《Food Hydrocolloids》：Design and characterization of low-acyl gellan gum–monoglyceride bigel- based foamed emulsions: Application as a solid fat substitute in an aerated bakery system
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大基泡沫乳浊液替代传统油脂在松饼中的应用研究。通过添加0.0-0.8%低酰基凝胶树胶（LAGG）制备的大基体系，显著提升机械强度（硬度增加至63.22g）、热稳定性（焓值增至317.71J/g）及泡沫稳定性（残存泡沫率提高至35.73%）。25%和75%油脂替代方案均保持松饼体积（2.85-2.92mL/g）、水分（19.56-19.88%）和质构（硬度657.71-668.92g）接近传统配方。研究证实LAGG增强的大基泡沫乳浊液可有效替代传统油脂，维持烘焙产品品质。
Mohammad Reza Salahi|Mohebbat Mohebbi
马什哈德费尔多西大学（FUM）食品科学与技术系，邮政信箱91775-1163，马什哈德，伊朗
摘要
本研究探讨了以单甘酯油凝胶（80%）和低酰基吉兰胶（LAGG）水凝胶（20%）为基础的泡沫乳液（BFEs）作为松饼中起酥油的替代品。制备了含有0.0-0.8% LAGG的bigels，并对其进行了表征和充气处理。增加LAGG浓度显著提高了bigels的机械强度，表现为硬度（30.08-63.22 g）、粘附性（1.31-4.14 mJ）和储能模量（2001.8-8557.9 Pa）的提升。随着LAGG的添加，bigel相的稳定性在第一天提高了72.15-81.69%，并在储存14天后进一步增强。BFEs表现出明显的剪切稀释行为（n = 0.13-0.08），储能模量值从0.0% LAGG时的9211.6 Pa增加到0.8% LAGG时的19,012.4 Pa。热分析显示热稳定性显著提高，焓从0.0% LAGG时的116.15 J g-1增加到0.8% LAGG时的317.71 J g-1，70℃下的残余泡沫完整性从11.31%增加到35.73%。在LAGG含量≥0.3%的情况下，储存稳定性可维持长达30天。使用25%和75%起酥油替代品的松饼试验表明，面糊的比重与对照组（100%起酥油）相当（0.85-0.86 vs 0.85），并且烘焙产品的质量也得到保持，包括比容（2.85-2.92 mL g-1 vs 2.95 mL g-1）、水分含量（19.56-19.88% vs 20.14%）、水分活度（0.815-0.821 vs 0.818）、质地（硬度：657.71-668.92 g vs 595.50 g；弹性：10.33-10.51 mm vs 10.61 mm；咀嚼性：31.30-32.58 mJ vs 30.42 mJ）以及颜色（外壳：ΔE ≤ 1.32，内馅：E ≤ 1.39）。总体而言，LAGG有效增强了bigels和BFEs的强度，使得在松饼中最多可替代75%的起酥油而不会影响产品质量。
引言
过量摄入含有高饱和脂肪酸和反式脂肪酸的塑料脂肪（如起酥油和人造黄油）与肥胖、心血管疾病和2型糖尿病的风险增加有关，因此国际卫生组织建议大幅减少其摄入量（Han等人，2025；Sharifi等人，2025；Zampouni等人，2024）。这些建议推动了开发更健康的脂肪替代品的研究，以降低营养风险同时保持传统固体脂肪的技术和感官功能（Zhou等人，2025）。在烘焙产品中，脂肪在充气、润滑、面糊流变学、内馅结构和整体产品质量方面起着关键作用（Salahi & Mohebbi，2026；Steinkellner等人，2025；Yazar & Rosell，2023）。
