乳清蛋白微凝胶-β-环糊精复合稳定高内相Pickering乳液凝胶的构建及其3D食品打印应用

【编辑推荐】本研究针对传统高内相乳液(HIPEs)依赖合成表面活性剂、稳定性差的问题，创新性地采用乳清蛋白分离物微凝胶(WPIM)与β-环糊精(βCD)复合稳定高内相Pickering乳液凝胶(HIPPEGs)。通过调控βCD浓度(0.5-4.5%)显著降低界面张力至9.8 mN/m，提升表观粘度至540 Pa·s，实现32天稳定储存，为清洁标签食品的3D打印提供了兼具机械强度与功能性的新型载体材料。

　　

论文解读

在追求健康饮食的时代浪潮中，食品工业正面临双重挑战：既要减少危害健康的反式脂肪酸使用，又要满足消费者对"清洁标签"天然成分的需求。传统高内相乳液(HIPEs)依赖5-50%合成表面活性剂维持稳定，不仅不符合现代食品规范，其结构脆弱性也限制了在3D打印等新兴技术中的应用。更棘手的是，现有天然稳定剂如乳清蛋白分离物(WPI)虽具良好乳化性，但单独使用时难以兼顾界面稳定性和流变学性能。

针对这一技术瓶颈，中国的研究团队创新性地将乳清蛋白分离物微凝胶(WPIM)与环状寡糖β-环糊精(βCD)复合，开发出新型高内相Pickering乳液凝胶(HIPPEGs)。这项发表于《Food Hydrocolloids》的研究显示，通过精确调控WPIM-βCD复合物的界面行为，成功构建出油相占比75%的稳定体系，其剪切稀变特性(250-540 Pa·s)和储能模量(G')提升使其完美适配3D打印的挤出-自支撑需求。更令人振奋的是，该材料在32天储存后仍保持结构完整，为解决功能性食品工业化生产中的稳定性难题提供了新思路。

研究采用热机械法制备WPIM，通过动态界面张力仪、激光粒度仪和流变仪等系统表征技术，结合显微观察验证结构稳定性。团队重点考察了βCD浓度(0.5-4.5%)和离子强度(20-300 mM NaCl)对体系的影响。

研究结果

1. 界面张力(IFT)分析：βCD浓度与界面活性呈正相关，4.5%βCD使界面张力从15.3降至9.8 mN/m，接触角从135.3°锐减至83.2°，证实复合物显著改善两相亲和性。
2. 粒径与电位特征：βCD和NaCl协同增大粒径(18.2→142 μm)，同时zeta电位负移(-18.6→-32.1 mV)，增强静电排斥防止聚结。
3. 流变学性能：所有样品呈现典型剪切稀变行为，βCD使表观粘度提升116%，G'提高3倍，赋予材料优异的挤出塑形能力。
4. 微观结构：激光共聚焦显示WPIM-βCD形成致密界面膜，油滴均匀包裹于三维网络，解释其长期抗聚结机制。

结论与意义
该研究首次阐明WPIM-βCD复合物通过多重稳定机制协同作用：βCD的疏水空腔包埋WPIM暴露的疏水基团，同时亲水外表面优化界面润湿性；而热致微凝胶化赋予WPIM刚性结构，共同构建"立体防御"体系。这种"分子-胶体"双尺度调控策略，不仅为HIPPEGs的工业化应用奠定基础，更开创了蛋白质-多糖协同稳定的新范式。其3D打印适配性尤为突出，有望推动个性化营养食品、药物缓释载体等领域的创新发展。研究团队特别指出，该体系全部采用GRAS(公认安全)原料，完全符合当前食品法规要求，具备立即投入生产的转化潜力。