《Food Hydrocolloids》：Tuning the network structure and performance of pea protein–polysaccharide composite emulsion gels as bulk solid fat mimetics: Impact of biopolymer ratio
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摘要随着人们对低脂及植物基肉制品需求的增加，对高效脂肪替代品的需求也随之上升。然而，现有的替代品在质地和加工性能方面往往与动物脂肪存在较大差异，因此有必要开发具有更好机械性能和功能特性的替代品。本研究将豌豆蛋白分离物、魔芋葡甘露聚糖以及黄原胶结合在一起，制成复合乳液凝胶，以探究魔
摘要
随着人们对低脂及植物基肉制品需求的增加，对高效脂肪替代品的需求也随之上升。然而，现有的替代品在质地和加工性能方面往往与动物脂肪存在较大差异，因此有必要开发具有更好机械性能和功能特性的替代品。本研究将豌豆蛋白分离物、魔芋葡甘露聚糖以及黄原胶结合在一起，制成复合乳液凝胶，以探究魔芋葡甘露聚糖与黄原胶的比例如何影响网络结构及脂肪模拟效果。通过两步均质化工艺，将油滴包裹在豌豆蛋白-多糖矩阵中。研究人员测试了魔芋葡甘露聚糖与黄原胶质量比为2:8、4:6、5:5、6:4和8:2的复合乳液凝胶的外观、质地、微观结构、流变特性、热响应以及保水能力。结果显示，当按6:4的比例依次添加这两种成分时，所制得的凝胶综合性能最佳，硬度最高可达448克，储能模量为569.9帕斯卡，保水率为98.70%，同时其水分移动性较低，耐热性也更强。共聚焦显微镜和电子显微镜观察显示，该配方下的油滴分布较为均匀，网络结构连续。这些结果表明，适宜的魔芋葡甘露聚糖与黄原胶比例可通过两种成分的互补作用，促进蛋白质与多糖形成一体化网络；而过量使用其中一种成分则会破坏网络结构，降低凝胶的凝聚力。因此，豌豆蛋白-魔芋葡甘露聚糖-黄原胶复合乳液凝胶为开发用于低脂肉制品及植物基食品的结构性脂肪替代品提供了可调控的植物基平台。
引言
随着肥胖症和心血管疾病发病率的上升，人们对低脂、低热量食品的需求不断增长（Wang等人，2024）。因此，脂肪替代剂已成为降低脂肪含量同时保持理想质地和感官品质的重要配方工具（Syan等人，2024）。在各类脂肪替代策略中，乳液凝胶因兼具乳液的界面稳定性和凝胶的网络结构，而被视为理想的固体脂肪替代品。在这种体系中，油滴不仅是分散的脂质微团，还能作为活性填充物，提升产品的机械强度、口感、保水能力以及加工稳定性（Zhang等人，2025）。除了技术性能之外，开发植物基脂肪替代品还受到环境可持续性、清洁标签趋势以及人们对更低饱和脂肪含量健康食品需求的推动。这些因素促使人们寻求能够替代动物脂肪、同时保持良好加工性能和感官特性的天然食品原料。
用乳液凝胶替代动物脂肪，尤其是以植物蛋白为基础的乳液凝胶，也符合消费者对更健康、植物基食品的偏好。先前的研究已表明，大豆蛋白和玉米醇溶蛋白等植物蛋白可用于制备乳液凝胶型脂肪替代品（Choi等人，2023；Li等人，2022）。例如，基于大豆蛋白的乳液凝胶被证明具有与猪背脂相当的质地，能够提升低脂肉制品的品质（Cui等人，2022；Lin、Kelly和Song，2020；Qin等人，2024）。尽管大豆蛋白具有出色的乳化和凝胶形成能力，但其过敏原性、特有的豆腥味，以及日益增长的多样化植物蛋白需求，都为其他替代植物蛋白带来了发展机遇（Zhang等人，2024）。不过，目前多数已报道的植物蛋白基乳液凝胶更适合用于软质或可涂抹型脂肪替代品，而非块状动物脂肪替代品。与可涂抹型脂肪替代品不同，块状固体脂肪替代品需要同时具备硬度、弹性、凝聚力、形状保持性、保水能力，以及抗热变形和抗机械变形的能力。因此，关键挑战并非仅仅制备出植物基凝胶，而是构建一个协调的复合网络，使油滴排列、界面稳定、连续相凝胶化以及水分固定等功能得以有效整合（Abdullah等人，2022；Carvalho等人，2025；Tatry等人，2022）。
豌豆蛋白分离物源自环境足迹较低的豆科植物，因其良好的营养价值、可持续性以及出色的乳化能力，被视为用于构建固体脂肪替代品的优质植物蛋白替代品。然而，单独使用豌豆蛋白分离物制成的乳液凝胶往往机械强度较低，保水能力差，微观结构也不连续，这限制了其直接作为块状脂肪替代品的应用（Aryanti等人，2025；Saget等人，2021；Wang等人，2023）。引入多糖是克服这些局限的有效方法。在蛋白质-多糖体系中，通过静电相互作用、氢键作用、疏水相互作用、热力学不相容性、链缠结、耗竭效应以及耦合凝胶化作用，可以调控凝胶的结构和功能。因此，多糖的种类和比例对于调控基于豌豆蛋白分离物的乳液凝胶中的蛋白质聚集、油滴排列、连续网络形成以及保水能力至关重要。
