综述：水胶体微凝胶作为食品系统中的可编程脂肪模拟物：连接颗粒力学、摩擦学、流变学与感官感知

《Food Hydrocolloids》：Hydrocolloid Microgels as Programmable Fat Mimetics in Food Systems: Linking Particle Mechanics, Tribology, Rheology, and Sensory Perception

　　摘要：
水胶体微凝胶作为一种可编程的软颗粒，正在被用于设计低脂和植物基食品，以改善其质地、润滑性、保水性以及感官品质。与传统的水胶体增稠剂不同，微凝胶是离散的、含水的且可变形的颗粒，其大小、膨胀行为、硬度、内部网络密度、表面性质以及水分子的运动性都可以进行调整，以模拟脂肪滴的特定功能。本文综述了水胶体微凝胶作为脂肪替代物和口腔润滑调节剂的作用，将颗粒结构、流变学、摩擦学、口腔处理过程、消化机制以及实际食品性能联系起来进行评估。主要讨论了包括海藻酸盐、果胶、明胶、乳清蛋白、酪蛋白、大豆蛋白、豌豆蛋白、淀粉、纤维素衍生物、卡拉胶、壳聚糖、凝胶类似系统以及蛋白质-多糖混合物等水胶体材料，同时介绍了离子凝胶化、热凝胶化、酸凝胶化、酶交联、乳化-凝胶化、大块凝胶剪切、喷雾干燥、反溶剂沉淀和微流控等制备方法。特别强调了微凝胶浓度、颗粒堆积方式、变形能力、膨胀程度、表面电荷以及颗粒间的相互作用如何控制黏度、屈服应力、剪切稀化、黏弹性、触变恢复以及弱凝胶行为。此外，本文还指出了微凝胶在降低口腔摩擦、增强乳脂感、提高顺滑度、调节风味释放以及提升低脂乳制品、酱料、调味品、甜点、植物基乳制品类似物、肉类替代品、乳液、封装系统及3D打印食品的果汁含量方面的作用。未来的研究需要标准化表征方法、基于摩擦学的配方设计，并利用仪器分析和感官评估手段在实际食品基质中进行验证。

引言：
脂肪在食品质量中起着核心作用，因为它带来的不仅仅是能量密度（Chung, Smith, Degner, & McClements, 2016）。它赋予食品乳脂感、顺滑度、润滑性、不透明性、口感涂层、汁液丰富度以及风味保留、风味释放和结构稳定性（Rios, Pessanha, Almeida, Viana, & Lannes, 2014）。在乳制品、酱料、调味品、甜点、巧克力和肉类产品中，脂肪滴或脂肪晶体影响着整体的流变性质和口腔感知（Principato et al., 2024）。进食过程中，脂肪有助于减少口腔表面之间的摩擦、形成光滑的食团、控制熔化过程，并提供丰富的感官体验（Laguna, Fiszman, & Tárrega, 2021）。因此，减少或替代脂肪并不仅仅意味着去除脂质并添加水或增稠剂（Peng & Yao, 2017）。成功的脂肪替代策略必须同时再现脂肪的物理、流变、摩擦学和感官特性，同时保持可接受的稳定性、口感、质地和营养价值（C. Sch?dle & Büttner, 2023）。随着对低脂、低热量和植物基食品需求的增加，基于水胶体的脂肪替代品受到了更多关注（Nikoli? et al., 2024）。传统的水胶体材料如淀粉、果胶、海藻酸盐、卡拉胶、纤维素衍生物、明胶、乳清蛋白、酪蛋白、大豆蛋白、豌豆蛋白、黄原胶、瓜尔胶和凝胶类似系统已被广泛用于提高黏度、结合水分、稳定乳液、防止析水并改善质地（Alam, Majid, Kaur, Dar, & Nanda, 2025; Shan Zhang, Ren, Wang, Han, & Xie, 2024）。然而，传统水胶体的应用往往侧重于整体增稠或形成凝胶。虽然增加黏度可以改善口感和稳定性，但并不能完全复制脂肪的感官特性。仅用水胶体增稠的产品可能会变得黏稠、粘腻或在口中融化缓慢（Kadirvel & Narayana, 2023; Tang, Yang, Li, & Chang, 2025）。这一局限性表明，脂肪替代需要不仅仅是匹配表观黏度，还需要控制微观结构、润滑性、颗粒变形、水分释放和口腔中的分解过程（Agyei-Amponsah, Macakova, DeKock, & Emmambux, 2021）。

