双机械-化学协同改性κ-卡拉胶基质的增效机制：酯化效率与理化性能的协同提升

为解决κ-卡拉胶(KC)水合能力不足和冻融稳定性差的问题，研究人员创新性地采用机械活化联合戊二酸酐(GA)酯化的双重改性策略，显著提升酯化效率20.9%，通过SEM和LF-NMR证实该策略能有效维持凝胶网络结构，使乳液凝胶冻融脱水率显著降低，为功能性脂肪替代基质的开发提供新思路。

　　

在健康饮食需求激增的当下，食品工业亟需开发性能优异的天然成分替代合成添加剂。κ-卡拉胶(KC)作为红藻提取的硫酸化线性多糖，虽具有优异的增稠和凝胶特性，但其致命弱点——冻融过程中凝胶网络易崩塌、水分保持能力差，严重制约了在低温食品中的应用。传统化学改性存在反应效率低、取代度不足等问题，而单纯物理改性又难以持久改善功能特性。这一瓶颈促使科研人员开始探索物理-化学协同改性的创新路径。

福建农林大学的研究团队在《Food Hydrocolloids》发表的研究中，开创性地将机械球磨活化与戊二酸酐(GA)酯化相结合，开发出双重改性κ-卡拉胶(WMGC)。研究采用行星式球磨机进行机械活化预处理，通过FTIR和SEM证实表面羟基暴露效应；利用低场核磁共振(LF-NMR)实时监测冻融过程水分相态变化；结合zeta电位和接触角测试分析分子间作用力演变。这种多尺度分析技术组合，首次系统揭示了机械-化学协同改性的增效机制。

【Degree of substitution and FTIR characterization】部分显示，3小时机械活化使WMGC_3h取代度达0.081，较单一GA改性(GC)提升20.9%。红外光谱1735cm^-1处新出现的酯羰基峰，证实机械外力诱导的颗粒解离显著促进了GA分子扩散。

【Conclusions】部分阐明，机械活化产生的表面粗糙化效应使KC颗粒比表面积增加47.6%，接触角降低32°，这为后续酯化反应创造了有利条件。引入的GA疏水基团通过增强静电排斥和空间位阻效应，使凝胶持水力提升38.2%，冻融脱水率降低至单一改性的60%。

该研究的突破性在于：首次证实机械活化预处理能显著提升多糖酯化效率，通过LF-NMR技术直观展示双重改性对凝胶网络结构的保护作用，为开发耐冻融的植物基脂肪替代品提供了理论支撑。WMGC乳液凝胶在-18℃冻融5次后仍保持完整三相结构，这一性能使其在冰淇淋、冷冻甜点等食品工业中具有广阔应用前景。研究获得国家自然科学基金(22278173、32201941)和福建省自然科学基金(2021J01834等)支持，相关技术已申请发明专利。