《Food Bioscience》：Engineering Thermoresponsive Bigels with Tunable Textural Properties for Plant-based Butter Analogues
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摘要本研究开发了一种基于葡甘聚糖（KGM）水凝胶相和大豆蛋白分离物（SPI）稳定的椰子油（CO）相构成的双凝胶热响应植物基黄油类似物。结果表明，SPI/KGM双凝胶的微结构经历了油凝胶与水凝胶比例依赖的形态转变。提高油凝胶与水凝胶的比例增强了保水性、表观粘度和机械强度，但降低
摘要
本研究开发了一种基于葡甘聚糖（KGM）水凝胶相和大豆蛋白分离物（SPI）稳定的椰子油（CO）相构成的双凝胶热响应植物基黄油类似物。结果表明，SPI/KGM双凝胶的微结构经历了油凝胶与水凝胶比例依赖的形态转变。提高油凝胶与水凝胶的比例增强了保水性、表观粘度和机械强度，但降低了持油能力和结构稳定性。SPI/KGM双凝胶表现出可逆的热响应行为，特征为加热时熔融、冷却时结晶。O6:H4双凝胶表现出最显著的热响应行为，其熔融特征主要受椰子油支配。通过调节油凝胶与水凝胶的比例，SPI/KGM双凝胶体系能够模拟乳脂的质地和口腔润滑特性。体外消化研究表明，O3:H7双凝胶的最终β-胡萝卜素释放率最低（45.0%），这与其均匀稳定的微结构有关。总体而言，本研究为设计具有可调质地的热响应植物基脂肪系统提供了有价值的见解。
引言
植物基黄油类似物作为一种可持续的、无动物成分的常规乳脂替代品，受到了越来越多的关注（Gutiérrez-Luna等，2022）。然而，重现黄油的多种功能属性仍然具有挑战性，因为其质地、涂抹性、口腔润滑和热熔融行为共同受复杂的脂肪结晶网络和特定的固体脂肪图谱所支配（Moss等，2023）。当前的植物基脂肪系统往往存在结构稳定性不足、油脂或水分渗漏、热响应性差、类似黄油的口感弱以及在加工或烘焙过程中功能性有限等问题（Nutter等，2023b）。因此，构建具有可调粘弹性、热响应熔融行为和可控脂质释放的植物基脂质系统，是开发更健康、更可持续的黄油替代品的一个有前景的策略。
近年来，双凝胶作为有前景的脂肪替代系统受到了相当大的关注。水凝胶是通过三维亲水聚合物网络形成的水连续型粘弹性基质，而油凝胶是结构化油相，其中液态脂质被自组装或聚合物网络固定，将流态油转化为类似固体的材料（Wang等，2024；Yang等，2022）。双凝胶是通过整合水凝胶相和油凝胶相构建的双相凝胶网络，与单相凝胶系统相比，通常表现出更优异的结构稳定性和理化性质，凸显了其在食品应用中的潜力（Gon?alves等，2024）。由于独特的双相结构，基于双凝胶的脂肪替代品通常比单相油凝胶系统表现出更好的可塑性，并且可以同时包埋和调节亲水性和疏水性功能化合物的释放（Chao等，2024）。然而，双凝胶系统在模拟黄油类似物的质地和口感方面仍面临若干挑战，包括难以重现脂肪结晶网络、在储存稳定性与口腔熔融行为之间取得平衡、控制脂质释放和润滑以及在高油含量下维持微结构均匀性等（Chao等，2024）。此外，双凝胶在热加工性能、烘焙适用性、质地、口感和消费者接受度方面仍需进一步优化。理想的黄油类似物应在室温下保持稳定的半固态结构，同时表现出与动物黄油相似的质地和熔融特性。然而，在结构稳定性与热响应熔融行为之间取得平衡仍然是限制双凝胶系统食品应用的关键瓶颈（Gutiérrez-Luna等，2022）。因此，构建具有结构稳定性、热响应性、液体保持能力和可控润滑行为的双凝胶系统，对于开发高性能植物基黄油替代品至关重要。
