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基于柑橘纤维-甘草酸纳米纤维相互作用构建油脂结构化材料及其性能研究

基于柑橘纤维-甘草酸纳米纤维相互作用构建油脂结构化材料及其性...

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作者：杜瑞杰华南理工大学

学位级别：硕士

近年来随着植物基食品产业的快速发展,研发新型植物性脂肪物以替代传统动物脂肪,并为植物基食品提供所需的感官属性愈发受到关注。其中,通过利用天然食品级结构单元结合液态植物油结构化策略制备软固态的植物性脂肪被认为是减少/替代动... 详细信息

近年来随着植物基食品产业的快速发展,研发新型植物性脂肪物以替代传统动物脂肪,并为植物基食品提供所需的感官属性愈发受到关注。其中,通过利用天然食品级结构单元结合液态植物油结构化策略制备软固态的植物性脂肪被认为是减少/替代动物脂肪的最有效技术解决方案之一。基于此,在团队前期研究基础上,本论文以天然可食的柑橘纤维(Citrus fiber,CF)和甘草酸(Glycyrrhizic acid,GA)及相应制得的纳米纤维(Nanofibrils)为基础原料,首先探究了不同类型的CF和GA纳米纤维间的相互作用及其对乳液凝胶结构形成与功能性的影响,随后以CF-GA乳液凝胶为模板成功制备了双纳米纤维基油凝胶材料,最后评估了CF-GA乳液凝胶作为动物脂肪替代物的应用潜力,为开发和设计天然食品级植物性脂肪提供了一定的理论指导和技术支持。主要研究结论如下:(1)以柑橘纤维(CF)和甘草酸(GA)双纳米纤维体系(Dual nanofibril system)为研究对象,研究了CF-GA纳米纤维相互作用对乳液凝胶体系形成、微结构、稳定性以及活性包埋与控释特性的影响。结果表明,通过调控刚性半晶质的CF纳米纤维与半柔性软GA纳米纤维之间的相互作用,可显著影响由CF-GA双纳米纤维体系稳定的可食性乳液凝胶的结构和功能特性。在低GA浓度(0.05-0.1 wt%)时,CF纤维和GA纤维在油水界面上的同时吸附使乳液液滴的粒径减小,但增加了液滴不均匀性,导致凝胶结构相对较弱。当GA浓度超过临界浓度(～0.25 wt%)时,GA纳米纤维主导了界面吸附,使乳液凝胶的液滴尺寸更小,粒径分布更均一,且乳液凝胶显示出了更高的黏弹性模量和更优越的机械性能。此外,CF-GA基乳液凝胶的多层界面纤维膜和致密的连续相纤维网络结构可有效地保护活性物质(β-胡萝卜素)并延缓其释放,证明该乳液凝胶可用作疏水活性物的保护和控释载体。(2)以不同机械处理的CF纳米纤维与GA纳米纤维为稳定剂制备乳液凝胶模板,经冷冻干燥工艺,成功制备出了植物纤维油凝胶。结果表明,高压微射流处理更有利于CF纤维结构解离,进而形成黏度更高的纤维分散液、黏弹性更强的纤维网络;经过不同机械处理的CF纤维分散液均能与不同浓度的GA复合构建稳定的乳液模板,结合冷冻干燥工艺,成功制备出外观、微结构与机械特性可调的油凝胶,这归因于CF-GA纳米纤维混合物能够形成坚固的油水界面层使油滴被紧紧包裹在纤维网络中。与CCF-GA(CCF:经空化处理CF)纤维混合体系制备的油凝胶相比,通过HCF-GA(HCF:经高压微射流处理CF)纤维混合物制备的油凝胶呈现出更均一、有序的网络结构以及更优异的流变性、大变形压缩性和温度稳定性,这归因于HCF被解离的程度更大,形成了黏弹性更强的网络骨架以支撑油滴。相应地,在热处理(65℃)过程中,CCF-GA基油凝胶因网络结构相对较弱,所以会释放更多的油。(3)通过在油相中添加蜂蜡和椰子油改变CF-GA纳米纤维乳液凝胶的油相组成,调控了乳液凝胶的温度响应行为和微结构,进一步利用其网络结构的温敏性实现对其风味挥发物的释放行为以及口腔摩擦行为的调控。结果表明,相较于常温25℃,加热处理(37℃和65℃)可不同程度促进挥发性物质(柠檬烯)的释放,主要归因于加热诱使乳液凝胶界面和体相GA纤维网络以及油相晶体网络发生了结构裂解;摩擦性能测试显示油相加入椰子油和蜂蜡以及加热处理均能够显著降低乳液凝胶的摩擦系数,提升其润滑能力。最后将乳液凝胶作为动物脂肪替代物应用于肉饼制品的制备,结果显示,乳液凝胶可实现100%动物脂肪替代,且不会明显影响肉饼的质构特性和总体接受度;需要指出的是,乳液凝胶替代后肉饼制品的多汁性口感得到明显提升,这说明温敏性乳液凝胶能够在肉饼制作过程中释放出更多游离的油滴,从而提供多汁性口感。因此,具有温敏性的CF-GA乳液凝胶可作为优异的动物脂肪替代物应用于植物肉加工,为人造肉制品的多汁性口感提供技术解决方案。

关键词：柑橘纤维甘草酸乳液凝胶油脂结构化植物性脂肪多汁性口感

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