基于乳杆菌稳定乳液模板的油凝胶制备：细菌表面特性在网络稳定机制中的作用

《Food Research International》：Oleogel fabrication from Lactobacillus-stabilized emulsion templates: The role of bacterial surface properties in network stabilization mechanisms

　　

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  Lactobacillus 细胞实现了乳化模板油凝胶的制备。
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  细菌疏水性是乳液和油凝胶稳定性的主要决定因素。
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  表面电荷调节细菌分布和油凝胶网络结构。
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  确定了两种不同的油凝胶形成稳定化途径。
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  细菌表面特性预测了所得油凝胶的稳定性。

引言

尽管固体脂肪因其质地、风味和香气而被广泛使用，但关于饱和脂肪和反式脂肪对人类健康的负面影响担忧日益引起关注 (Manzoor 等人，2022 年)。因此，研究人员致力于通过油凝胶化技术从不饱和油中构建可食用软固体，作为饱和脂肪的替代品 (Zhu 等人，2024 年)。油凝胶可以被视为被包裹在三维网络中的有机液体，这赋予了整个系统粘弹性半固体特性 (S. Li, Li, 等人，2023 年)，从而表现出类似于固体脂肪的特性 (例如，流变行为、粘弹性、稠度) (Z. Jiang & Bai, 2022 年)。油凝胶可通过各种方法制备，如溶剂交换 (S. Li, Song, 等人，2023 年)、乳化模板法和基于自组装脂质的油凝胶剂。其中，乳化模板法是油凝胶构建的主要策略，需要一个具有足够稳定性的乳液系统，以避免在去除连续相期间结构损失 (Champrasert 等人，2023 年)。因此，选择合适的乳化剂是该过程中的关键因素。

Pickering 乳化剂通过其疏水部位吸附到界面上，将未锚定的部分留在连续相中。这不仅降低了界面张力，还提供了显著的位阻以防止液滴聚结 (Kronberg 等人，2014 年)。对于具有适当润湿性和尺寸的固体颗粒，从界面脱附的能量比相同温度下的动能热能高出几个数量级 (Yang 等人，2024 年)。因此，颗粒在界面的吸附通常被认为是不可逆的，赋予长期稳定性。根据 Pickering 理论 (Huang & Kedie, 2025 年)，具有给定接触角的颗粒在界面的吸附能与颗粒半径的平方成正比 (Dickinson, 2017 年)。因此，如乳酸菌 (LAB) 等微米级颗粒可产生巨大的界面吸附能 (~10⁴–10⁶ k_BT)，远超具有相同接触角的纳米颗粒或小分子表面活性剂 (French 等人，2016 年)。因此，LAB 代表了用于乳化模板油凝胶制备的有前景的 Pickering 颗粒，因为它们稳定的乳液表现出增强的稳健性，有效抵抗颗粒脱附并最小化水相去除期间的油渗出。

LAB 的表面特性很大程度上依赖于其表面成分，包括肽聚糖、(脂)磷壁酸、多糖和多种表面蛋白。这种复杂的糖蛋白外壳不仅决定了细菌粘附、生物膜形成和与微生物的相互作用 (Alizadeh Behbahani 等人，2023 年；Rahmati-Joneidabad 等人，2024 年)，还控制着细胞润湿性、表面电荷和界面粘附行为 (Chapot-Chartier & Kulakauskas, 2014 年)，从而影响其作为潜在 Pickering 颗粒的表现。例如，富含疏水氨基酸的 S 层蛋白可以显著增加表面疏水性，被认为是 LAB Pickering 稳定能力的关键来源 (Nejadmansouri 等人，2023 年)。绝大多数 LAB 表现出相对较强的负表面电荷 (约 -44 至 -19 mV)，与细胞壁磷壁酸和多糖中的阴离子基团有关。现有研究已确认存在天然疏水的 乳杆菌 菌株，其中一些能自发形成具有小液滴尺寸和高稳定性的 O/W Pickering 乳液 (Muhammed 等人，2023 年)。此外，酰基 (如月桂酰氯) 或疏水蛋白 (如玉米醇溶蛋白) 的化学或酶接枝可显著增强疏水性，实现在 O/W 或 W/O/W 界面上密集的细菌覆盖并稳定 Pickering 或双重乳液 (Shekarforoush 等人，2022 年；X. Jiang 等人，2021 年)。即便如此，LAB 的表面特性、LAB 稳定乳液的稳定性和界面组织，以及它们在乳化模板油凝胶系统中的后续性能之间的关系仍了解甚少，限制了基于 LAB 的脂肪替代品和结构化脂质材料的理性设计。

因此，在本研究中，采用具有不同表面特性的天然 乳杆菌 细胞构建 Pickering 乳液，并进一步进行油凝胶制备。尽管先前已报道了 乳杆菌 稳定的 Pickering 乳液，但细菌表面特性、乳液模板稳定性与所得油凝胶的结构和功能特性之间的关系很大程度上尚未被探索。因此，本研究旨在系统调查细菌表面特性如何影响乳液稳定性和油凝胶形成，并为理性设计具有潜在后生元功能的基于细菌的油凝胶提供科学依据，用于脂肪替代品、涂抹产品和其他清洁标签结构化脂质系统。

章节片段

材料与化学品

氯化钠 (NaCl)、氯化钾 (KCl)、磷酸氢二钠 (Na₂HPO₄)、磷酸二氢钾 (KH₂PO₄)、异丙醇、异辛烷、甲醇、1-丁醇、硫氰酸铵溶液、氯化亚铁溶液，均购自国药集团化学试剂有限公司。MRS 肉汤购自北京兰桥科技有限公司。中链甘油三酯 (MCT) 购自上海源叶生物科技有限公司。壳聚糖 (脱乙酰度≥95%, 粘度

细菌细胞表面特性

这八株 乳杆菌 菌株均属于中国国家卫生健康委员会列出的 14 种获批食品物种，是从我们之前对 42 株菌株的表征中筛选出来的 (Yin 等人，2026 年)。它们表现出表面疏水性和电荷密度的不同组合，提供了代表性模型以研究它们对 Pickering 乳液稳定性和油凝胶形成的影响。在本研究中，油 - 水接触角和 ζ 电位在

结论

本研究证明了使用 乳杆菌 细胞作为天然 Pickering 稳定剂构建油凝胶的可行性，并建立了连接细菌表面特性、乳液模板稳定性和油凝胶性能的结构 - 功能关系。结果表明，细菌疏水性在促进界面吸附和稳定乳液模板及油凝胶形成方面起着关键作用，而表面电荷影响是否发生稳定化

CRediT 作者贡献声明

蒋小艺: 写作 – 初稿，资金获取，概念化。尹平: 方法论，调查，正式分析。王颖: 方法论，正式分析。丁健: 写作 – 回顾 & 编辑，验证。范风姣: 写作 – 回顾 & 编辑，可视化。方勇: 写作 – 回顾 & 编辑，监督。

资助来源

本工作得到了 国家自然科学基金 (32502279) 和 江苏省自然科学基金 (BK20250753) 的支持。

竞争利益声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本论文中报道的工作。

蒋小艺 | 尹平 | 王颖 | 丁健 | 范风姣 | 方勇