超声改性椰子蛋白水凝胶 - 葵花籽油油凝胶大凝胶：水凝胶 / 油凝胶比例对理化性质和冻融稳定性的影响

《Food Hydrocolloids》：Ultrasonically Modified Coconut Protein Hydrogel-Sunflower Seed Oil Oleogel Bigels: Effects of Hydrogel/Oleogel Ratios on Physicochemical Properties and Freeze-thaw Stability

　　### 摘要要点- 超声波处理使CPI展开，形成稳定的双键网络结构。- H1O3硬度提高77.73%，持水性提高98.13%。- H1O3表现出协同的模量和熔点峰值，未形成新的化学键。- 经历三次冻融循环后，H1O3保留了50%的硬度。---### 引言随着人们对健康饮食日益重视以及素食主义者的增多，植物基蛋白产业持续发展。椰子蛋白是热带特色植物蛋白之一，具有风味好、致敏性低且氨基酸组成与人体需求高度匹配等优点。它富含精氨酸、丙氨酸和半胱氨酸（Lin, Wang, Ji, & Le, 2020），同时含有丰富的维生素（包括维生素B?和B?）以及多种矿物质。研究表明，这些营养素具有显著的抗炎、抗氧化、降血脂和降血糖作用（Y. Chen 等, 2024）。然而，椰子蛋白天然仅含少量球蛋白——即凝胶形成所必需的关键蛋白，导致其凝胶能力较差。椰子蛋白因球蛋白含量低，凝胶强度弱、保水性差且易发生严重脱水收缩。相比之下，大豆蛋白和豌豆蛋白球蛋白含量可达30%–50%，在较低浓度（8%–10%）下即可形成强韧凝胶，因此成为商业植物基产品的首选。这一性能差距清楚地表明，对椰子蛋白进行改性以拓展其食品应用范围的必要性（Bu, Wu, Zhu, & Wei, 2022; Y. Chen 等, 2024）。因此，如何改性椰子蛋白以增强其凝胶性能并拓宽应用范围，仍是一项关键挑战。凝胶可根据所用溶剂类型大致分为水凝胶和油凝胶两大类（Shakeel 等, 2019）。蛋白类水凝胶虽然具有良好的生物相容性和高含水率，但存在固有缺陷，包括机械强度低、对外界变形抗力差以及在冷冻储存过程中易受冰晶破坏，严重损害其结构完整性，限制了其在冷冻食品中的直接应用。另一方面，油凝胶由蜂蜡（BW）或米糠蜡等胶凝剂在液态油中自组装形成，可构建包裹油脂的三维网络（Cerqueira, Valoppi, & Pal, 2022），但存在热稳定性差、加工温度窗口窄以及蜡状口感等问题，影响了消费者接受度（Manzoor, Masoodi, Naqash, & Rashid, 2022）。初步实验发现，作为一种绿色高效的改性方法，超声波处理可有效改善椰子蛋白的凝胶性能。具体而言，超声波处理可使蛋白结构展开，暴露其内部疏水基团与功能基团；加热时，展开的蛋白通过增大表面积形成更加致密、均匀且紧实的凝胶网络（Tian 等, 2026）。然而，仅靠超声波调控蛋白聚集来增强凝胶性能的效果有限。此外，蛋白水凝胶本身凝胶强度低、含水量高，在低温下易受冰晶破坏。而油基凝胶虽质地柔软，却热稳定性差。双凝胶（bigel）是将水凝胶与油凝胶按预定比例受控混合而成，并在固定剪切速率下持续搅拌以实现完全均质化（K. Liu 等, 2021）。双凝胶由水凝胶与油凝胶网络的融合形成独特的三维网络结构，兼具两者的双重优势。与单一水凝胶或油凝胶相比，双凝胶保水性更高、温度稳定性更优。Y. Yang 等（2024）的研究表明，双凝胶具有更优的冻融稳定性和流变性能。双凝胶既能锁住水分又能稳定油脂，兼具亲水性和亲油性，在营养方面同时具有蛋白和脂肪的营养价值（C. Li 等, 2024）。双凝胶研究在化妆品、医药和食品行业产生了重要影响（Srivastava & Singh, 2025）。双凝胶表现出与固态脂肪相似的特性，可作为食品中饱和脂肪和反式脂肪的更健康替代品，符合当前消费者追求营养与可持续性的趋势。Barragán-Martínez 等（2022）以双凝胶替代商业起酥油，降低了曲奇饼干的脂肪含量。Perera 等（2026）利用所开发的蜂蜡-瓜尔胶和蜂蜡-大豆分离蛋白双凝胶，制作了质地改善、外观更佳的吞咽障碍友好型食品。