一种利用蛋白水解物‑纤维素气凝胶模板制备油凝胶的方法属于生物材料与食品领域,该方法包括以下步骤:(1)谷物蛋白水解物的制备;(2)蛋白水解物‑纤维素复合物的制备;(3)蛋白水解物‑纤维素气凝胶的制备;(4)蛋白水解物‑纤维素气凝胶的后处理;(5)油凝胶的制备。该方法采用静电吸附和化学交联相结合的双重增强策略制备蛋白水解物‑纤维素基复合气凝胶,并以复合气凝胶为模板通过简单的物理吸油过程制备油凝胶。油凝胶安全无毒可食用,加工过程不添加任何有毒试剂。油凝胶表现出良好的应变记忆效应和显著的结构弹性。还表现出优异的吸油能力、持油能力和热稳定性。这种可以增强油凝胶机械性能的简便方法适于商业化的大量制备,制备的油凝胶可用于取代人造肉制品中的脂肪。
背景技术
固体脂肪对食物的各种品质,包括质地、储存时间和味道等都有重大影响。然而,最近的研究表明,固体脂肪含有高含量的饱和脂肪酸和反式脂肪酸,过多食用会增加代谢综合症和心血管疾病的患病风险。此外,大多数固体脂肪来自动物,也不利于碳中和与可持续发展。为了避免这些问题,油凝胶已经成为固体脂肪的可行替代品。油凝胶在不改变油的化学性质的情况下,将液体油结构化形成固体状的胶体,达到模拟脂肪的效果。经过多年的研究,制备油凝胶可分为直接法和间接法两种方法。直接法是将油凝胶剂直接添加到油中,形成结晶颗粒网络或自组装系统。常用的油凝胶剂包括单甘油酯、植物甾醇、12-羟基硬脂酸和某些蜡。然而,由于缺乏食品级凝胶、剪切条件下结构不稳定、以及令人不快的蜡味,大多数油凝胶在食品工业中的使用受到限制。为了克服这些挑战,研究人员将注意力转向了间接方法。在间接法中,气凝胶被认为是制造油凝胶的潜在模板。
气凝胶具有高度多孔结构、复杂的三维网络和较大的比表面积。因此,使用气凝胶模板制备的油凝胶具有较高的吸油能力和优异的持油能力。通过简单地将气凝胶浸入油中,它可以通过表面张力和毛细管力的作用转化为油凝胶。与预混合油凝胶相比,气凝胶的生产和运输成本更低。此外,气凝胶模板法只涉及物理吸油过程更适合装载热敏性物质。纤维素衍生物具有无毒、经济、环保等特点,在食品工业中得到广泛应用。由于纤维素链的高长径比和优异的韧性,其制备的气凝胶具有显著的柔韧性和弹性。因此,它非常适合作为制备油凝胶的模板。然而,纤维素气凝胶与无机气凝胶相比力学性能较低,限制了其应用。目前,最常见的解决方案是生物矿化和化学交联。然而,无机纳米颗粒与纤维素之间相容性差以及存在非食品成分使得生物矿化在食品工业中的应用受到限制。在化学交联方面,纤维素含有丰富的活性羟基,可以通过交联形成共价键。常用的交联试剂包括羧酸类、肼类和醛类。在这些交联剂中,柠檬酸因其安全、无毒、可食用的特性而被广泛应用于纤维素交联食品中。植物源蛋白由于带有丰富的活性基团和带电基团而倾向于与多糖相互作用,通过静电吸附与多糖结合形成复合物。基于蛋白质的气凝胶往往坚硬但易碎,而基于纤维素的气凝胶则表现出弹性,将两种物质结合制备复合气凝胶使其表现出两者的优点。此外,有研究发现,当纤维与具有更高比表面积的小颗粒结合时,会形成更强的凝胶,从而导致更紧密的纤维网络。在这种情况下,蛋白水解物粒径更小,表面基团暴露增加,与蛋白相比更适合作为构建模块。
本发明首次提出并采用静电吸附和化学交联相结合的双重增强策略制备蛋白水解物-纤维素基复合气凝胶,并以复合气凝胶为模板通过简单的物理吸油过程制备油凝胶。纤维素作为气凝胶骨架,蛋白水解物通过静电相互作用吸附在多糖链上,形成核壳结构。并结合柠檬酸使纤维素发生化学交联。这种双增强方法显著提高了复合气凝胶模板制备的油凝胶的力学性能。油凝胶表现出良好的应变记忆效应和显著的结构弹性。还表现出良好的吸油能力、持油能力和热稳定性。本发明所制备的油凝胶有可能用于人造肉制品中的脂肪替代与活性物质递送。
实现思路