由微波处理的落葵中提取的可溶性膳食纤维稳定化的热可逆大分子凝胶：分子相互作用、网络重排及其在蛋黄酱中的应用

《Food Hydrocolloids》：Thermo-Reversible Bigels Stabilized by Soluble Dietary Fiber Extracted from Microwave-Treated Okara: Molecular Interactions, Network Rearrangement, and Application in Mayonnaise

　　

摘要

本研究探讨了由微波处理的Okara可溶性膳食纤维（M-SDF）水凝胶和卡纳芭蜡/葵花籽油油凝胶组成的热可逆双凝胶的制备及其结构调控，并评估了它们在低脂蛋黄酱中的应用。卡纳芭蜡被用作油凝胶剂来构建油相，其晶体结构决定了双凝胶的机械性能和热可逆性，而M-SDF则作为大分子稳定剂来构建水凝胶相并增强界面稳定性。微波预处理改变了Okara SDF的分子特性，导致单糖组成发生变化，热稳定性提高，结晶度增强，这是由于氢键作用增强和网络排列更加有序所致。通过变温度傅里叶变换红外光谱（FTIR）和流变温度扫描系统地研究了双凝胶的微观结构和相变行为。光谱和结构响应高度依赖于油凝胶与水凝胶的比例，其中7:3比例的双凝胶表现出明显的热可逆性。温度升高使得3677和1041 cm^-1处的吸收峰增强，表明分子间相互作用和界面排列逐渐减弱。流变测量证实，优化的双凝胶具有较高的存储模量（G'高达4.65×10^3 Pa）和较高的相变温度（T_gel为85.87 °C），表明其具有机械上的稳定性。将这些双凝胶加入蛋黄酱中显著改善了其质地和粘弹性性能，证明了它们作为清洁标签结构稳定剂的有效性。

引言

Okara是大豆加工的主要副产品，含有大量的膳食纤维，占其干重的50%以上（Lopez, 2022）。虽然可溶性膳食纤维（SDF）仅占总膳食纤维的约2%，但它更容易被肠道微生物群发酵，并具有独特的生理功能。Okara SDF是一种复杂的异聚多糖，主要由果胶阿拉伯半乳聚糖和半纤维素聚合物组成（Wu等人，2022）。其物理化学性质，如保水能力和界面稳定性，主要受其高度分支的结构和暴露的亲水侧链的影响。这些特定的结构特征显著影响了其在食品加工中的功能，并影响了其发酵性和与肠道微生物群的相互作用，从而有助于潜在的健康益处，如益生元效果、微生物群调节和改善肠道屏障功能（Disca, Capuano & Arlorio, 2024; Mondal等人，2025; Shan等人，2024）。此外，大量的动物和临床研究表明，Okara衍生的SDF可以在肠道腔内结合胆汁酸并干扰胆固醇的吸收，从而调节脂质代谢，有助于改善血液脂质谱型，降低心血管疾病的风险（Z. Feng, Dou, Alaxi, Niu & Yu, 2017; Gunness & Gidley, 2010; Lin, Wu等人，2020）。因此，从Okara中提取SDF被认为是全面利用大豆资源的有前景的方法（Galanakis, 2022）。

通过物理、生物和化学方法修改膳食纤维可以增加SDF的含量（Gan等人，2021；Hongyan Liu等人，2025）。物理方法相对简单，但特异性有限。生物修饰可以在温和条件下进行，但通常需要昂贵的酶或耗时的菌株筛选，这限制了大规模应用。化学修饰可以有效改善膳食纤维的溶解性和功能性，但往往需要苛刻的条件和化学试剂，可能会导致添加剂残留和环境问题。由于效率和安全性的原因，选择微波修饰作为首选的物理修饰技术。微波产生的能量直接传递到样品中心，引起溶剂中的偶极子旋转，从而实现快速均匀加热（Kalinke等人，2022）。此外，微波诱导的内部分压力加速了生物聚合物的解缠和大分子修饰，为功能性水胶体的结构化提供了新的策略（Luo等人，2023）。

