蜂蜡含量调控双凝胶特性在3D食品打印、虾青素递送与新鲜度传感中的多效应用研究

本研究针对双凝胶(bigel)在食品工业应用中稳定性与功能调控的瓶颈问题，开发了以蜂蜡(BW)为油相凝胶剂的玉米油基双凝胶系统。通过系统调控BW浓度(0-8%)，发现6% BW双凝胶具有最优的热/离子/pH稳定性，可实现60天储存无相分离，并展现12次冻融循环耐受性。该体系同时具备三重功能：作为3D打印墨水呈现优异挤出性，作为虾青素递送载体使包封率提升至90.73±0.77%，还能作为智能传感器监测食品新鲜度。这项发表于《Food Hydrocolloids》的研究为多功能食品材料开发提供了新范式。

　　

在食品工业创新浪潮中，兼具结构可调性与功能多样性的双凝胶(bigel)材料正引发广泛关注。这种由水凝胶(hydrogel)和油凝胶(oleogel)组成的双相体系，既能承载亲水性成分又可包裹疏水性物质，被誉为"食品界的万能载体"。然而现有双凝胶面临两大技术瓶颈：一是环境稳定性不足，易受温度、pH值波动影响出现相分离；二是功能单一化，难以同时满足3D打印、活性成分递送和智能传感等多元化需求。更棘手的是，这些性能指标往往相互制约——提高机械强度可能牺牲打印适性，增强稳定性又可能影响敏感成分释放效率。

为解决这一多维挑战，来自辽宁师范大学的研究团队创新性地选择蜂蜡(beeswax, BW)作为油相结构化剂，与明胶-果胶水凝胶构建新型双凝胶系统。蜂蜡这种天然蜡酯因其自乳化特性和结晶网络形成能力，在前期研究中已展现出卓越的油相稳定效果。研究团队通过精密调控BW浓度梯度(0%、2%、4%、6%、8%)，系统揭示了蜡含量对双凝胶多尺度性能的影响规律，相关成果发表在食品领域顶级期刊《Food Hydrocolloids》上。

研究采用低场核磁共振(LF-NMR)分析油相结晶网络，流变仪测定粘弹性模量，激光共聚焦显微镜(CLSM)观察相分布，并结合体外消化模型评估虾青素(astaxanthin)释放动力学。针对3D打印性能，开发了专门的挤出精度评估体系；在新鲜度传感方面，建立了对挥发性胺类的显色响应检测方法。

材料特性表征显示，BW浓度提升显著增强油相结晶度，T₂弛豫时间从0%组的1202ms降至8%组的856ms，证实三维网络结构强化。相应地，双凝胶储能模量(G')随BW含量增加而提升，6% BW样品在25-80°C温度扫描中保持结构稳定性，在pH2-10范围内也未出现相分离。

3D打印性能测试发现，4-6% BW双凝胶具有最佳挤出成型性，能精确复制复杂几何结构。这归因于BW形成的剪切稀化特性与结构恢复能力的平衡——在挤出剪切力作用下粘度瞬时降低，挤出后迅速恢复结构强度。

虾青素递送研究揭示包封率与BW含量呈正相关，8% BW组达到90.73±0.77%。体外消化实验显示，高BW含量延缓了胃部释放(6%组胃释放率仅21.5%)，但促进肠道靶向释放，6小时累计释放率达78.4%，符合控释递送要求。

新鲜度监测功能体现在对挥发性胺类的敏感性，6% BW双凝胶在25°C暴露于腐败鱼样品24小时后，因胺类渗透引发显色变化，色差ΔE达到肉眼可辨的12.3，响应速度快于商业新鲜度指示卡2小时。

这项研究的多项突破性发现为食品材料设计提供了新思路：首先，阐明BW结晶网络与双凝胶性能的构效关系，6% BW被确定为兼顾稳定性与功能性的黄金比例；其次，首次实现单一材料体系同时满足3D打印、活性成分递送和智能传感三重需求；更重要的是，开发出冻融稳定性达12次循环的耐用型双凝胶，解决了冷链食品储运中的材料失效难题。这些成果不仅推动食品增材制造技术进步，也为开发下一代智能包装材料奠定了理论基础。正如研究者指出，这种"一材多用"的设计理念，或将引领功能性食品材料开发的新范式。