乳清蛋白颗粒基油凝胶的线性与非线性流变特性研究:其在具有特定质地与消化特性的蛋白棒中的应用

《Food Bioscience》:Linear and nonlinear rheological characterization of whey protein particle-based oleogels: Application in protein bars with tailored textural and digestive properties

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月16日 来源:Food Bioscience 6.2

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  摘要基于蛋白质的油凝胶为液态油的结构化处理以及作为复杂食品中的减脂成分提供了有效策略。本研究使用乳清蛋白分离物和水凝胶/微凝胶颗粒,将中长链甘油三酯油转化为油凝胶,并将其作为蛋白质棒中的脂肪替代品进行评估。由蛋白质颗粒制成的油凝胶具有更高的持油能力,其持油率在99.72%至99.

  

摘要

基于蛋白质的油凝胶为液态油的结构化处理以及作为复杂食品中的减脂成分提供了有效策略。本研究使用乳清蛋白分离物和水凝胶/微凝胶颗粒,将中长链甘油三酯油转化为油凝胶,并将其作为蛋白质棒中的脂肪替代品进行评估。由蛋白质颗粒制成的油凝胶具有更高的持油能力,其持油率在99.72%至99.97%之间,而乳清蛋白分离物的持油率为89.29%。通过小幅度和大幅度振荡剪切流变学测试发现,基于颗粒的油凝胶具有更稳定的网络结构以及更高的粘弹性。当这些油凝胶被用作中长链甘油三酯油的替代品添加到蛋白质棒中时,这类配方制品的柔软度和回弹性都有所提升。此外,基于WPHP/WPMP的油凝胶在体外消化过程中的游离脂肪酸释放量较低,分别为40.06%和45.68%,而基于乳清蛋白分离物的油凝胶释放量为53.14%,普通蛋白质棒则为61.26%。这些研究结果表明,基于乳清蛋白颗粒的油凝胶能够赋予蛋白质棒更好的质地和消化特性。

引言

蛋白质棒作为一种便捷的营养补充品,在运动食品和健康食品领域占据了重要地位,它富含蛋白质且能带来饱腹感(Clifton, 2006)。蛋白质棒的配方通常包含蛋白质、碳水化合物和脂类,其中脂类不仅能为人体提供能量,还会显著影响产品的质地、口感以及风味释放(Szyd?owska等,2022)。由于独特的新陈代谢特性,中长链甘油三酯油被广泛用于蛋白质棒及其他运动营养产品中,它能快速为人体提供能量,同时相比传统的长链甘油三酯,更能减少脂肪堆积(Cheng等,2024)。然而,这种油在常温下仍为液态,给蛋白质棒的生产和储存带来了很大挑战(Kataoka, Uehara & Matsumiya, 2025)。液态油的特性常常导致产品质地变软、油脂迁移以及口感油腻,这就限制了它在需要结构稳定性的固体或半固体食品中的应用。
为了解决液态油的这些问题,油结构化技术应运而生,成为一种很有前景的解决方案。通过将液态油固定在三维凝胶网络中,就可以制造出具有类似固体特性的油凝胶,同时还能保留液态油的营养价值(Marangoni & Garti, 2018)。目前用于食品领域的油凝胶形成剂主要是晶体颗粒(如蜡)和聚合物链(如乙基纤维素)(Martins, Vicente, Cunha & Cerqueira, 2018)。近年来,基于蛋白质的油凝胶因其更优的营养价值以及可调控的功能特性而受到了广泛关注(Pu?ca?, Mure?an, Socaciu & Muste, 2020)。油凝胶可以作为有效的脂肪替代品,帮助降低产品中的油脂含量,同时不影响产品的质量(Zongo, Gao, Nie, Lu, Lorenzo, Yu & Meng, 2026)。不过,目前用于制备基于蛋白质的油凝胶的传统方法,比如溶剂交换法、乳液模板法和球磨法,往往存在工艺复杂、需要使用有机溶剂或能耗过高的问题(de Vries, Wesseling, van der Linden & Scholten, 2017; Romoscanu & Mezzenga, 2006; Wang, Chen等,2024)。这些缺陷与当前食品行业追求清洁标签和可持续生产方式的趋势相悖。因此,迫切需要开发一种简单、直接且环保的方法,利用蛋白质来结构化中长链甘油三酯油,从而提升其在蛋白质棒等产品中的应用前景。
干燥模板法为基于蛋白质的油凝胶制备提供了一种颇具吸引力的替代方案。该方法是通过制备多孔蛋白质颗粒,利用毛细力将液态油固定在这些颗粒中,仅需简单的一步混合即可形成油凝胶,无需复杂的设备或有机溶剂,完全符合清洁标签的理念(Sarkar, Kanti, Gulotta, Murray & Zhang, 2017)。最近的研究表明,通过调节pH值和进行热处理,可以从蛋白质悬浮液中制备出具有不同结构和功能特性的乳清蛋白颗粒(Ciuffarin等,2024;Zhou等,2025)。这类经过改造的蛋白质颗粒具有高孔隙率和强持油能力,被视为极具潜力的油凝胶形成剂(Betz, García-González, Subrahmanyam, Smirnova & Kulozik, 2012)。由此制成的油凝胶已被广泛应用于各类食品中作为脂肪替代品,包括巧克力、乳化香肠、食用墨水以及人造黄油(Ghorghi等,2023;Miao等,2024;Wang, Chen等,2024;L.-Y. Zhang等,2024)。蛋白质颗粒的特性决定了结构化油凝胶的流变行为,进而对所应用食品的质地、口腔润滑度以及消化性能产生重要影响(Ghorghi等,2023;Miao等,2024;Sabet等,2024;Wang, Li等,2024)。然而,目前关于利用乳清蛋白颗粒结构化中长链甘油三酯油的研究还比较少,对其在蛋白质棒配方中的性能评估也相对不足。
因此,本研究旨在系统探究利用经过改造的乳清蛋白颗粒将中长链甘油三酯油结构化为油凝胶的可行性,并评估其在蛋白质棒配方中作为脂肪替代品的适用性。我们全面分析了所制油凝胶的宏观和微观结构、持油能力以及线性和非线性流变特性。随后,我们将这些油凝胶加入蛋白质棒中,系统研究了它们在口腔咀嚼过程中的对产品质地和摩擦学特性的影响,以及体外消化过程中的脂肪分解动力学。本研究旨在阐明油凝胶的流变特性如何决定其在食品配方中的功能表现。

