Pickering型双凝胶基低脂涂抹酱的开发与质构特性调控研究

《Food Frontiers》：Development and Textural Property Regulation of Pickering Type Bigel-Based Low-Fat Spread

本研究创新性地利用乳清蛋白微粒（WPM）作为界面稳定剂，成功构建了Pickering型双凝胶基低脂涂抹酱体系。通过系统表征发现，WPM浓度（1.0%-8.0%）可精准调控产品的流变特性（G′、G″）、摩擦学行为及盐离子释放动力学。其中2.0%-4.0% WPM浓度可实现持续盐释放，而8.0%浓度样品表现出最佳涂抹性与润滑感。研究证实50 mm/s摩擦系数与涂抹性显著负相关，为低脂食品的感官特性设计提供了新策略。

　　

引言

通过结构设计提升食品质构特性已成为食品科学领域的重要方向。随着低脂健康食品消费需求的增长，传统黄油因高热量、涂抹性差等缺陷促使市场对低热量替代品的需求激增。涂抹脂肪作为黄油替代品，需具备低脂含量（<80%）、室温固态特性及优良涂抹性。然而降低脂肪含量会导致产品外观、质构及感官特性（特别是奶油状口感和润滑性）的劣变，且低脂涂抹酱在储运过程中易因温度波动出现结构破坏和风味失控释放。因此，开发具有高结构稳定性、类奶油质构及可控风味释放的低脂涂抹体系至关重要。

双凝胶是通过特定比例混合油凝胶和水凝胶形成的均质体系，兼具凝胶稳定性与乳液分散性优势。但传统双凝胶存在油滴聚集、结构易损等问题。Pickering双凝胶技术通过在两相界面引入颗粒（如WPM），形成刚性界面层，可显著提升体系稳定性、控释特性及口腔润滑感。本研究通过构建WPM浓度梯度（1.0%-8.0%）的Pickering双凝胶体系，系统探究其对微观结构、流变特性、冻融稳定性及感官属性的调控机制。

材料与方法

采用85°C热处理45分钟制备WPM溶液，与2.5%单硬脂酸甘油酯油凝胶按4:6质量比在75°C下均质，冰水浴诱导凝胶形成。通过激光共聚焦显微镜（CLSM）观察微观结构，流变仪分析振幅扫描（应变0.01%-1000%）及剪切速率扫描特性，冻融循环（-20°C/22 h与25°C/2 h）后离心测定持油性（OHC）与持水性（WHC）。采用球-三针摩擦学系统模拟口腔加工过程，测定PBS与模拟唾液存在下的摩擦系数；通过电导率变化监测盐离子120秒内释放动力学，并采用零级动力学模型拟合。感官评价依据国家标准由10人专业小组对12项属性进行评分。

结果与讨论

Pickering颗粒对双凝胶形成与结构的影响

vial倾斜实验表明，WPM浓度≥1.0%时可形成稳定双凝胶，且倾斜角随浓度增加从144.33°降至122.67°，说明高浓度颗粒增强体系自支撑能力。CLSM显示油滴（红色荧光）均匀分散于水相，WPM（黄色荧光）明确位于界面处。随WPM浓度从1.0%升至8.0%，油滴尺寸显著减小，因高浓度颗粒在界面形成致密物理屏障，抑制油滴聚集。未吸附颗粒在水相中构建三维网络，进一步稳固结构。

流变特性调控

所有样品在应变0.1%-10%范围内呈现线性黏弹区（LVR），且G′ > G″的凝胶行为显著。应变10%-100%区间出现G′下降与tanδ上升，符合涂抹酱的结构失效特征。屈服应力（35-200 Pa）与商业涂抹品范围一致，且随WPM浓度增加而升高。高浓度（8.0%）样品因界面膜刚性增强，表现出更高初始G′、G″及剪切粘度，但临界应变值降低，表明界面脆性增加。振幅扫描中G′/G′₀与G″/G″₀的急剧下降进一步验证高颗粒浓度导致界面脆性。

冻融稳定性提升

经三次冻融循环后，WPM浓度8.0%的样品持油性与持水性最高，因其高粘度网络可限制水迁移与冰晶形成，抑制结构破坏。界面膜对冰晶机械损伤的抵抗作用显著提升产品冻融稳定性。

口腔摩擦学行为

无唾液条件下，低浓度（1.0%）样品出现油析与结构降解，而8.0%样品因WPM的“滚珠润滑”效应维持均匀摩擦系数。添加唾液后，高浓度样品在流体动力区出现摩擦系数平台，归因于颗粒形成的剪切抵抗性半刚性界面膜。表明通过调控颗粒浓度可实现润滑特性的精准设计。

盐离子释放动力学

初始阶段（0秒），高WPM浓度样品因油滴尺寸小、比表面积大及高粘度限制离子扩散，盐释放量最低。零级动力学拟合显示，1.0%浓度样品因凝胶强度弱释放速率最高，2.0%-4.0%浓度实现持续释放，而8.0%浓度因界面脆性在80秒后出现爆发式释放。表明适中颗粒浓度可实现可控释放特性。

感官属性关联分析

8.0% WPM样品在色泽光泽、塑性、立性、视觉光滑度等7项属性得分最高，其优良涂抹性得益于颗粒的滚动润滑作用。主成分分析将12项属性归为两类：第一主成分（色泽、立性、涂抹性等）显示8.0%样品与商业对照组相似；第二主成分（视觉粘性、风味释放等）存在差异，需进一步优化。相关性热图揭示50 mm/s摩擦系数与涂抹性负相关，3 mm/s摩擦系数与视觉粘性、屈服应变及盐释放正相关，为感官预测提供量化指标。

结论

WPM浓度可有效调控Pickering双凝胶基低脂涂抹酱的微观结构、流变行为及功能特性。2.0%-4.0%浓度实现平衡的盐释放动力学与感官特性，8.0%浓度产品在涂抹性与结构稳定性方面表现优异。摩擦学参数与感官属性的关联性为低脂食品设计提供了新思路。未来需针对风味释放特性进行配方优化，以进一步提升产品接受度。