乳化剂类型对以乙基纤维素为结构剂的花生油油凝胶的影响

《LWT》：Influence of Emulsifier Type on Sunflower Oil Oleogels Structured with Ethylcellulose

乙基纤维素基oleogel的结构与功能特性受不同乳化剂显著影响。通过SAXS、FTIR和XRD分析发现，GMS和SBL形成高度有序的lamellar结构，使油结合能力（OBC）最高达55.25%，硬度提升超2倍，而Span20主要增强透明度。乳化剂通过范德华力调控EC自组装，形成稳定三维网络，为功能性食品设计提供新思路。

　　
近年来，脂质凝胶化技术（oleogelation）因其无需化学改性即可将液体油脂转化为半固态凝胶的特性，受到广泛关注。该技术通过非共价相互作用形成三维网络结构，在食品工业中展现出应用潜力。乙基纤维素（EC）因其优异的凝胶性能、低添加量（1-5%）和安全性，成为脂质凝胶化的理想载体。然而，单组分EC凝胶在机械强度、油保留能力和功能多样性方面存在局限，需通过添加辅助成分进行优化。乳化剂作为一类两亲性化合物，能够通过调节分子间作用力改变EC的成膜行为，从而提升凝胶性能。基于此，研究团队系统考察了六种常用乳化剂（GMS、SMO、SMS、SBL、GML、Span20）对EC基oleogel结构-功能关系的影响。

在制备工艺方面，采用4% EC与1%乳化剂的固定比例，通过高温熔融-快速冷却工艺制备oleogel。通过对比实验发现，乳化剂的分子结构特征直接影响凝胶的物理形态。例如，高纯度单甘脂（GMS）通过强化范德华力作用，形成致密片层结构，使凝胶硬度达到4.2 N（对照组ECO为2.1 N），油结合能力提升至55.25%，显著优于其他乳化剂体系。这种性能差异源于乳化剂分子极性的不同：GMS作为短链饱和单甘脂，其疏水基团与EC的结晶区域结合更紧密，形成稳定的三维网络；而大豆磷脂（SBL）则通过其亲水头部与EC链段间的协同作用，促进更均匀的片层排列。

微观结构分析揭示了乳化剂对晶体形态的调控机制。透射电镜显示，EC-SBL体系形成了直径约200 nm的紧密球状结晶，而EC-GMS则呈现长纤维状结构（长度达50 μm）。这种差异与乳化剂的H LB值相关：低HLB值（GMS 3.1）倾向于形成反向胶束，增强疏水相互作用；高HLB值（SBL 4.5）则促进亲水-疏水协同作用。X射线衍射证实所有样品均保持β-结晶形式（d002=0.46 nm），说明乳化剂未改变EC的结晶本质，但通过影响结晶动力学，使片层间距（D值）发生显著变化。例如，EC-Span20的层间距（D=2.38 ?）较ECO（D=2.71 ?）缩小18%，表明乳化剂可能插入EC链段间隙，促进更紧密的分子堆积。

功能特性方面，流变学测试显示，添加GMS的样品具有最高的储能模量（G'）和屈服应力（1.5 MPa），这与其扫描电镜下观察到的均匀片层结构（厚度约5 nm）直接相关。油结合能力（OBC）测试表明，GMS和SBL体系能形成更致密的微孔结构（孔径<100 nm），有效截留油脂。特别值得注意的是，Span20虽未显著提升硬度，但其透明度（透光率92%）优于其他体系，这与其形成的短程有序片层结构有关，这种结构在食品加工中可避免氧化导致的颜色变化。

分子相互作用机制通过红外光谱进一步验证。在1377 cm?1处的C-H面外弯曲振动峰位移显示，GMS和SBL的添加增强了与EC的范德华作用。同时，1158 cm?1处的C-O-C伸缩振动峰右移，表明形成更强的醚键连接。但FTIR谱中未观察到氢键或离子键特征峰，证实主要作用力为非极性相互作用。

该研究还存在三个关键局限性：首先，实验仅使用单一油相（ sunflower oil），未考察不同脂肪酸组成（如椰子油高饱和度、菜籽油多不饱和）对乳化剂效能的影响；其次，乳化剂浓度固定为1%，未研究浓度梯度下的相变行为；第三，流变学分析仅采用硬度测试，未全面评估储能模量（G'）、损耗模量（G'')等关键参数。未来研究可拓展至多油相体系，结合原位X射线表征跟踪结晶动力学过程，并通过分子动力学模拟解析不同乳化剂与EC的构象适配机制。

在应用层面，该成果为功能食品开发提供了新思路。例如，EC-GMS体系的高硬度（接近奶酪的力学性能）使其适合作为涂抹类食品的基体，而EC-SBL的优异OBC（52.3%）适用于油脂稳定剂。特别值得关注的是Span20体系，其透明度（透光率92%）和稳定性（离心后仅释放12%油脂）展现出在透明质构食品（如低脂乳制品）中的潜力。研究团队建议后续工作可结合微流控技术制备多尺度孔洞结构，进一步提升阻氧性和营养保留能力。

总之，该研究系统揭示了乳化剂分子特性与EC基oleogel性能之间的构效关系，证实短链单甘脂和磷脂类物质能有效增强凝胶的机械强度和油保留能力。这些发现为开发新型功能性油脂凝胶提供了重要理论依据，对改善食品的质构、稳定性和货架期具有重要指导意义。