已经提出了多种替代或减少固体脂肪的方法，包括基于碳水化合物的脂肪模拟物、蛋白质-多糖系统以及脂质衍生物替代品（Laneuville等人，2005；Oh & Lee，2018；Rodríguez-García等人，2013）。尽管这些策略可以改善营养成分，但许多方法无法复制起酥油的多功能性，尤其是在混合和烘焙过程中稳定空气的能力。直接用液体油替代固体脂肪通常会导致面糊密度增加、膨胀减少和结构变弱，这突显了需要能够承受机械和热应力的先进脂质结构系统（Mili?evi?等人，2020）。
油凝胶化是一种有前景的方法，通过低分子量凝胶剂形成的晶体或聚合物网络将液体油转化为类似固体的材料（Kim等人，2017；Patel & Dewettinck，2015）。这种方法可以将不饱和油转化为饱和脂肪含量较低的类似固体的基质。在各种油凝胶剂中，单甘酯（MG）因其食品级特性和冷却时自组装成层状晶体网络的能力而特别有吸引力。基于MG的油凝胶和油泡沫已被研究用于烘焙食品和充气系统，它们提供了短期稳定性和理想的质地（Du等人，2021；Heymans等人，2017）。然而，依赖低分子量凝胶剂（如MG和蜡）的直接油凝胶化可能会遇到油泄漏、多态转变以及对机械剪切和热应力的有限抵抗力，这限制了它们在动态食品加工（如烘焙）中的性能（Heymans等人，2017；Kang & Imm，2025；Tirgarian & Farmani，2023）中的应用。
为了解决这些限制，研究人员越来越多地探索了bigels，这是一种由油凝胶和水凝胶结合而成的双相半固体系统（Martins等人，2019；Shakeel等人，2019；Zheng等人，2023）。bigels结合了油凝胶的机械强度和油结合能力以及水凝胶的弹性和保水性能。这种双凝胶结构不仅提高了稳定性，还通过用结构化水替代部分油来减少总体脂质含量，符合消费者对低脂配方的需求（Habibi等人，2022；Quilaqueo等人，2022）。此外，与单相系统相比，bigels具有更好的可调性，因为可以通过调整油与水的比例和凝胶剂组合来定制其流变和功能特性（Han等人，2025）。近年来，油凝胶和bigels作为饼干、蛋糕和其他烘焙产品中固体脂肪的潜在替代品受到了广泛关注（Ghiasi等人，2022；Han等人，2024；Kang & Imm，2025；Lin等人，2025；Ma等人，2025；Nutter等人，2023；Quilaqueo等人，2022；Sharifi等人，2025；Steinkellner等人，2025）。然而，用基于油凝胶的系统替代起酥油往往会导致面糊密度增加、面包体积减小和内馅结构不均匀（Oh & Lee，2018；Psimouli & Oreopoulou，2013；Zahn等人，2010）。此外，大多数现有研究仅关注bigels作为静态脂肪基质的作用，而没有探讨其在动态机械和热条件下的稳定空气相的能力。
像松饼这样的充气烘焙产品严重依赖于空气的掺入和稳定，以实现理想的体积和内馅柔软度。传统泡沫在加工和加热过程中热力学不稳定，容易发生排水、凝聚和塌陷（Saint-Jalmes，2006；Zheng等人，2023）。在这种情况下，基于bigels的泡沫乳液（BFEs）作为一种有前景的结构化充气系统应运而生（Guo等人，2024；Zheng等人，2023）。与传统主要作为静态脂肪基质的bigels不同，BFEs是充气的、动态受压的系统，需要同时维持脂肪结构、空气稳定性和热稳定性。在BFEs中，油凝胶相增强了空气-油界面，而水凝胶相提高了整体粘弹性并限制了水分流失，从而在加工和烘焙条件下提高了泡沫的稳定性。因此，BFEs可能通过同时满足起酥油的结构和充气相关功能来克服非充气油凝胶和基于bigels的脂肪替代品中的局限性。bigels和BFEs的性能在很大程度上取决于所选的水凝胶剂。