明胶与κ-卡拉胶比例调控对食品级双凝胶性能的协同增效机制研究

本研究针对食品结构化脂质开发中的稳定性与质构调控难题，创新性地通过调节明胶(gelatin)与κ-卡拉胶(κ-carrageenan)比例，系统探究了双凝胶(bigels)的微观结构、冻融稳定性及流变特性。研究发现7:3配比下界面张力降低使油滴分散更均匀，静电相互作用形成致密网络，显著提升储能模量(G′)和冻融稳定性，为功能性食品开发提供了新策略。

　　

在追求健康饮食的当代社会，如何降低食品中饱和脂肪含量同时保持良好口感，成为食品科学领域的重大挑战。传统油脂替代品往往难以兼顾质构与稳定性，特别是冷冻食品反复冻融导致的品质劣变问题尤为突出。这一背景下，兼具水凝胶(hydrogel)和油凝胶(oleogel)优势的双凝胶(bigels)技术应运而生，但其性能调控机制仍有待深入探索。

武汉轻工大学的研究团队在《Food and Bioproducts Processing》发表的最新研究，创新性地以蜂蜡(beeswax)为油凝胶基质，通过精确调控明胶与κ-卡拉胶在水凝胶相中的比例（从3:7到7:3梯度变化），制备出系列食品级双凝胶。研究采用冷冻扫描电镜(Cryo-SEM)解析微观结构，通过动态流变仪测定储能模量(G′)和损耗模量(G″)，并结合差示扫描量热法(DSC)评估冻融稳定性，系统揭示了两种生物聚合物的协同作用机制。

微观结构特性
通过苏丹III染色证实所有双凝胶均呈现典型的水包油(O/W)结构。当明胶比例提升至7:3时，油滴平均直径从50μm降至10μm以下，界面张力降低促使形成更致密的三维网络。静电相互作用诱导的相分离行为形成"海-岛"结构，κ-卡拉胶的硫酸酯基团与明胶的氨基产生分子间交联。

冻融稳定性
经历5次-20°C/25°C循环后，7:3配比样品持水率保持92%，显著高于3:7配比(78%)。DSC数据显示该组别冰晶熔融焓(ΔH)降低35%，证实明胶的亲水链段与κ-卡拉胶的双螺旋结构协同抑制了冰晶生长。

流变学分析
频率扫描表明7:3配比在0.1-10Hz范围内呈现典型固体弹性行为(G′>G″)，其G′值达8500Pa，较基准组提高2.3倍。触变性测试显示结构恢复率超过90%，说明静电交联网络具有优异的自修复能力。

这项研究首次阐明了明胶与κ-卡拉胶比例对双凝胶多尺度结构的调控规律：明胶主导界面润湿性调控，而κ-卡拉胶负责构建刚性骨架，两者协同作用使7:3配比样品兼具机械强度与冻融稳定性。该发现为开发低脂冰淇淋、植物基奶酪等需要低温储存的食品提供了理论依据，其环境友好的配方设计也符合清洁标签趋势。特别值得注意的是，研究中建立的"组成-结构-功能"关系模型，可延伸应用于药物缓释载体和化妆品基质的设计开发。