Ham 等（2025）通过探索油凝胶与水凝胶的不同比例，发现双凝胶表现出类似猪油的弹性，表明其具有作为脂肪替代品的潜力。尽管双凝胶应用前景广阔，但其在冷冻食品中的工业化实施仍受多个关键瓶颈制约，包括反复冻融过程中冰晶重结晶导致的相分离和质地劣化，以及缺乏可扩展且经济的生产工艺。这些挑战严重削弱了脂肪酸类脂肪替代品在冷冻面团、植物基肉制品和冷冻甜点等冷冻食品中的商业可行性。因此，目前研究缺乏对椰子蛋白基双凝胶体系中水凝胶与油凝胶精确比例如何调控其微观结构和宏观性能（如机械强度、保水性和冻融稳定性）的系统认识，相关机理也尚未深入探讨。本研究通过热诱导超声法制备椰子蛋白水凝胶，并以不同比例与以蜂蜡（BW）为胶凝剂的油凝胶复合，构建了双凝胶体系。主要研究重点是考察不同水凝胶与油凝胶比例对双凝胶性能的影响，并系统评估其在冻融循环中的稳定性变化。通过测定凝胶的质构、流变性、差示扫描量热法（DSC）以及冻融稳定性，结合持水性（WHC）、持油性（OHC）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）分析，对双凝胶的宏观性能和微观结构进行了综合评价。本研究填补了椰子蛋白基双凝胶的研究空白，建立了耐冻植物基脂肪替代品的合理比例设计策略，不仅阐明了水凝胶与油凝胶比例对双凝胶质地和性能的影响规律，也为开发新型椰子蛋白基凝胶产品提供了新方法和新思路，具有在高附加值冷冻食品材料中的应用潜力，有助于推动椰子蛋白产业的发展。---### 各章节摘要#### 材料冷冻椰奶购自海口熊猫乳业有限公司。葵花籽油购自黑龙江北大荒集团有限公司。蜂蜡（BW）、磷酸氢二钠（99%）和磷酸二氢钠（99%）等试剂均购自上海麦克林生化科技有限公司。#### 椰子蛋白分离物（CPI）的制备椰子蛋白分离物（CPI）的提取方法见 Z. Yang 等（2025）。将解冻后的椰奶……---#### 倒置测试观察图1A和1B，样品在倒置后未见重力下的流动现象。H3O1和H2O1表现出明显的分层结构，表明二者均未形成双元凝胶。这可能是因为，在水凝胶比例较高时，蛋白水凝胶作为连续相，油凝胶以分散相存在于其中；水凝胶与油凝胶之间的结合并不完全，无法使水凝胶完全包裹油凝胶。在重力作用下，油脂……---#### 结论本研究系统考察了不同比例下椰子蛋白水凝胶（HG）与葵花籽油油凝胶（OG）组成的双凝胶。通过质构剖面分析（TPA）、流变学、低场核磁共振（LF-NMR）、X射线衍射（XRD）、差示扫描量热法（DSC）以及冻融循环测试，结果表明该复合聚合物凝胶的熔点高于纯OG，质地优于纯HG，且具有更好的保水性和稳定性。具体而言，H?O?配方使HG硬度提高了77.73%；经三次冻融循环后……---#### CRediT作者贡献声明**蒋连州（Lianzhou Jiang）**：监督指导、经费获取。**天天（Tian Tian）**：撰写（审阅与编辑）、经费获取。**黄兆贤（Zhaoxian Huang）**：方法学、概念构思。**张学清（Xueqing Zhang）**：软件、调查研究。**李思宇（Shiyu Li）**：资源、数据整理。**何向建（Xiangjian He）**：资源、数据整理。**高艺婷（Yiting Gao）**：可视化、方法学。**李毛霞（Maoxia Li）**：调查研究。**宋媛媛（Yuanyang Song）**：软件、调查研究。**田米（Mi Tian）**：撰写（原稿）、调查研究。---#### 未引用参考文献Hu 等, 2025；Jiang 等, 2022；Li 等, 2025；Wang 等, 2024。---#### 利益冲突声明作者声明不存在利益冲突。---#### 致谢本研究受到国家自然科学基金（32402143）、海南大学科研启动基金（编号：XJ2300006211）、海南省国际科技合作专项（编号：GHYF2023006、GHYF2026029）、海南省自然科学基金（编号：325QN236）、定安科技项目（编号：202411005）以及海南大学协同创新中心项目（编号：XTCX2022NYC20）的资助。---**作者名单：**田米 | 李毛霞 | 宋媛媛 | 张学清 | 李思宇 | 何向建 | 高艺婷 | 蒋连州 | 天天 | 黄兆贤