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250731-251.

CHEN Leyi, ZHAO Qiaoli, CAI Jiayi, et al. Effects of oil phase gelation on the performance and stability of hydroxypropyl methylcellulose-flaxseed gum emulsion gels[J]. Food Science, 2026, 47(1): 57-68. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250731-251.

實習(xí)編輯：南伊；責(zé)任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)

為系統(tǒng)提升我國食品營養(yǎng)與安全的科技創(chuàng)新策源能力，加速科技成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化，推動食品產(chǎn)業(yè)向綠色化、智能化、高端化轉(zhuǎn)型升級，由北京食品科學(xué)研究院、中國食品雜志社《食品科學(xué)》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，合肥工業(yè)大學(xué)、安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)、安徽省食品行業(yè)協(xié)會、安徽大學(xué)、合肥大學(xué)、合肥師范學(xué)院、北京工商大學(xué)、中國科技大學(xué)附屬第一醫(yī)院臨床營養(yǎng)科、安徽糧食工程職業(yè)學(xué)院、安徽省農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所、安徽科技學(xué)院、皖西學(xué)院、黃山學(xué)院、滁州學(xué)院、蚌埠學(xué)院共同主辦的“ 第六屆食品科學(xué)與人類健康國際研討會 ”，將于 2026年8月15-16日（8月14日全天報到） 在 中國 安徽 合肥 召開。

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