低酰基吉兰胶（LAGG）是一种线性阴离子多糖，能够在低浓度下通过有序的双螺旋聚集形成强而可逆的凝胶（Salahi等人，2024；Vilela等人，2011）。与其他许多水胶体相比，LAGG在低浓度下就能形成坚固的凝胶，具有出色的保水性和结构增强能力。其低电荷密度还使其能够与蛋白质和脂质兼容，扩展了其在多相系统中的潜力（Kazemi-Taskooh & Varidi，2021）。在bigels和BFEs的背景下，LAGG提供了几个理论优势：它可以增强水相、提高保水性并减少排水。此外，LAGG的强凝胶网络有助于提高粘弹性，从而在机械和热应力下支撑气泡稳定。这些特性使LAGG成为增强充气基于bigels系统的理想水凝胶剂。虽然之前也有报道使用吉兰胶基的bigels，但其范围与本研究不同。Zhu等人（2021）使用高酰基吉兰胶制备了bigels，而Wang等人（2024）研究了同时使用低酰基和高酰基吉兰胶制备的bigels；然而，这两项研究都仅关注非充气bigel系统。最近，Guo等人（2024）研究了使用吉兰胶基水凝胶和蜂蜡基油凝胶制备的可搅打bigels，并改变了油凝胶与水凝胶的比例以阐明泡沫形成机制，但没有在模型系统中评估其应用，特别是在烘焙产品中。相比之下，本研究使用LAGG来增强基于单甘酯的bigels，并系统地研究了它们转化为基于bigels的泡沫乳液及其在松饼中的功能性能。因此，本研究的目的是开发基于MG油凝胶-LAGG水凝胶的bigels，并将其转化为具有增强结构、流变、热稳定性和泡沫稳定性的BFEs。系统地研究了LAGG浓度（0.0-0.8% w/w）在固定油与水比例（80:20% w/w）下的效果。随后通过用BFEs替代松饼中25%和75%的起酥油来评估其实际性能，从而将基本材料属性与面糊行为和最终产品质量联系起来。这项工作为基于BFE的脂肪替代品的设计提供了明确的结构-功能框架，并推动了bigel系统从静态基质向动态功能性充气烘焙配方的应用发展。
材料
蒸馏单甘酯（MG；95%单甘酯，1%游离甘油，1.5%游离脂肪酸；熔点65℃）从丹麦Palsgaard公司获得（ID：11009101）。低酰基吉兰胶（乙酰化度25%）从中国上海的Qiaoli有限公司购买。葵花籽油（相对密度0.918；20℃下的粘度58 cP）从国内市场（伊朗Tabiat公司）采购。
bigel制备
bigel的制备包括将MG分散在葵花籽油中（6.25% MG，93.75%油），然后在90℃下加热
bigel和基于bigel的泡沫乳液的形成与稳定机制
理解控制bigel和BFE形成的结构机制对于解释后续分析中观察到的功能行为至关重要。如图1所示，该系统由两种预构相组成：基于单甘酯的油凝胶和吉兰胶水凝胶。在水凝胶相中，水合的吉兰聚合物链主要通过氢键与水分子形成三维粘弹性网络
结论
本研究表明，用LAGG增强基于单甘酯的bigels是一种有效的方法，可以设计出结构坚固且热稳定的BFEs，适用于充气烘焙应用。增加LAGG浓度（0.0-0.8% w/w）系统地提高了bigels的机械强度、粘弹性和相稳定性，从而形成了具有更高储能模量、更好热稳定性和更长储存稳定性的泡沫结构
作者贡献声明
Mohammad Reza Salahi：撰写——原始草稿、方法论、数据分析、概念化。Mohebbat Mohebbi：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调、资金获取、概念化
未引用参考文献
Ghiasi和Golmakani，2022；Tanti等人，2016；Wang等人，2024。
资金来源
本工作基于伊朗国家科学基金会（INSF）资助的研究（项目编号4023238）以及伊朗马什哈德费尔多西大学（FUM）的支持。
利益冲突声明
作者声明没有可能影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
