《Future Foods》：Bio-Engineered Plant-Based Emulgels for Chia Oil: Interfacial–Rheological Insights
編輯推薦：
本研究針對利用天然植物基乳化劑開發具有優異物理穩定性的功能性乳液體系的需求，研究人員以富含Omega-3的奇亞油為芯材，以藻藍蛋白（P）和高粱粉（S）為植物乳化劑，洋車前子為結構化劑，通過響應面法優化了乳化工藝。結果表明，在30S/70P乳化劑配比及45%超聲振幅下可獲得最優乳液，洋車前子的添加成功將乳液轉化為具有剪切稀化行為的乳膠（G′>G″），并顯著提升了體系物理穩定性（TSI指數大幅降低）。該研究為開發清潔標簽、可持續且穩定的植物基功能性食品遞送系統提供了新策略。
在現代食品工業與健康領域，如何將那些對人類健康大有益處卻“桀驁不馴”的營養成分——比如極易氧化的Omega-3脂肪酸——安全、穩定且美味地遞送到消費者口中，一直是個頗具挑戰性的課題。傳統的解決方案往往依賴化學合成乳化劑或動物源成分，但這與當下“清潔標簽”、植物基和可持續發展的消費趨勢背道而馳。那么，能否完全從植物王國中尋找答案，構建出既環保又高性能的遞送系統呢？來自西班牙塞維利亞大學的研究團隊將目光投向了三種特別的植物成分：源自微藻的藍色精靈——藻藍蛋白（Phycocyanin, P）、古老耐旱的谷物——高粱（Sorghum）制成的面粉，以及擁有卓越凝膠能力的纖維——洋車前子（Psyllium）。他們的目標是，以營養價值極高的奇亞油（富含α-亞麻酸）為核心，打造一款全新的、全植物基的“乳膠”（Emulgel）。這項題為“Bio-Engineered Plant-Based Emulgels for Chia Oil: Interfacial–Rheological Insights”的研究，最終成功發表于《Future Foods》期刊，為我們展示了如何用自然的智慧解決現代食品加工的難題。
為開展此項研究，作者主要運用了以下幾項關鍵技術方法：首先，采用響應面法（RSM） 這一實驗設計方法，系統優化了藻藍蛋白與高粱粉的配比（S/P）、超聲振幅及總乳化劑濃度這三個關鍵變量，以最小化乳液滴粒徑為目標。其次，利用超聲均質技術制備乳液前體，并通過馬爾文激光粒度儀分析乳液滴的粒徑分布，以索特平均直徑（D3,2） 作為關鍵評價指標。接著，采用控制應力流變儀全面表征了乳液及乳膠的流動曲線（評估剪切稀化行為）和頻率掃描（評估粘彈性，即G‘和G“）。然后，通過Turbiscan多重光散射穩定性分析儀量化了體系的物理穩定性，以Turbiscan穩定性指數（TSI） 為衡量標準。最后，借助場發射掃描電子顯微鏡（FESEM） 直觀觀察了乳液與乳膠的微觀結構形貌。
研究結果
- •
3. Results and Discussion
- •
研究人員首先分析了兩種植物乳化劑的成分，發現藻藍蛋白的蛋白質含量（50.1 wt.%）遠高于高粱粉（11.3 wt.%），這預示了其更優的乳化潛力。界面張力測定證實，藻藍蛋白降低油水界面張力的能力最強，高粱粉次之，兩者混合則表現居中。Zeta電位測量也顯示藻藍蛋白能提供更強的靜電斥力，有利于乳液穩定。
- •
通過系統制備不同條件的乳液并分析其粒徑分布，研究發現，僅使用藻藍蛋白（100P）可形成單峰分布、粒徑更小（D3,2≈ 1.25 μm）的乳液，而僅用高粱粉（100S）則得到雙峰分布、粒徑更大（D3,2≈ 3.60 μm）的乳液。這直接證明了藻藍蛋白的乳化效能優于高粱粉。此外，過高的超聲振幅會導致液滴“再 coalescence”，反而增大了粒徑。