水胶体微凝胶是由食品级多糖、蛋白质或其复合物组成的离散水合颗粒，其中物理、离子或共价交联的生物聚合物网络局限在每个颗粒内部，而不是扩散到连续相中。它们的膨胀性、硬度和变形能力取决于生物聚合物组成、交联密度和加工历史（Sarkar, Kanti, Gulotta, Murray, & Zhang, 2017; Stubley, Cayre, Murray, Torres, & Farrés, 2021）。这种颗粒结构使微凝胶不同于连续的大块凝胶，使其能够在食品基质中移动、堆积和变形（Ben Kew et al., 2023a）。在浓缩分散液中，微凝胶可以提供黏度、屈服应力、弱凝胶行为和稳定性；而在口腔剪切作用下，它们可以滚动、滑动、变形、吸水并减少口腔表面之间的摩擦。这种软颗粒特性使微凝胶能够模拟脂肪滴的一些功能，尤其是乳脂感、顺滑度和口感涂层（Andablo-Reyes et al., 2019; Soltanahmadi, Murray, & Sarkar, 2022）。与简单的增稠剂不同，微凝胶可以同时影响整体流变性质和口腔摩擦学，使其在低脂乳制品、植物基乳霜、酱料、调味品、甜点、肉类替代品及其他结构化食品中具有很高的应用价值（A. Sarkar, S. Soltanahmadi, J. Chen, & J. R. Stokes, 2021）。水胶体微凝胶的功能性能很大程度上取决于颗粒设计（D. Akgonullu et al., 2023）。颗粒大小影响顺滑度、粗糙感、堆积方式以及口腔感知；颗粒硬度和变形能力决定了微凝胶是作为硬质填充剂、软质润滑颗粒还是可变形的脂肪样结构（Bali? et al., 2025; Ben Kew, et al., 2023a）。膨胀性和水分子的运动性影响汁液含量、保水性、 freeze-thaw 稳定性以及释放行为；表面电荷和疏水性影响聚集、分散稳定性、与蛋白质和多糖的相互作用以及在唾液中的行为（Torres, Andablo-Reyes, Murray, & Sarkar, 2018）。微凝胶浓度和堆积方式控制黏度、屈服应力、剪切稀化、触变恢复以及弱凝胶行为（Isusi, Marburger, Lohner, & Van Der Schaaf, 2023）。这些关系表明，应从结构-流变学-摩擦学框架来理解水胶体微凝胶，而不仅仅是将其视为脂肪替代品或黏度调节剂。

本文评估了水胶体微凝胶作为食品系统中可编程的脂肪替代物和口腔润滑调节剂的作用，重点探讨了水胶体化学性质、微凝胶制备、颗粒结构、膨胀性、水结构化、颗粒力学、流变学、摩擦学、口腔处理过程以及实际食品验证如何共同决定其脂肪模拟效果。首先讨论了水胶体微凝胶作为软质食品颗粒的特点，并比较了主要材料和制备方法；随后分析了颗粒力学、膨胀性、水分子运动性、流变学、流动行为、摩擦学机制和感官感知。文章还考虑了微胶体在低脂乳制品、乳霜、酱料、甜点、植物基肉类和乳制品类似物、乳液、封装系统及3D打印食品中的应用。通过从基于黏度的脂肪替代转向软颗粒工程，本文旨在为设计具有更好乳脂感、润滑性、质地、稳定性和感官品质的低脂和植物基食品提供一个以水胶体为中心的框架。

**文献搜索策略和综述范围**
本文采用结构化的叙述性综述方法，而非系统综述。文献检索使用了指定的数据库，从开始日期到结束日期进行了搜索。搜索关键词涵盖了“微凝胶”、“流体凝胶”、“软颗粒”和“水胶体”，并结合了具体的材料（如海藻酸盐、果胶、明胶、乳清蛋白、酪蛋白、植物蛋白、淀粉、纤维素、卡拉胶、壳聚糖和凝胶类似物），以及相关功能术语。

**水胶体微凝胶作为软质食品颗粒**
水胶体微凝胶正成为一类独特的食品结构材料，因为它们结合了凝胶的富水特性和颗粒分散体的流动特性（Ghebremedhin, Seiffert, & Vilgis, 2021）。与传统的水胶体不同，后者通常作为溶解聚合物、增稠剂或连续凝胶网络使用，而微凝胶则是离散的、含水的、可变形的颗粒，能够分散在连续相中（P. Nath et al., 2022; Saha & Bhattacharya, 2010）。

**颗粒力学、膨胀性和水结构化**
颗粒力学、膨胀行为和水结构化决定了水胶体微凝胶是有效的脂肪替代物还是仅仅是分散的凝胶片段（Du, Li, Lan, & Meng, 2024）。与传统的水胶体不同，微凝胶通过其颗粒级别的性质（如大小、变形能力、硬度、内部网络密度、交联、孔隙率、水合作用以及与周围食品成分的相互作用）来贡献食品的功能（M. Yang et al., 2022）。