由油凝胶和水凝胶网络共同组成的双凝胶是一种新型的软材料，通过在适当温度下进行剪切混合制备而成。双凝胶结合了脂质和水凝胶相的优点，能够同时输送亲水性和疏水性化合物，同时提供定制的机械性能和增强的长期稳定性（Clímaco等人，2025；Ghorghi等人，2023）。虽然天然SDF具有较高的吸水能力，但其有限的空间自由度和链缠结倾向往往会影响所需的结构化水凝胶的粘弹性网络（Manzoor等人，2022）。为了解决这一限制，使用微波修饰的Okara SDF（M-SDF）作为结构剂是一个有吸引力的策略，可以建立高性能的水凝胶相。基于M-SDF的双凝胶基质在替代高脂食品系统中的应用具有很大潜力。为了满足低脂替代品的营养需求，蛋黄酱（70%-80%脂肪）是一个理想的应用目标，因为双凝胶相似的粘弹性和屈服应力可以在功能上模拟全脂配方的经典油滴网络。然而，关于使用物理修饰的Okara SDF制备双凝胶的相关研究仍然有限，而且多糖和油凝胶与水凝胶比例的结构特征如何调节双凝胶的微观结构和流变性能的多尺度机制尚未完全阐明。此外，由于蛋黄酱模型系统在储存过程中容易受到温度变化的影响，了解这些脂肪替代品的温度依赖性稳定性对于工业转化至关重要。

因此，本研究探讨了微波修饰对Okara衍生SDF的组成、结构特性和功能性质的影响。利用MSDF作为水凝胶形成剂，全面分析了MSDF含量和油凝胶与水凝胶比例对双凝胶的结构特性、流变行为和稳定机制的影响。通过流变温度扫描和变温度FTIR光谱系统研究了双凝胶的温度依赖性行为，以提供关于与网络稳定性相关的界面相互作用的见解。此外，基于M-SDF的双凝胶被策略性地用作蛋黄酱模型中脂质相的替代物，验证了它们的工业适用性。这项研究为Okara衍生的膳食纤维建立了明确的结构-功能关系，强调了其作为清洁标签成分在提升现代食品配方结构和营养价值方面的潜力。

节摘录

材料

Okara（成分：水分6.62 g/100g，蛋白质21.02 g/100g，灰分3.76 g/100g，总膳食纤维68.52 g/100g）由山东玉鑫生物科技有限公司提供。葵花籽油（COFCO）从中国北京的当地超市购买。卡纳芭蜡（Usolf）由山东优索化学科技有限公司提供。试剂由北京思恩赛尔生物科技有限公司购买，所有使用的化学品均为分析级。

从微波处理的Okara中提取SDF

使用...

SDF的单糖分析

USDF和MSDF含有十种单糖（图1a），主要是半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖、半乳糖醛酸、葡萄糖、木糖和岩藻糖，以及少量的葡萄糖醛酸、甘露糖和核糖。MSDF的主要单糖组成与USDF一致；然而，相应单糖的浓度显著增加，尤其是半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖和半乳糖醛酸。这种成分的增加是由于...

结论

本研究证明，在600 W功率、4分钟和70 °C条件下对Okara进行微波修饰，显著提高了提取产量、物理化学特性和功能性质，这主要归因于结构大分子的降解和亲水表面的暴露增加。利用M-SDF成功制备了稳定的双凝胶，表现出明显的油包水（W/O）结构，有效增强了...

CRediT作者贡献声明

Ziyuan Wang：方法论。Jing Wang：资源。Zhaofeng Li：概念化。Jie Liu：写作——审阅与编辑、监督、项目管理。Xiaodi Hou：形式分析、数据管理。Fei Gao：写作——初稿、方法论、概念化

未引用的参考文献

Lin等人，2020；Liu等人，2025；Liu等人，2025；Martins等人，2023；Quilaqueo等人，2022。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了中国国家重点研发计划（2021YFD2100403）和北京Nova计划（20230484307）的支持。

Fei Gao|Xiaodi Hou|Ziyuan Wang|Zhaofeng Li|Jing Wang|Jie Liu

食品营养与健康评价技术国家重点实验室（北京科技与商务大学），国家市场监督管理总局，北京，100048，中国