冻融循环处理对魔芋葡甘聚糖/κ-卡拉胶基Pickering乳液凝胶力学性能的影响机制研究

本研究针对Pickering乳液凝胶机械性能不足的瓶颈问题，通过系统探究冻融循环处理对K2CO3诱导的KGM/CRG基Pickering乳液凝胶的影响，发现冻融处理可增强多糖分子间相互作用，形成更致密的网络结构，使凝胶硬度提升69%、咀嚼性提高61.4%，为功能性凝胶食品设计提供了理论依据和技术支撑。

　　

在食品科学领域，开发具有理想质构特性的凝胶材料一直是研究热点。Pickering乳液凝胶因其以固体颗粒稳定、安全性高等优势，在功能性食品、药物递送等领域展现出巨大潜力。然而，这类凝胶普遍存在机械强度不足的缺陷，严重制约其实际应用。传统改性方法如调整成分比例或添加稳定剂虽有一定效果，但存在工艺复杂、针对性强的局限。冻融处理作为一种绿色高效的物理改性手段，在提升多糖基凝胶性能方面已显现优势，但其对K₂CO₃诱导的魔芋葡甘聚糖(KGM)/κ-卡拉胶(CRG)复合Pickering乳液凝胶的作用机制尚不明确。

针对这一科学问题，来自湖北工业大学的研究团队在《LWT》发表了创新性研究成果。他们通过系统考察冻融循环对KGM/CRG基Pickering乳液凝胶微观结构和力学性能的影响，揭示了冻融处理增强凝胶性能的分子机制。研究采用茶油作为油相，以木聚糖酶/溶菌酶(XG/Ly)纳米颗粒为稳定剂，通过K₂CO₃诱导制备Pickering乳液凝胶。关键技术包括：质构分析测定硬度/咀嚼性等参数；流变学测试评估储能模量(G')和损耗模量(G")；CLSM和Cryo-SEM观察微观结构；XRD分析结晶度变化；LF-NMR检测水分分布状态。

【3.1 外观与脱水收缩分析】
冻融处理后凝胶出现明显体积收缩和水分渗出，5次循环后脱水收缩率显著增加。挤压实验显示水分流失与冻融次数呈正相关，表明冰晶破坏了凝胶网络持水能力。

【3.2 质构特性】
2次冻融循环使凝胶硬度和咀嚼性分别达到峰值4.9N和2.9，较对照组提升69%和61.4%。这种"先升后降"的变化规律与多糖分子交联密度变化相关。

【3.3 剪切与拉伸性能】
最大剪切力随冻融次数持续增加，5次循环后提升41.2%；而拉伸性能下降，归因于冰晶造成的孔隙结构不均匀。

【3.4 流变学特性】
冻融处理后G'和G"显著提高，表明弹性增强。大振幅振荡剪切显示典型的III型响应，证实凝胶网络结构强化。

【3.5 微观结构】
CLSM显示油滴聚集现象，Cryo-SEM观察到孔径增大和网络紊乱，XRD证实结晶度提高但晶体一致性下降，LF-NMR显示结合水(T21)新峰出现。

这项研究创新性地揭示了冻融处理的双重作用机制：一方面，冰晶生长促使KGM/CRG分子链紧密接触，通过氢键等作用形成致密网络；另一方面，冰晶穿刺导致油滴聚集和水分流失。虽然过度冻融会破坏结构均一性，但适度处理(2次循环)能显著提升力学性能。该成果为开发具有定制化质构的凝胶食品提供了新思路，特别是为需要特定口感要求的代餐食品、药物缓释载体等应用奠定了理论基础。研究提出的"物理交联密度调控"策略，相比化学改性方法更具安全性和普适性优势，展现出良好的产业化应用前景。