导语：在食品科学领域，如何在减少脂肪含量的同时保持食品的质地和稳定性，一直是研究的热点和难点。传统的低脂食品往往因口感不佳而难以被消费者接受，而近年来，随着健康意识的增强，寻找有效的脂肪替代品成为食品研发的关键方向。2025年7月，Food Research International杂志发表了一篇题为“Investigating the rheological properties and structure of grass pea protein isolate-sesame oilbigelsfor effective fat substitution in low-fat cream formulation”的研究文章，探讨了以草豌豆蛋白分离物(GPPI)和芝麻油为基础的双凝胶(bigel)作为低脂奶油中脂肪替代品的潜力。
植物蛋白基双凝胶
脂肪替代品的新选择
当前，食品工业中常用的脂肪替代品多为合成材料或经过高度加工的成分，这些替代品虽然在一定程度上降低了脂肪含量，但往往存在口感不佳、稳定性差等问题。此外，许多传统脂肪替代品的营养价值较低，无法满足消费者对健康食品的需求。近年来，随着植物蛋白在食品工业中的应用逐渐受到关注，研究人员开始探索利用植物蛋白的凝胶特性来开发新型脂肪替代品。然而，如何将植物蛋白与油脂有效结合，形成具有优良质地和稳定性的双相凝胶，仍是一个亟待解决的科学问题。
本文的亮点在于，作者创新性地将草豌豆蛋白分离物与芝麻油结合。首先，芝麻油富含不饱和脂肪酸，尤其是亚麻酸，这种必需脂肪酸对人体健康至关重要，但人体自身无法合成，所以必须通过饮食摄入。而草豌豆蛋白分离物作为一种植物蛋白，具有良好的凝胶形成能力和高营养价值，能够为芝麻油提供稳定的结构并支持开发出一种具有优良流变特性和结构稳定性的双凝胶。这种双凝胶不仅在质地和口感上接近传统奶油，还具有更高的营养价值和健康属性。
双凝胶配方优化
探索植物蛋白与油脂的最佳组合
本研究是一项实验性研究，旨在开发一种基于草豌豆蛋白分离物和芝麻油的双凝胶，用于替代低脂奶油中的脂肪。研究的核心目标是优化双凝胶的配方，使其在质地、稳定性和口感上尽可能接近传统奶油，同时显著降低脂肪含量。
在研究设计中，作者首先从伊朗伊斯法罕的零售市场采购草豌豆种子，并通过脱脂处理提取草豌豆蛋白分离物。随后，以不同浓度的GPPI(8%、10%和12%)制备水凝胶，并以不同浓度的巴西棕榈蜡(CW，7%和9%)制备芝麻油油凝胶。通过调整水凝胶与油凝胶的比例(70:30、50:50和30:70)，制备出多种双凝胶配方，并对其流变特性、结构稳定性、热稳定性和油结合能力进行系统评估。研究的主要评价指标包括双凝胶的硬度、黏附性、流变特性(如储能量模G'和损耗模量G")、热稳定性以及微观结构。通过这些指标的综合评估，筛选出最佳的双凝胶配方，并进一步将其应用于低脂奶油的制备中，以验证其在实际食品应用中的效果。
双凝胶性能卓越
本研究通过一系列实验，深入分析了草豌豆蛋白分离物和芝麻油双凝胶的各项性能指标，并得出了以下关键信息：
▌流变特性：优异的弹性和结构稳定性
实验结果显示(图1)，双凝胶在不同配方下表现出显著的流变特性差异。图1中的应变扫描测试结果表明，随着剪切应变的增加，储能模量(G')和损耗模量(G")均呈现下降趋势，这表明材料的弹性和粘性特性随着应变的增加而减弱。当水凝胶与油凝胶的比例为70:30，且GPPI浓度为12%、CW浓度为9%时，双凝胶的硬度达到最大值1.12 N，黏附性为1.61 N·s-1。这种配方的双凝胶在储能模量G'和损耗模量G"上均表现出较高的值，表明其具有良好的弹性和结构稳定性。此外，在90天的冷藏储存期间，该双凝胶未出现相分离现象，显示出优异的长期稳定性。