章节节选

材料

本研究中所使用的材料均为商业级的食品级原料,包括中国上海益海嘉里公司的中长链甘油三酯油、丹麦维比的Arla Foods公司生产的乳清蛋白分离物、中国襄阳康明糖业的葡萄糖浆、中国商丘根纤维生物工程有限公司提供的燕麦麸,以及中国滨州西王糖业的麦芽糊精。所有分析用化学试剂均来自中国上海的国药集团,按其说明书直接使用。

乳清蛋白颗粒的制备

乳清蛋白水凝胶颗粒的制备方法是按照相关文献中的步骤进行的

乳清蛋白颗粒的分析特性

乳清蛋白颗粒的基本分析特性,如体积密度、孔隙率、表面疏水性以及颗粒大小,已在我们的先前研究中得到测定(Zhou等,2025)。在本研究中,我们进一步评估了当这些颗粒与中长链甘油三酯油结合后其持油能力,相关结果汇总在表S2中。与普通的乳清蛋白分离物相比,经过处理的乳清蛋白颗粒具有高度多孔的结构

结论

本研究表明,乳清蛋白颗粒可作为油凝胶形成剂,用于结构化中长链甘油三酯油,使其能够应用于蛋白质棒中。基于蛋白质颗粒的油凝胶比基于乳清蛋白分离物的油凝胶具有更强的持油能力,这体现了它们在将液态油固定在多孔蛋白质颗粒网络中的高效性。除了能够捕获油脂外,这些颗粒所提供的结构稳定性还决定了最终油凝胶的机械性能。

作者贡献说明

江汉云:软件应用、研究方法设计、实验研究、数据整理。 范晨:软件应用、研究方法设计、实验研究、数据整理。 周志通:文章润色与编辑、初稿撰写、研究方法设计、概念构思。 陈健:项目监督、项目管理。 刘晓:文章润色与编辑、资金筹集、概念构思。 吴晓辉:研究方法设计、实验研究。 徐颖:研究方法设计、实验研究。 何健:项目管理、研究方法设计

未引用参考文献

De Vries等,2017;Liu等,2025;Wang等,2024;Zhang等,2024。

利益冲突声明

所有作者均声明没有竞争性财务利益。
由于担任该期刊的主编,陈健教授并未参与本文的同行评审工作,也无法获取与同行评审相关的信息。本文的编辑工作完全由另一位期刊编辑负责。

致谢

本研究得到了国家乳品技术创新中心的支持(编号:2024-QNJJ-003)。
Zhitong Zhou|Chen Fan|Hanyun Jiang|Jian He|Ying Xu|Xiaohui Wu|Xiao Liu|Jian Chen
江南大学未来食品科学中心,中国无锡214122
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