**微凝胶分散体中的设计-微观结构-流变学-功能关系**
水胶体微凝胶分散体的流变学特性决定了它们在加工过程中的流动行为、静止状态下的结构保持能力，以及对厚度、涂抹性和物理稳定性的贡献。与聚合物溶液不同，它们的流变行为是由颗粒浓度、有效体积分数、膨胀性、变形能力、尺寸分布和颗粒间相互作用的综合效应决定的（Min Li et al., 2022）。

**摩擦学、口腔润滑和脂肪模拟功能**
摩擦学研究的是相互作用表面之间的摩擦、润滑和磨损现象。在食品的口腔加工过程中，口腔摩擦学探讨了食品与舌头、腭部或黏膜表面之间的摩擦行为，而口腔润滑具体指的是分隔这些表面并减少摩擦的物理机制（A. Sarkar, S. Soltanahmadi, J. Chen, & J. Stokes, 2021; H. Shewan, Pradal, & Stokes, 2019; Shewan et al., 2019; Sarkar et al., 2021）。

**低脂和植物基食品中的应用**
水胶体微凝胶在低脂和植物基食品中特别有吸引力，因为这些食品类别往往存在乳脂感不足、润滑性差、保水性不佳以及感官性能不满意的问题（Fadillah, Dirpan, & Syarifuddin, 2024）。与传统增稠剂不同，微凝胶能够同时改善质地、口感、水结构、摩擦学和口腔分解过程。它们的价值在于能够同时调节这些方面。

**消化、营养功能和释放行为**
水胶体微凝胶的营养价值不仅取决于其在食用前模拟脂肪特性的能力，还取决于其在消化过程中的行为。能够改善乳脂感、润滑性和保水性的微凝胶可能在胃肠道中经历膨胀、侵蚀、酶降解、发酵或颗粒分解（Min Li et al., 2022）。这些变化会影响营养物质的释放、风味传递、饱腹感、热量贡献等。

**挑战、标准化和未来设计框架**
尽管水胶体微凝胶在作为可编程脂肪替代物方面具有巨大潜力，但其在实际食品系统中的应用仍受到表征不一致、加工敏感性、放大挑战以及感官评估不完善等因素的限制（Rout et al., 2025）。许多研究表明，微凝胶在模型系统中可以改善黏度、乳脂感或润滑性。然而，在含有蛋白质、淀粉、脂质、盐分和糖类的复杂食品中，相同类型的微凝胶可能会表现出不同的性能。

**结论**
水胶体微凝胶为设计低脂和植物基食品提供了有前景的途径，可以改善乳脂感、润滑性、质地、保水性和感官品质。与传统的水胶体增稠剂不同，微凝胶作为柔软的、含水的颗粒，其大小、膨胀性、表面性质和内部网络结构可以调节，以模拟脂肪滴在加工和口腔消费过程中的特定功能。本文的核心观点是……

**作者贡献声明**
Aziz Ullah：负责撰写和编辑、原始草稿的撰写、验证、监督、资源获取和概念化；Dr. Adnan Amin：负责撰写和编辑、原始草稿的撰写、监督、项目管理和概念化。

**参考文献**
Akgonullu et al., 2024; Chen et al., 2025; Franco et al., 2021; Gao et al., 2024; Kew et al., 2023a; Kew et al., 2023b; Li et al., 2022; Li et al., 2023; Li et al., 2025; Li et al., 2020; Li et al., 2025; Liu et al., 2025; Liu et al., 2025; Sarkar et al., 2021; Sch?dle et al., 2022; Stribi?caia et al., 2020; Wang et al., 2025; Yang et al., 2025; Zhang et al., 2020; Zhang et al., 2024.

**利益冲突声明**
作者声明没有已知的可能影响本文工作的利益冲突。

**数据可用性**
本研究未生成新的数据。

**写作过程中使用的AI技术**
Gramamrly 和 ChatGPT 用于文本编辑、语法改进、句子优化和草稿组织；Figure Lab 仅用于辅助初步的图表布局，所有图表均由作者进行了后续编辑、优化和审查。没有使用外部工具生成原始数据、进行分析或得出科学结论。所有科学内容、解释和最终呈现均由作者开发、验证和批准。

**资助情况**
本研究没有接受来自公共、商业或非营利机构的任何特定资助。

**声明**
作者声明没有需要披露的竞争性财务利益或个人关系。