蛋白质和多糖是开发植物基双凝胶脂肪替代品的有前景的结构剂，因为它们可以在脂质相和水相中提供互补的功能（Li等，2022）。大豆蛋白分离物（SPI）是一种高质量的植物蛋白，具有良好的界面活性、乳化稳定性和凝胶形成能力，使其能够吸附在油水界面、稳定油滴并为植物基双凝胶提供结构支撑（Lima等，2023）。葡甘聚糖（KGM）是一种天然的非离子型葡甘聚糖，具有强增稠、保水和凝胶形成能力（Wang等，2022）。这些功能特性有助于增加连续相粘度、减少液滴流动性，并改善双凝胶系统中的保水性和抗变形结构性能（Wang等，2024）。
脂质相的选择对双凝胶系统的理化和热性质也至关重要。椰子油（CO）因其相对较高的固体脂肪含量、良好的氧化稳定性和接近室温的熔融特性，在构建植物基黄油类似物方面具有独特优势（Fu等，2025）。其可结晶脂质组分可在冷却过程中形成结构化脂质网络，提供半固态支撑和抗油脂渗漏能力。同时，其热响应熔融行为伴随温度诱导的凝胶网络形态转变，使系统能够在加热和口腔加工过程中模拟动物黄油的软化、熔融和脂质释放特性。
本研究开发了具有可调质地的植物基黄油类似物，探讨了SPI/KGM双凝胶的微结构差异和形态转变行为，并阐明了其类黄油热响应熔融行为的内在机制。最后，采用体外胃肠道消化模型评估了负载β-胡萝卜素的SPI/KGM双凝胶在消化过程中的β-胡萝卜素释放和微结构演变。本研究为植物基双凝胶模拟动物黄油的质地和热响应熔融行为提供了结构设计策略。
章节片段
材料
KGM购自源亿生物科技（上海，中国）。脱脂大豆粉由裕旺实业有限公司（山东，中国）提供。荧光素钠、尼罗红、α-淀粉酶、猪胃粘膜胃蛋白酶和猪胰胰蛋白酶购自Sigma-Aldrich公司（美国密苏里州圣路易斯）。β-胡萝卜素粉末（纯度≥96%；货号C110501）和正己烷购自阿拉丁公司（上海，中国）。胆汁盐购自麦克林
SPI/KGM双凝胶的形成机制和微结构
如图1a所示，通过简单的均质化工艺成功制备了植物基黄油类似物。室温下SPI/KGM双凝胶和动物黄油的宏观外观如图1b所示。由于添加了β-胡萝卜素，所有双凝胶样品均呈现出与黄油相当的古铜黄色。此外，样品展现出均匀稳定的质地和良好的自支撑能力，表明类黄油结构的成功构建
结论
本研究通过调节油凝胶与水凝胶的比例，开发了具有可调质地行为的热响应SPI/KGM双凝胶。将比例从3:7提高到6:4促进了从O/W双凝胶向双连续结构的转变，显著影响了其液体保持能力、流变行为和机械性能。较高的油含量增强了水分结合、持水力、表观粘度和凝胶强度，但降低了持油能力和结构
CRediT作者贡献声明
宋可盈：方法论，正式分析，数据整理。杨中宇：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，调查研究，正式分析，数据整理，概念化。万志力：可视化，正式分析，数据整理。Paul Van der Meeren：撰写——审阅与编辑，验证，监督。王高翔：撰写——审阅与编辑，可视化，验证，监督，获取经费，概念化。郭健：正式分析，数据整理。杨晓泉
未引用参考文献
Chao等，2024；Wang等，2022；Wang等，2024；Yang等，2022；Yuan等，2017。
致谢
本研究得到了广东省基础与应用基础研究基金（编号：2026A1515010849）、国家自然科学基金委员会（编号：32402290）和中国留学基金会项目的支持。
杨中宇 | 宋可盈 | Paul Van der Meeren | 万志力 | 郭健 | 王高翔 | 杨晓泉
食品蛋白与胶体实验室，华南理工大学食品科学与工程学院，广东省天然产物绿色加工与产品安全重点实验室，广州 510640，中国
