《Food Research International》：Zein-gelatin-based bicontinuous bigels co-regulated by aqueous phase microenvironment and dynamic oil-to-water ratio: From intermolecular interactions to structural and fat replacement properties
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•调节水相微环境可稳定双连续双凝胶。•双蛋白协同作用调节分子间力和网络粘弹性。•4:6 的玉米蛋白：明胶与 5:5 的油水比可产生最佳的机械和结构性能。•优化后的双凝胶在低脂巧克力酱中实现了 49.81% 的减脂效果。引言近年来，利用植物基原料和凝胶系统构建健康食品基质引起了
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调节水相微环境可稳定双连续双凝胶。
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双蛋白协同作用调节分子间力和网络粘弹性。
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4:6 的玉米蛋白：明胶与 5:5 的油水比可产生最佳的机械和结构性能。
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优化后的双凝胶在低脂巧克力酱中实现了 49.81% 的减脂效果。
引言
近年来，利用植物基原料和凝胶系统构建健康食品基质引起了广泛关注 (Mirmoeini et al., 2025)。这一策略为脂肪替代提供了理想的解决方案，以缓解因过量摄入饱和脂肪而引发的心血管疾病和肥胖等健康风险 (F. Chen et al., 2026)。然而，脱脂或用传统油凝胶替代往往导致质地崩塌，而改性淀粉和水胶体等替代品难以平衡天然脂肪的塑性和硬度 (Silva Santos et al., 2025; F. Wang et al., 2023)。因此，开发能够容纳水相和油相极性的双凝胶基质，以在不使用高表面活性剂负载量的情况下高效重塑天然固体脂肪的复杂质地，对于构建高性能低脂半固体食品尤为重要 (Kaimal & Singhal, 2023)。基于空间相分布，这些油凝胶和水凝胶的互穿系统通常分为三类：水包油 (O/W)、油包水 (W/O) 和双连续。其中，O/W 双凝胶由于分散油相容易发生奥斯瓦尔德熟化和液滴聚集，表现出较差的长期相稳定性；W/O 双凝胶由于油相占主导地位，存在水相网络连续性不足等问题 (Won et al., 2026)。相比之下，双连续双凝胶通过水相和油相的高度互穿结构，赋予了自身优异的抗聚结性能和双相持液能力。然而，两相的高界面自由能使此类系统在热力学上处于亚稳态，容易在储存和加工过程中发生相分离或结构崩塌 (X. Guan et al., 2024)。因此，克服其热力学亚稳态以实现双凝胶的结构稳定已成为当前高质量脂肪替代的核心挑战。
为了实现对双凝胶相结构的精确调节并克服双连续结构的热力学亚稳态，人们探索了各种策略。现有研究主要通过宏观调节油凝胶与水凝胶的体积比来诱导相变。例如，Sun 等人 (2025) 通过调节基于鱼油的油凝胶和基于明胶的水凝胶的体积分数，实现了双凝胶在 W/O、双连续和 O/W 结构之间的相变。Ramos-Souza 等人 (2025) 调节了向日葵油油凝胶和黄原胶水凝胶的比例，这也证实了油凝胶与水凝胶的比例是决定双凝胶相变的核心宏观因素。然而，仅依靠相体积比调节难以精确调节相界面的分子间力和网络粘弹性。因此，相关研究尝试在固定的油凝胶与水凝胶比例下修改单相凝胶因子的浓度，以改变网络交联特性和界面状态，从而驱动相变。关于水凝胶因子，在 6:4 的固定油凝胶与水凝胶体积比下，Su 等人 (2024) 仅通过改变大豆分离蛋白的添加量就诱导了相变；Han 等人 (2025) 通过调节乳清分离蛋白或壳聚糖水平实现了类似的转变。关于油凝胶因子，Lin 等人 (2025) 发现，将油凝胶中蜂蜡的质量分数从 0 增加到 12 wt% 可使双凝胶的结构在不同相态之间发生转变。然而，宏观调节体积比和单相凝胶因子浓度修改在很大程度上局限于单因素观察。因此，双连续相的构建缺乏可预测性和主动可控性，而控制相变的潜在分子机制也缺乏系统阐述。此外，现有研究大多将水相视为被动结构填充剂，而忽略了水相内部网络状态对相结构演化的主动调节作用。事实上，水凝胶网络内的持水状态、蛋白二级结构以及交联/非共价相互作用共同表征了内部水相微环境 (Akiyama et al., 2007; L. Guan et al., 2011; Vigata et al., 2021)。此外，这种水相微环境可以通过动态匹配网络骨架粘弹性与油水界面状态来影响双连续结构的形成和稳定性 (Alting & Haase, 2025; Ching & Mohraz, 2022)。揭示水相微环境影响相均匀性和双连续通道的调节机制，对于克服单因素调节的限制和双连续双凝胶热力学亚稳态的瓶颈至关重要。
