κ-卡拉胶改性明胶胶囊废料凝胶的工艺功能机制与流变特性及其在未来功能性食品中的应用

本研究针对明胶胶囊生产过程中产生的大量废弃物难以直接利用的问题，通过κ-卡拉胶（KC）改性明胶胶囊废料（GCW）凝胶，系统探究了不同替代比例（0-50% w/w）对凝胶技术功能特性、流变性能及微观结构的影响。结果表明，KC的加入显著提升凝胶强度（最高达676 g）、热稳定性（熔解温度>60°C）并形成致密网络结构，为开发可持续功能性食品材料提供了新思路。

　　

随着全球明胶市场规模预计在2030年达到131.4亿美元，胶囊制造业每年产生大量废弃物（如泰国某企业月产1吨）。这些含增塑剂的废料因功能特性改变难以直接回收，既增加处置成本又违背联合国可持续发展目标（SDGs）。与此同时，食品工业对环保型水凝胶需求激增，尤其在软糖、3D打印食品和脂肪替代品领域。

泰国农业大学渔业产品系的研究团队在《Future Foods》发表研究，创新性地利用κ-卡拉胶（KC）改性明胶胶囊废料（GCW），通过SR-FTIR（同步辐射傅里叶变换红外光谱）、流变仪和扫描电镜等技术，系统评估了不同KC替代比例（10-50%）对凝胶特性的影响。研究发现KC通过静电相互作用（-OSO₃^--NH₃⁺）和氢键显著改善GCW凝胶性能，为废弃物高值化利用提供了科学依据。

关键技术方法包括：采用SR-FTIR分析分子相互作用，流变温度扫描测定凝胶/熔解温度（T_g/T_m），质构仪评估硬度/粘弹性，离心法测定脱水收缩率，以及30人感官小组进行9级喜好度评价。所有实验均采用完全随机设计，数据通过SPSS 23.0进行ANOVA分析。

5.1 近似组成

KC替代使碳水化合物含量从1.24%升至4.15%，蛋白质从5.95%降至1.39%，因KC本身为多糖。致密网络结构导致水分含量降低（96.08%→93.62%），与脱水收缩率降低（0.32%→0.09%）一致。

5.2 水活性

所有样品a_w维持在0.99-1.00，说明KC虽能通过羟基结合水分子，但对高水分凝胶影响有限。

5.3 颜色与稳定性

KC添加使亮度L*值从35.37降至27.67，因分子聚集导致光散射增强。50%C样品在40分钟室温稳定性测试中保持最佳形态。

5.6 质构特性

KC使硬度提升23倍（3.77N→86.26N），但降低弹性（弹簧性1.74→0.76）。50%C样品咀嚼度达9.03N·cm，符合硬凝胶特征。

5.8 流变行为

KC将凝胶温度从15.47°C提升至55°C，熔解温度>60°C，因硫酸基团与明胶氨基形成热稳定交联。G'值增长表明弹性主导行为增强。

5.10 微观结构

SEM显示KC使孔径缩小，20%C样品即形成均匀三维网络，印证流变学数据。

5.11 感官评价

尽管KC改善技术特性，但高比例（50%C）导致总体喜好度从8.55降至3.55（9分制），主要归因于脆性增加和透明度下降。

该研究证实KC可有效提升GCW凝胶的机械强度和热稳定性，最佳替代比例为30-40%。通过分子互作机制解析和微观结构调控，为食品工业废弃物资源化提供了新路径。虽然感官接受度有待优化，但该技术特别适用于对透明度要求不高的软糖类产品，符合循环经济发展理念。未来研究可探索复合多糖改性或酶法处理以平衡功能性与感官品质。