魔芋葡甘露聚糖和黄原胶是两种应用广泛的食品水溶性胶体，它们具有互补的结构和功能特性。魔芋葡甘露聚糖是一种非离子型水溶性多糖，来自魔芋块茎，以其能提升凝胶的硬度、咀嚼感和保水能力而闻名（Sun等人，2023）。黄原胶则是一种阴离子型胞外多糖，即使在低浓度下也能形成高粘度溶液，且在多种加工条件下都具有较好的稳定性（Wang和Cordelia，2022；Zhang等人，2020）。更重要的是，魔芋葡甘露聚糖和黄原胶之间存在协同作用，相对刚性的黄原胶链能够促进柔性魔芋葡甘露聚糖链的有序排列，从而增强网络结构（Yang等人，2019）。这种协同作用为在基于豌豆蛋白分离物的乳液凝胶中构建更为连续且具有弹性的水溶性胶体网络提供了可能。
不过，魔芋葡甘露聚糖与黄原胶的比例对基于豌豆蛋白分离物的乳液凝胶形成的影响目前尚未被充分理解。虽然魔芋葡甘露聚糖可以提供结构支撑和保水能力，但用量不足则无法形成坚固的凝胶框架；而黄原胶用量过多则可能增加体系粘度，造成空间位阻，干扰蛋白质与多糖的结合，进而导致结构不均匀或相分离。因此，魔芋葡甘露聚糖与黄原胶的比例很可能在调控油滴、蛋白质聚集体以及多糖链的空间分布方面起着决定性作用。明确这一比例如何影响网络连续性、水分固定以及流变特性，对于将性能较差的豌豆蛋白分离物基乳液凝胶转化为具有凝聚力的块状固体脂肪替代品至关重要。
本研究通过两步均质化工艺制备了豌豆蛋白分离物-魔芋葡甘露聚糖-黄原胶复合乳液凝胶，以此调控油滴、蛋白质聚集体以及多糖链的分布。研究人员通过检测凝胶的外观、质地、微观结构、保水能力、热行为、线性和非线性流变特性以及水分移动性，系统研究了魔芋葡甘露聚糖与黄原胶比例对凝胶形成的影响。本研究旨在阐明多糖比例如何调控蛋白质与多糖的结合、油滴排列、连续网络形成以及水分固定，从而建立结构-质地-功能之间的关系，为设计可作为块状固体脂肪替代品的植物基乳液凝胶提供依据。
章节节选
材料
豌豆蛋白分离物（蛋白质含量为85%，重量百分比）购自中国山东省烟台市东方蛋白科技有限公司。魔芋葡甘露聚糖（纯度为80%，重量百分比）来自中国湖北省湖北强森魔芋科技有限公司。黄原胶则购自中国内蒙古自治区鄂尔多斯市中远生化有限公司。商业用玉米油购自中国山东省汕汕东旺食品有限公司。尼罗蓝和尼罗红则购自
外观形态
图1展示了采用不同配方制备的基于豌豆蛋白分离物的复合乳液凝胶的宏观外观。仅含有豌豆蛋白分离物的凝胶呈现扁平且部分塌陷的形态，说明仅靠豌豆蛋白无法形成连续的、具有承载能力的网络。加入一种多糖后，凝胶的完整性有所提升：含豌豆蛋白分离物与一种多糖的凝胶仍保持一定形状，但容易变形；而含两种多糖的凝胶则显得较为粘稠且结构不规则，这说明
结论
本研究通过调控魔芋葡甘露聚糖与黄原胶的比例，制备出了具有作为固体脂肪替代品潜力的植物基乳液凝胶系统。研究结果表明，多糖比例对凝胶的宏观完整性、质地、微观结构、流变特性、保水能力以及水分移动性起着决定性作用。在所有配方中，魔芋葡甘露聚糖与黄原胶比例为6:4的配方表现出最佳的综合性能，其
作者贡献说明
徐兴峰：实验验证、方法学研究、正式分析。David Julian McClements：文章撰写与修订、概念构思。王强：文章撰写与修订、方法学研究。孙庆杰：项目管理、资金筹集。朱万树：文章撰写与修订、方法学研究。戴磊：文章撰写与修订、项目管理、资金筹集、概念构思。周雪婷：初稿撰写、数据可视化、方法学研究、实验分析、数据整理
未引用参考文献
Chen等人，2023；Geng等人，2023；Kogan和Gottlieb，2025；Liu等人，2025；Tatry等人，2020；Wang等人，2023；Zhang等人，2024。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究成果的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究部分工作得到了以下机构的支持：中国国家自然科学基金（项目编号32402167、32372359）、山东省自然科学基金（项目编号ZR2024MC005），以及泰山学者青年专家计划（项目编号NO.tsqn202507229）。
Xueting Zhou|Yifan Wang|Chi Zhang|David Julian McClements|Xingfeng Xu|Qiang Wang|Wanshu Zhu|Qingjie Sun|Lei Dai
中国山东省青岛市青岛农业大学食品科学与工程学院，邮编266109
