魔芋葡甘聚糖基双重乳液替代棕榈油对功能性冰淇淋稳定性、质构及品质的影响

《Gels》：Effects of Konjac Glucomannan-Based Double Emulsions as Palm Oil Substitutes on the Stability, Texture, and Quality of Functional Ice Cream

　　

为开发低棕榈油功能性冰淇淋，该研究考察了以不同替代率（0–100%）用魔芋葡甘聚糖（KGM）基双重乳液（PDEs）替代棕榈油对冰淇淋理化性质、结构性能和感官品质的影响。以含原有棕榈油水平的常规全脂配方作为对照。结果表明，与全脂对照相比，提高棕榈油替代率增加了老化冰淇淋浆料的黏度和剪切稀化行为。微观结构分析显示脂肪球尺寸减小且气泡结构改变。膨胀率和持气量下降，而抗融性和硬度增加。表观DPPH自由基清除活性随替代率增加而升高，在100%替代率时达到94.16%，主要归因于包封的表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）和β-胡萝卜素。感官评价表明，50%替代配方的总体可接受性最接近全脂对照，而更高替代率降低了可接受性，这可能是因为EGCG的苦味。相关性分析证实膨胀率与融化速率之间、硬度与感官可接受性之间存在显著关系。综上，KGM基PDEs可用于替代功能性冰淇淋中的棕榈油，50%替代率在增强抗氧化活性的同时保持了感官可接受性。

冰淇淋是由脂肪球、冰晶和气泡组成的冷冻充气乳液食品，脂肪（如棕榈油）对其质构、口感、抗融性等品质属性有重要贡献，但冰淇淋通常含较高添加脂肪，过量摄入可能增加肥胖和心血管疾病风险，因此亟需开发低棕榈油功能性冰淇淋。现有冰淇淋脂肪替代物主要包括碳水化合物类、蛋白类、脂肪类和复合类；近年有研究将多相复合体系（乳液或乳液凝胶）用于替代脂肪，可在降脂的同时维持或改善冰淇淋品质，如Pickering乳液凝胶、豆渣膳食纤维等，但乳液/乳液凝胶作为新型复合脂肪替代物的研究仍有限。魔芋葡甘聚糖（KGM）是从魔芋块茎中提取的水溶性多糖，具有高持水性、增稠性和凝胶性，已被探索作为冷冻甜点中的膳食纤维类脂肪替代物，但在KGM基双重乳液（PDEs）中应用仍较少。因此，研究人员利用共包封表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）和β-胡萝卜素的KGM基PDEs替代棕榈油，考察不同替代率（0–100%）对冰淇淋融化行为、流变特性、结构特征、质构、抗氧化性、色泽和感官品质的影响，为低棕榈油功能性冰淇淋的可持续发展提供理论参考。

研究采用两步均质法制备水包油包水（W₁/O/W₂）型KGM基PDEs，将EGCG（8 mg/g）加入内水相，β-胡萝卜素（4 mg/g）加入油相，外水相含2.0%黄原胶/溶菌酶纳米颗粒（XG/Ly NPs）及不同浓度KGM。冰淇淋基础配方中棕榈油按0、25%、50%、75%、100%（w/w）被PDEs替代，所有其他成分和工艺条件保持不变；冰淇淋浆料经70 °C、30 min灭菌，均质后于4 °C老化12 h，凝冻搅拌30 min，再于?18 °C硬化48 h。评价方法包括：老化浆料流变学（流动/频率扫描以及?15 °C至25 °C振荡热流变（OTR））、膨胀率与持气量测定、共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）微观结构观察、融化实验（融化速率和首滴时间）、质构仪硬度测试、表观DPPH自由基清除活性测定、色差仪L*、a*、b*参数测定，以及由10名经培训的感官评价人员完成的感官评定。所有实验均进行三次重复，采用单因素方差分析（ANOVA）和Duncan多重比较检验（p < 0.05）进行显著性分析，并使用Pearson相关性分析评估各指标间关系。

2.1 棕榈油替代率对老化冰淇淋浆料流变特性的影响
在低剪切速率（0.1 s^?1）下，对照老化浆料剪切黏度为153.32 Pa·s；随着替代率升高，剪切黏度增大，100%替代时达312.9 Pa·s；所有样品均呈现剪切稀化。频率扫描显示所有样品的储能模量（G′）和损耗模量（G″）随频率增加而升高，且随替代率增加频率依赖性降低；损耗角正切（tanδ）均小于1，以对照最高。KGM的引入增强了交联网络，使样品更趋于弹性和类固体行为。

2.2 棕榈油替代率对冰淇淋膨胀率的影响
对照冰淇淋膨胀率最高（39.81%），100%替代时降至30.21%；持气量从28.47%降至23.2%。高替代率下过量KGM基PDEs使老化浆料黏度增大，阻碍凝冻时空气混入；同时脂肪球聚集程度降低，导致膨胀率和持气量下降。

