基于天然皂苷油水界面自组装的油脂凝胶结构化及其调控机理

Structuring of liquid oil into solid systems with an environmentally friendly raw materials and controllable processing has be an urgent technical issue in the fundamental research of food science. In the project, the fabrication of structured oleogels based on the self-assembly of natural saponins at oil-water interface would be investigated according to our previous work. First, the interfacial self-assembly of saponins at oil-water interface and its behavior regulation are investigated. Then, design and construction of saponin-based emulsion templates were carried out, and the effect of interface structure on the formation, characterization and stability of emulsions were studied, with the aim to elucidate their structure-activity relationship. Further, combining the controllable preparation of the oleogels and the correlation analysis among texture, rheology and functional properties were investigated, trying to elaborate the relationship between interface structure and structured oleogels, and the underlying mechanism was proposed. In-depth study of this aspect not only opens the door for the scientific understanding of the relationship among interface microstructure, emulsion stability and oil structuring, but also provides new ideas and theoretical guidance for the design and development of special oils and fats in food industry.

如何以环境友好的基材和可控化的方式将液态油脂转化为固态或凝胶态是食品科学应用基础研究领域亟待解决的技术课题。本课题在前期工作基础上提出“基于天然皂苷油-水界面自组装调控油脂凝胶结构化”的设想，拟通过研究皂苷在油-水界面上的自组装机制及行为调控，设计和构建皂苷基乳液模板，探究界面结构对乳液胶体形成、微结构和稳定性的影响并明确其构效关系；进一步结合结构化油胶的可控化制备及其质构、流变和功能特性的关联性表征分析，揭示皂苷油-水界面自组装对液态油脂凝胶结构化的调控规律与机理。研究成果不仅将科学的认识界面微结构与乳液稳定性、油脂凝胶结构化之间的关系，更为新型食品专用油脂的可控化设计与开发提供新思路和理论支持。

针对环境友好基材和可控化的方式将液态油脂转化为固态或凝胶态是食品科学应用基础研究领域亟待解决的关键问题，本项目通过研究天然皂苷在油-水界面上的自组装机制及行为调控，设计和构建皂苷基乳液模板，探究界面结构对乳液胶体形成和结构的影响，并结合结构化油胶的调控构建与特性表征分析揭示皂苷界面组装对液态油脂凝胶结构化的调控规律与机理。主要研究结果如下：1）在油水界面诱导下，天然三萜皂苷（皂皮皂苷QS、茶皂苷TS）分子间发生氢键和π-π堆积作用自发组装成右螺旋纤维化网络，并以多层纤维膜高效包裹油滴，不仅可以提供油脂凝胶化过程中的高抵抗外力能力形成半透明油胶（98.2%超高油浓度），还可通过氢键强度的调控实现风味挥发物的控释；2）水相碱环境、离子强度（NaCl）和负电荷诱导天然皂苷（如QS）界面组装形成致密纤维界面膜强化乳液模板机械强度，并形成稳定的油凝胶，但过高的离子强度和强酸度（pH<1）不利于油胶构建；同时，皂苷浓度与乳滴粒径有利于油胶强度，并呈现指数变化规律；3）缓慢脱除水溶剂赋予 油滴有序排列的时间形成高凝胶强度和触变性恢复性的油胶，并可逆性重构形成稳定乳液；4）通过分子复配（如甘草酸、柑橘纤维）可大幅度降低皂苷使用剂量（0.090%），二元复合稳定形成乳液凝胶和高粘弹性（>105Pa）油胶，并可替代或部分替代传统反式/高饱脂肪的食品专用油应用于速冻食品和烘焙食品，抑制汤圆的开裂和赋予曲奇饼干良好特性；5）基于皂苷界面组装行为以及油-水界面工程成功设计具有尺度和空间效应的等级乳液和油胶，实现对风味感知和食品功能因子消化的时空递送，为食品智造提供多任务功能性交付载体。研究成果不仅促进科学认识界面与乳液、油脂凝胶结构化之间的关系，对零反式/低饱和新型食品专用油脂的可控化设计与开发具有重要意义。尽管如此，油脂凝胶化构建和应用过程中高不饱和油脂的氧化防控是油凝胶工业化进程中的技术瓶颈，亟待解决。