在此基础上，调节具有可调两亲性的水相微环境是突破这一瓶颈的关键。玉米蛋白是一种两亲性蛋白，具有富含疏水残基的氨基酸序列，赋予其疏水聚集能力、界面自组装和成膜特性。由于这些特性，它被广泛用于食品配方中，作为疏水生物活性因子的高效封装载体和物理屏障 (Yan et al., 2022)。这一效果显著增强了功能成分在复杂食品系统中的稳定性和应用功效 (J. Xue et al., 2018)。相比之下，明胶 (GA) 富含极性氨基酸，具有优异的亲水性和热可逆凝胶化特性，并能形成柔性、连续的水相网络 (Ozturk, 2025; Zhou et al., 2025)。这些卓越的凝胶化和持水能力使明胶被广泛用于重塑食品质地和稳定连续基质 (Tavakoli et al., 2026)。这为复杂系统提供了优异的流变学特性和加工适应性 (Waqar et al., 2025)。之前的研究证实，调节玉米蛋白与明胶的质量比可以精确调节分子间氢键和疏水相互作用 (H. Chen et al., 2025)。这种调节产生了具有增强机械强度和可调表面疏水性的致密复合基质 (Linlin Li et al., 2020)。具体而言，Ahammed 等人 (2021) 报告称，改变玉米蛋白与明胶的质量比可以精确调节复合蛋白系统的交联密度和机械承载能力，增强其在食品应用中的性能。重要的是，玉米蛋白自发吸附到油水界面形成粘弹性膜，建立了防止液滴聚结和奥斯瓦尔德熟化的牢固物理屏障 (Dai et al., 2018)。这种结合了内部网络交联与协同界面稳定的调节机制，赋予了复合系统优越的加工稳定性和可调载荷释放能力。这为实现双连续双凝胶的精确相调节和长期结构稳定性提供了一条有前景的途径。然而，现有研究尚未通过改变水相微环境来协同优化水凝胶网络交联特性和互穿双相结构，从而未能实现双连续双凝胶的稳定化和宏观性能增强。因此，本研究创新地通过调节蛋白比例，结合动态油水比来调节水相微环境。它系统性地揭示了其对双连续双凝胶微观网络演变、流变 - 机械性能和相变行为的调节机制和潜在作用模式。
因此，在本研究中，利用玉米蛋白 - 明胶复合水凝胶和蜂蜡 - 单硬脂酸甘油酯 (GMS)- 中链甘油三酯 (MCT) 油凝胶构建了双连续双凝胶。在动态油水比条件下，我们系统地研究了双连续结构形成和理化性质的调节机制。此外，将双凝胶作为高性能、健康的固体脂肪替代品应用于低脂巧克力酱中，以评估其涂抹性和抗氧化稳定性。本研究为双连续双凝胶的精确调节提供了坚实的理论基础。同时，它为其在新兴食品加工技术中的应用，以及生物活性因子的高效封装和递送系统开辟了新途径。
章节摘要
材料
玉米蛋白购自阿拉丁公司（中国上海）。明胶 (GA) 由麦克林公司供应（中国上海）。蜂蜡、单硬脂酸甘油酯 (GMS)、中链甘油三酯 (MCT) 和转谷氨酰胺酶 (TGase, 活性 50 U/g) 均购自源叶生物技术有限公司（中国上海）。使用的所有其他化学品均为分析纯。
玉米蛋白 - 明胶水凝胶的制备
将玉米蛋白粉分散在乙醇 - 水混合物 (8:2, v/v) 中，并在 25°C 下磁力搅拌 1 小时。加入等体积去离子
宏观观察
所有双凝胶在倒置时均无流动或相分离，保持了完整的结构完整性 (图 1A)。这表明水相和油相均已凝胶化，形成了具有优异自支撑能力的稳定互锁三维网络。随着玉米蛋白与明胶 (GA) 质量比的增加，双凝胶的颜色从 BG1 的乳白色转变为均匀的金黄色。这主要归因于玉米蛋白的天然黄色色素 (
结论
总之，本研究通过玉米蛋白 - 明胶质量比主动重构水相微环境，协同匹配动态油水比，成功构建了结构稳定、可调的双连续双凝胶。该策略有效缓解了双连续结构固有的热力学亚稳态。这项工作系统性地揭示了蛋白比例和油水比对微观结构、分子间
CRediT 作者贡献声明
杨文豪：写作 – 回顾与编辑，写作 – 原稿，方法论，调查，概念化。 邹艳伟：写作 – 原稿，方法论。 谭湘云：写作 – 回顾与编辑，正式分析。 李李佳：写作 – 回顾与编辑。 滕飞：写作 – 回顾与编辑，资源，资金获取，概念化。
未引用的参考文献
张伟等人，2025
张，葛，张，宗和范，2025
赵，李，王和王，2023
赵等人，2023
竞争利益声明
作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
作者衷心感谢黑龙江省优秀青年科学基金 (YQ2024C024) 的资金机构。
杨文豪 | 邹艳伟 | 谭湘云 | 李李佳 | 滕飞