2.3 棕榈油替代率对冰淇淋微观结构的影响
CLSM结果显示，脂肪球被尼罗红染成绿色，富蛋白的XG/Ly NPs区域被尼罗蓝A染成红色，空气泡为暗区。替代率增加后，气泡数量和尺寸减小；完全替代时，气泡表面几乎无可吸附的脂肪球。过量KGM基PDEs形成的致密凝胶网络，以及KGM、XG/Ly NPs与变性乳蛋白聚集体之间增强的相互作用，抑制了脂肪球聚集。

2.4 棕榈油替代率对冰淇淋融化特性的影响
静置融化40 min后，对照融化速率为82.19%，100%替代时显著降至58.26%；首滴时间从17.47 min延长至23.84 min。KGM和XG/Ly NPs作为稳定剂束缚水分子、抑制冰晶生长，并协同形成交联凝胶网络，增加了融化血清的流动阻力，从而增强抗融性。OTR显示所有样品初始G′ > 10⁴ Pa且tanδ < 1；温度扫描分为I（?15至?8 °C）、II（?8至约?2 °C）、III（约?2至25 °C）三个阶段；替代样品的tanδ始终低于对照，表明融化后仍具有更高弹性特征。

2.5 棕榈油替代率对冰淇淋硬度的影响
对照硬度为12 N；50%及以上替代率时硬度显著增加，100%替代时达22.49 N。低膨胀率、内部稳定规则气泡以及冻结点下更高的G′共同导致硬度增加。

2.6 棕榈油替代率对冰淇淋抗氧化能力的影响
对照样品也呈现一定表观DPPH自由基清除活性，该活性归因于奶粉中具有抗氧化活性的蛋白质。以包封EGCG和β-胡萝卜素的PDEs替代棕榈油后，清除活性显著提高；100%替代时达94.16%，这与EGCG和β-胡萝卜素的强抗氧化性一致。

2.7 棕榈油替代率对冰淇淋色差和感官特性的影响
随替代率增加，L*显著下降，a*由负转正且不断增大，b*和总色差（ΔE）升高，这主要因PDEs包封的天然色素β-胡萝卜素。感官评价中，香气、质构和风味得分随替代率升高而下降；脂肪含量降低导致乳香减弱，硬度增大及饱和脂肪减少影响质构，EGCG带来的苦味降低风味评分；但β-胡萝卜素引入改善了颜色评分。50%替代时总体可接受性与对照最接近，更高替代率因苦味过重导致可接受性明显下降。

2.8 相关性分析
Pearson相关分析表明，膨胀率与持气量高度正相关（p < 0.01），且二者均与融化速率正相关；膨胀率与硬度高度负相关，硬度与感官可接受性显著负相关；黄度b*与感官颜色吸引力和抗氧化能力高度正相关，这与包封β-胡萝卜素和EGCG的添加量增加有关。

综合讨论
KGM基PDEs替代棕榈油主要通过以下途径影响冰淇淋品质：KGM与XG/Ly NPs等亲水胶体协同形成交联凝胶网络，提高老化浆料黏度，从而降低凝冻时空气混入并减小膨胀率；该网络同时限制冰晶生长、抑制脂肪球聚集，使气泡更细小稳定，因此硬度和抗融性增加。包封的β-胡萝卜素赋予产品更黄的颜色并增强抗氧化能力；EGCG在提供抗氧化功能的同时，在高剂量下产生苦味，这是高替代率感官可接受性下降的主要原因。相关分析进一步确认了膨胀率、融化速率、硬度及感官可接受性之间的关联。

研究结论
研究人员利用KGM基PDEs替代棕榈油制备低棕榈油功能性冰淇淋，并考察替代率对物性、流变特性、微观结构、感官属性和抗氧化性质的影响。结果表明，替代棕榈油增加了老化冰淇淋浆料黏度，降低了最终产品的膨胀率和持气量，同时提高了抗融性和硬度。随着替代率增加，KGM参与形成凝胶网络，减少脂肪球聚集；同时引入更多EGCG和β-胡萝卜素，显著提高了冰淇淋黄度和抗氧化能力。50%替代率时整体感官品质最接近对照。总之，KGM基PDEs可有效替代棕榈油制备低棕榈油功能性冰淇淋；50%替代率可在降低脂肪含量的同时保持良好感官品质并增强抗氧化活性，为低棕榈油功能性冰淇淋的开发提供理论依据和技术参考。后续研究将考察KGM对冰淇淋pH的影响，模拟口腔温度和热环境，讨论25 °C与37 °C下融化行为的差异；未来研究还应包括匹配和不匹配PDE的低脂对照，以分离PDE系统的贡献并进一步阐明其潜在机制。