图1草豌豆蛋白水凝胶与巴西棕榈蜡油凝胶在剪切应变下的流变特性比较分析
▌微观结构：多样化的相结构
通过荧光显微镜观察，如图9所示，双凝胶的微观结构呈现出O/W(油包水)、双连续相和W/O(水包油)三种类型，具体类型取决于水凝胶与油凝胶的比例。在70:30的比例下，双凝胶为O/W型;在50:50的比例下为双连续相;在30:70的比例下为W/O型。这种多样化的微观结构为双凝胶在不同应用场景中的使用提供了灵活性。图A至图D展示了不同GPPI和CW浓度以及不同水凝胶与油凝胶比例下的双凝胶结构，而图E和图F分别展示了纯芝麻油油凝胶和GPPI水凝胶的结构。
GPPI 8% 30:70 H:O;B.GPPI 8% 50:50 H:O;C.GPPI 8% 70:30 H:O;D.GPPI 12% 30:70 H:O;E.芝麻油油凝胶; F.GPPI水凝胶。
图2荧光显微镜下的双凝胶结构
▌热稳定性评估：油凝胶含量对热稳定性的影响
热重分析(TGA)表明，双凝胶的热稳定性随着油凝胶含量的增加而提高。在30:70的比例下，双凝胶的热稳定性达到最佳，这表明较高的油凝胶含量有助于增强双凝胶的结构稳定性。图3展示了双凝胶、GPPI水凝胶和芝麻油油凝胶的热重分析结果，显示了不同材料在高温下的热分解行为。
图3不同配比双凝胶的热重分析(TGA)曲线
▌低脂奶油应用：显著改善低脂奶油的质地和稳定性
将优化后的双凝胶(12% GPPI和9% CW，70:30比例)应用于低脂奶油的制备中，实验结果表明，双凝胶能够显著改善低脂奶油的结构强度。即使在50%的脂肪替代水平下，双凝胶奶油的流变特性仍与商业奶油非常接近，且在质地和稳定性上表现出色。通过图4的分析可以发现，双凝胶替代水平对双凝胶奶油的流变特性有显著影响。随着双凝胶含量的增加，材料的储能模量(G')和损耗模量(G")表现出变化，这表明双凝胶的添加能够改变奶油的弹性和粘性特性。这种变化对于改善低脂奶油的质地和稳定性具有积极作用，尤其是在模拟和替代传统奶油的应用中。因此，调整双凝胶的替代水平为优化低脂食品的感官和物理特性提供了一种有效的策略。
A.剪切应变扫描; B.角频率扫描。
图4双凝胶奶油替代品的流变特性分析
总结
本研究的独特价值在于其创新性地结合了植物蛋白和油脂，基于GPPI和芝麻油的双凝胶在流变特性、微观结构、热稳定性和油结合能力方面均表现出色，验证了其在低脂奶油中的应用潜力。并且为低脂奶油等食品的应用提供了一种有效的脂肪替代品。特别是当通过调整水凝胶与油凝胶的比例和GPPI的浓度，可以优化双凝胶的性能，在减少脂肪含量的同时，保持或甚至改善产品的感官和物理特性以满足不同食品加工和应用的需求进而开发更健康、更能被用户接受的低脂食品。最后，研究中虽然验证了双凝胶在低脂奶油中的应用潜力，但对于其在其他食品类别(如烘焙食品、涂抹酱等)中的适用性尚未进行深入探讨。未来的研究可以进一步拓展双凝胶的应用范围来扩大用户的接受程度。
参考文献
Lotfi Shirazi S,KoochekiA. Investigating the rheological properties and structure of grass pea protein isolate- sesame oilbigelsfor effective fat substitution in low-fat cream formulation[J]. Food Res Int. 2025Oct;217:116820.doi: 10.1016/j.foodres.2025.116820.Epub2025 Jun 9.