- •
運用響應面模型進行深入分析，建立了液滴粒徑與各因素的數學關系。模型顯示，超聲振幅（A）和乳化劑配比（S/P）是影響粒徑的最顯著因素，而總乳化劑濃度在實驗范圍內影響不顯著。分析找到了一個最優條件點：約30%高粱粉與70%藻藍蛋白的配比（30S/70P），結合45%的超聲振幅，可得到最小的預測液滴粒徑。
- •
3.1. Development of emulgels with psyllium
- •
在最優乳液基礎上加入洋車前子，體系迅速從液態乳液轉變為結構化乳膠。流變測試表明，所有含洋車前子的體系均表現出強烈的剪切稀化行為，符合冪律模型。隨著洋車前子濃度從0.5%增至2%，體系的稠度指數（k） 顯著上升，流動指數（n） 下降，意味著粘度大增且剪切稀化特性更強。乳化體系比單純洋車前子水分散體具有更高的k值，說明油滴的存在增強了網絡結構。
- •
頻率掃描結果確認了乳膠的形成：在所有頻率下，儲能模量（G‘）均大于損耗模量（G“），表現出典型的凝膠特性。值得注意的是，即使僅添加0.5 wt.%的洋車前子，也能形成“弱凝膠”。G‘和G“值隨洋車前子濃度增加而升高，且乳液體系的模量值高于對應濃度的分散體，進一步證實了油滴對網絡結構的增強作用。
- •
FESEM顯微觀察提供了直觀證據：未加洋車前子的優化乳液呈現液滴聚集態；而加入1%洋車前子后，液滴被均勻嵌入一個連續的、具有纖維狀結構的基質中。這種纖維網絡的形成，從微觀上解釋了體系粘彈性增強和穩定性提升的原因。
- •
物理穩定性測試給出了最有力的應用支撐：隨著洋車前子加入，表征不穩定性程度的TSI指數急劇下降。不含洋車前子時TSI高達14.1，添加1%洋車前子后即驟降至1.8左右，2%時維持在1.7。這表明洋車前子形成的凝膠網絡有效抑制了液滴的遷移、聚集和分層，極大地延長了產品的貨架期。
研究結論與意義
該研究成功構建并深入解析了一套基于全植物成分的奇亞油乳膠系統。核心結論在于：首先，源自螺旋藻的藻藍蛋白因其高蛋白含量和優異的界面活性，被證實是比高粱粉更高效的天然乳化劑，但兩者以特定比例（約30S/70P）協同，并在優化超聲振幅（45%）下，可制備出液滴細小均一的穩定乳液。其次，洋車前子作為結構化劑扮演了“游戲規則改變者”的角色，其引入不僅能將低粘度乳液轉化為具有顯著剪切稀化和凝膠流變特性（G′>G″）的乳膠，更能通過形成纖維狀網絡微觀結構，將油滴“鎖”在凝膠基質中，從而將體系的物理穩定性提升了一個數量級（TSI從>14降至約2）。
這項工作的意義超越了單一的配方開發。它展示了一條清晰可行的技術路徑：通過精準的“生物工程”策略——即篩選具有特定功能的植物成分（藻藍蛋白、高粱蛋白、洋車前子纖維），并借助響應面法等現代實驗設計工具優化加工工藝——能夠創造出性能媲美甚至優于傳統合成體系的清潔標簽產品。所開發的乳膠兼具亞微米級液滴、高靜電/空間穩定性、優異的物理穩定性和可調控的凝膠質地，非常適合應用于涂抹醬、沙拉醬、蘸醬、功能性甜點或營養補充劑等需要長保質期和特定口感的全植物基食品中。更重要的是，它為解決高不飽和脂肪酸（如奇亞油中的Omega-3）在食品中易氧化、難穩定的遞送難題，提供了一個天然、可持續且高效的解決方案，直接呼應了市場對健康、環保和清潔標簽食品日益增長的需求，為未來功能性食品的創新開發提供了重要的理論與實踐依據。
