天然蜡对红花籽油油凝胶影响的解析：流变学建模、微观结构、热稳定性与氧化稳定性研究

《Sustainable Food Technology》：Unraveling the impact of natural waxes on safflower oil oleogels: a study of rheological modeling, microstructural, thermal and oxidative stabilityOpen Access

　　

油凝胶通过结构化液态油并保留其组成，为饱和脂肪和反式脂肪提供了更健康的替代品。本研究旨在探究三种天然蜡——巴西棕榈蜡（carnauba wax，CBX）、蜂蜡（beeswax，BWX）和小烛树蜡（candelilla wax，CLX）在4%、7%和10%（% w/w）浓度下对红花籽油（safflower oil，SFO）基油凝胶的理化性质、微观结构和流变学特性的影响。与蜂蜡油凝胶（beeswax oleogels，BWO）和巴西棕榈蜡油凝胶（carnauba wax oleogels，CBO）相比，小烛树蜡油凝胶（candelilla wax oleogels，CLO）形成了最致密且均匀的微观结构，从而增强了凝胶强度和结构稳定性。10%浓度的CLO表现出最高硬度（8.75 ± 0.20 N）和持油能力（98.64 ± 0.44%）。所有油凝胶均表现出剪切变稀行为，且最适合幂律模型（Power law model，R² = 0.95–0.99）。蜡的添加导致储能模量和损耗模量均增加，表明粘弹性增强。随着浓度从4%增加至10%，CBO、BWO和CLO的恢复率分别提高了76.52%、28.23%和59.04%，表明弹性和回弹性增强。凝胶的蠕变恢复行为经数学建模，分数阶微积分模型（fractional calculus model，R² = 0.95–0.99）比Burgers模型（R² = 0.85–0.99）更适合。此外，在所有浓度下，CBO和CLO比BWO表现出更高的熔点和氧化稳定性。傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）证实了油凝胶中保留了SFO的化学性质，X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）分析揭示了β′和β多晶型晶体的存在。该研究强调，CLX作为SFO的油凝胶剂，因其优异的结构特征、流变学特性和氧化稳定性而优于其他蜡。

油凝胶（oleogel）通过将液态油结构化并保留其脂肪酸组成，为饱和脂肪和反式脂肪提供了更健康的替代品。固体脂肪在食品工业中应用广泛，但饱和与反式脂肪的摄入与心血管疾病、糖尿病等健康风险相关。植物油富含多不饱和脂肪酸（PUFA），但其液态、质地脆弱且易氧化，限制了直接应用。油凝胶化利用低分子量凝胶因子（如天然蜡）通过非共价相互作用构建三维网络，可在不改变油脂组成的前提下赋予其半固态特性。巴西棕榈蜡（CBX）、蜂蜡（BWX）和小烛树蜡（CLX）是公认安全（GRAS）且成本较低的油凝胶剂，已在多种食用油中研究。然而，针对红花籽油（SFO）的天然蜡油凝胶化研究仍较有限，现有文献多集中于其作为焙烤产品脂肪替代物的应用，而关于蜡种类和浓度对SFO油凝胶晶体网络、分子相互作用、流变行为及氧化稳定性的系统研究尚缺乏。因此，本研究旨在探究三种蜡及其不同浓度对SFO油凝胶理化、热、质构、微观结构和流变性质的影响，以阐明其构效关系，并为开发健康脂肪替代品提供依据。

研究人员以冷压SFO为油相，分别添加4%、7%和10%（w/w）的CBX、BWX和CLX，通过加热-冷却法制备油凝胶，并系统表征了其功能特性。结果表明，CLX油凝胶（CLO）形成最致密均匀的微观结构，10%浓度下硬度达8.75 N、持油能力达98.64%；所有油凝胶均呈剪切变稀，流变数据最佳拟合幂律模型；增加蜡浓度可提高储能/损耗模量及蠕变恢复率，其中分数阶微积分模型比Burgers模型拟合更优；CBX和CLX油凝胶的熔点和氧化稳定性优于BWX。研究强调CLX是SFO最有效的油凝胶剂，其结构完整性、流变性能和氧化防护能力均优于其他两种蜡。该研究发表于《Sustainable Food Technology》，为食品工业按需选择蜡基油凝胶剂、设计健康替代脂肪提供了理论依据，符合可持续食品创新方向。

主要技术方法：研究人员使用冷压SFO（Indic Wisdom品牌，印度购于Amazon），食品级CLX（Smart Labs, LLC，Nuvia Organics品牌），黄色BWX和CBX（M/s Vijay Impex，Afro Heal品牌，印度）。制备时，将蜡加入90 °C油中搅拌至澄清，冷却成胶并静置24 h。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析官能团与分子间相互作用；X射线衍射（XRD）表征晶体多晶型；差示扫描量热（DSC）测定熔点；明场显微镜观察微观结构；流变仪进行稳态剪切、频率扫描和蠕变恢复测试，并分别以幂律、Casson、Yeleswarapu以及Burgers和分数阶微积分模型拟合；质构仪进行质地剖面分析（TPA）；离心法测持油能力（OBC）；色度计测颜色；40 °C加速氧化25天测过氧化值（PV）和p-茴香胺值（p-AV）。数据经单因素和双因素方差分析（ANOVA）及Tukey检验。

研究结果：

3.1 FTIR光谱分析：FTIR显示油凝胶未出现新吸收峰，说明凝胶形成基于物理相互作用；CBO和CLO的O–H伸缩带位移提示氢键参与网络形成，CH₂峰位移则反映范德华力和分子堆积变化。

3.2 XRD分析：XRD在d间距约4.1–4.2 ?和3.7–3.8 ?处观察到衍射峰，表明油凝胶中同时存在β′和β晶型；峰强度低于纯蜡，归因于油的稀释效应。

3.3 热稳定性：DSC显示CBX熔点最高（80.9 °C），BWX最低（51.6 °C）；油凝胶熔点随蜡浓度升高而上升但低于对应纯蜡，CB10熔点最高（77.5 °C），BW4最低（38.7 °C）。

3.4 微观结构：明场显微镜显示针状、片状和球状晶体；BWO晶体稀疏、尺寸较大，CLO网络致密且排列均匀，CBO为细小晶体聚集体；图像分析显示CLO颗粒间距最小，有利于增强凝胶强度。

3.5 流变测定：
- 3.5.1 稳态剪切：所有样品呈剪切变稀（n < 1），幂律模型拟合最佳（Δi最小）；稠度系数K、屈服应力τ₀等随蜡浓度增加，CLO的K、零剪切粘度η₀和松弛时间λ最高，表明网络结构最强。
- 3.5.2 频率扫描：所有油凝胶G′始终高于G″，呈类固体粘弹性；蜡浓度增加使G′和G″升高，CLO最高；η*随频率增加而降低，G′频率依赖性最弱，η*最强。
- 3.5.3 蠕变恢复：J_max随蜡浓度增加而降低；CL10的J_max最小（4.06 ×