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导语：在食品科学领域，如何在减少脂肪含量的同时保持食品的质地和稳定性，一直是研究的热点和难点。传统的低脂食品往往因口感不佳而难以被消费者接受，而近年来，随着健康意识的增强，寻找有效的脂肪替代品成为食品研发的关键方向。2025年7月，Food Research International杂志发表了一篇题为“Investigating the rheological properties and structure of grass pea protein isolate-sesame oilbigelsfor effective fat substitution in low-fat cream formulation”的研究文章，探讨了以草豌豆蛋白分离物(GPPI)和芝麻油为基础的双凝胶(bigel)作为低脂奶油中脂肪替代品的潜力。
植物蛋白基双凝胶
脂肪替代品的新选择
当前，食品工业中常用的脂肪替代品多为合成材料或经过高度加工的成分，这些替代品虽然在一定程度上降低了脂肪含量，但往往存在口感不佳、稳定性差等问题。此外，许多传统脂肪替代品的营养价值较低，无法满足消费者对健康食品的需求。近年来，随着植物蛋白在食品工业中的应用逐渐受到关注，研究人员开始探索利用植物蛋白的凝胶特性来开发新型脂肪替代品。然而，如何将植物蛋白与油脂有效结合，形成具有优良质地和稳定性的双相凝胶，仍是一个亟待解决的科学问题。
本文的亮点在于，作者创新性地将草豌豆蛋白分离物与芝麻油结合。首先，芝麻油富含不饱和脂肪酸，尤其是亚麻酸，这种必需脂肪酸对人体健康至关重要，但人体自身无法合成，所以必须通过饮食摄入。而草豌豆蛋白分离物作为一种植物蛋白，具有良好的凝胶形成能力和高营养价值，能够为芝麻油提供稳定的结构并支持开发出一种具有优良流变特性和结构稳定性的双凝胶。这种双凝胶不仅在质地和口感上接近传统奶油，还具有更高的营养价值和健康属性。
双凝胶配方优化
探索植物蛋白与油脂的最佳组合
本研究是一项实验性研究，旨在开发一种基于草豌豆蛋白分离物和芝麻油的双凝胶，用于替代低脂奶油中的脂肪。研究的核心目标是优化双凝胶的配方，使其在质地、稳定性和口感上尽可能接近传统奶油，同时显著降低脂肪含量。
在研究设计中，作者首先从伊朗伊斯法罕的零售市场采购草豌豆种子，并通过脱脂处理提取草豌豆蛋白分离物。随后，以不同浓度的GPPI(8%、10%和12%)制备水凝胶，并以不同浓度的巴西棕榈蜡(CW，7%和9%)制备芝麻油油凝胶。通过调整水凝胶与油凝胶的比例(70:30、50:50和30:70)，制备出多种双凝胶配方，并对其流变特性、结构稳定性、热稳定性和油结合能力进行系统评估。研究的主要评价指标包括双凝胶的硬度、黏附性、流变特性(如储能量模G'和损耗模量G")、热稳定性以及微观结构。通过这些指标的综合评估，筛选出最佳的双凝胶配方，并进一步将其应用于低脂奶油的制备中，以验证其在实际食品应用中的效果。
双凝胶性能卓越
本研究通过一系列实验，深入分析了草豌豆蛋白分离物和芝麻油双凝胶的各项性能指标，并得出了以下关键信息：
▌流变特性：优异的弹性和结构稳定性
实验结果显示(图1)，双凝胶在不同配方下表现出显著的流变特性差异。图1中的应变扫描测试结果表明，随着剪切应变的增加，储能模量(G')和损耗模量(G")均呈现下降趋势，这表明材料的弹性和粘性特性随着应变的增加而减弱。当水凝胶与油凝胶的比例为70:30，且GPPI浓度为12%、CW浓度为9%时，双凝胶的硬度达到最大值1.12 N，黏附性为1.61 N·s-1。这种配方的双凝胶在储能模量G'和损耗模量G"上均表现出较高的值，表明其具有良好的弹性和结构稳定性。此外，在90天的冷藏储存期间，该双凝胶未出现相分离现象，显示出优异的长期稳定性。
图1草豌豆蛋白水凝胶与巴西棕榈蜡油凝胶在剪切应变下的流变特性比较分析
▌微观结构：多样化的相结构
通过荧光显微镜观察，如图9所示，双凝胶的微观结构呈现出O/W(油包水)、双连续相和W/O(水包油)三种类型，具体类型取决于水凝胶与油凝胶的比例。在70:30的比例下，双凝胶为O/W型;在50:50的比例下为双连续相;在30:70的比例下为W/O型。这种多样化的微观结构为双凝胶在不同应用场景中的使用提供了灵活性。图A至图D展示了不同GPPI和CW浓度以及不同水凝胶与油凝胶比例下的双凝胶结构，而图E和图F分别展示了纯芝麻油油凝胶和GPPI水凝胶的结构。
GPPI 8% 30:70 H:O;B.GPPI 8% 50:50 H:O;C.GPPI 8% 70:30 H:O;D.GPPI 12% 30:70 H:O;E.芝麻油油凝胶; F.GPPI水凝胶。
图2荧光显微镜下的双凝胶结构
▌热稳定性评估：油凝胶含量对热稳定性的影响
热重分析(TGA)表明，双凝胶的热稳定性随着油凝胶含量的增加而提高。在30:70的比例下，双凝胶的热稳定性达到最佳，这表明较高的油凝胶含量有助于增强双凝胶的结构稳定性。图3展示了双凝胶、GPPI水凝胶和芝麻油油凝胶的热重分析结果，显示了不同材料在高温下的热分解行为。
图3不同配比双凝胶的热重分析(TGA)曲线
▌低脂奶油应用：显著改善低脂奶油的质地和稳定性
将优化后的双凝胶(12% GPPI和9% CW，70:30比例)应用于低脂奶油的制备中，实验结果表明，双凝胶能够显著改善低脂奶油的结构强度。即使在50%的脂肪替代水平下，双凝胶奶油的流变特性仍与商业奶油非常接近，且在质地和稳定性上表现出色。通过图4的分析可以发现，双凝胶替代水平对双凝胶奶油的流变特性有显著影响。随着双凝胶含量的增加，材料的储能模量(G')和损耗模量(G")表现出变化，这表明双凝胶的添加能够改变奶油的弹性和粘性特性。这种变化对于改善低脂奶油的质地和稳定性具有积极作用，尤其是在模拟和替代传统奶油的应用中。因此，调整双凝胶的替代水平为优化低脂食品的感官和物理特性提供了一种有效的策略。
A.剪切应变扫描; B.角频率扫描。
图4双凝胶奶油替代品的流变特性分析
总结
本研究的独特价值在于其创新性地结合了植物蛋白和油脂，基于GPPI和芝麻油的双凝胶在流变特性、微观结构、热稳定性和油结合能力方面均表现出色，验证了其在低脂奶油中的应用潜力。并且为低脂奶油等食品的应用提供了一种有效的脂肪替代品。特别是当通过调整水凝胶与油凝胶的比例和GPPI的浓度，可以优化双凝胶的性能，在减少脂肪含量的同时，保持或甚至改善产品的感官和物理特性以满足不同食品加工和应用的需求进而开发更健康、更能被用户接受的低脂食品。最后，研究中虽然验证了双凝胶在低脂奶油中的应用潜力，但对于其在其他食品类别(如烘焙食品、涂抹酱等)中的适用性尚未进行深入探讨。未来的研究可以进一步拓展双凝胶的应用范围来扩大用户的接受程度。
参考文献
Lotfi Shirazi S,KoochekiA. Investigating the rheological properties and structure of grass pea protein isolate- sesame oilbigelsfor effective fat substitution in low-fat cream formulation[J]. Food Res Int. 2025Oct;217:116820.doi: 10.1016/j.foodres.2025.116820.Epub2025 Jun 9.
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