由大豆蛋白分离物-海藻酸钠复合物稳定的大麻籽油油凝胶：结构表征与动力学模型

《Food Chemistry》：Hemp seed oil oleogels stabilized by a soy protein isolate?sodium alginate complex: Structural characterization and kinetics model

本研究通过SPI-Sodium Alginate复合体系与稻米 bran蜡协同作用制备复合oleogel，优化SA添加浓度为1.25 wt%时形成致密机械强度高的内部网络，抑制油泄漏，FTIR证实存在氢键、范德华力等相互作用，建立氧化及Δ?-THC降解动力学模型，为功能性食品开发提供理论依据。

　　

杨和清|聂宇|梁菊薇|王彤|李伟|王伟宁|余电宇

中国哈尔滨市东北农业大学，150030

摘要

本研究使用大豆蛋白分离物（SPI）-海藻酸钠（SA）复合物与米糠蜡（RBW）协同作用制备了复合油凝胶。研究了SA添加对复合油凝胶的影响，并建立了氧化和Δ⁹-四氢大麻酚（Δ⁹-THC）降解的动力学模型。结果表明，当SA浓度增加到1.25 wt%时，所得复合油凝胶达到最佳状态，内部形成了致密且机械强度高的SPI-SA框架，外部几乎没有油泄漏。傅里叶变换红外光谱表明复合油凝胶中存在氢键、范德华力、疏水相互作用和静电吸引作用。建立了复合油凝胶的氧化动力学模型，其方程为：$c=e^{20.8594}{e}^{\frac{?7324.3829}{T}}$，Δ⁹-THC的降解速率为0.0043 day^?1，半衰期为160.63天。结果表明，复合油凝胶化可以减少脂质氧化并延缓活性物质的降解。

引言

大麻（Cannabis sativa L.）是一种属于大麻科、荨麻目、木兰纲的一年生草本植物。它是一种重要的经济作物，在农业和工业领域有广泛的应用（?zdemir, Bakkalba??, & Javidipour, 2020）。大麻籽富含蛋白质、油脂和膳食纤维，因此常用于食品工业（Hua et al., 2024）。大麻籽油（HSO）主要由单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸组成，占总脂肪酸的约80%。大量的亚油酸和α-亚麻酸具有降低血压和降低胆固醇的作用（Khan et al., 2023）。同时，HSO中的ω-6与ω-3的比例约为3:1，这是人体消化和代谢的最佳比例，对人类健康非常有益（Mikulcova, Kasparkova, Humpolicek, & Bunkova, 2017）。然而，由于不饱和脂肪酸中的双键极易氧化，HSO中高含量的不饱和脂肪酸在储存和加工过程中可能导致氧化变质（Islam et al., 2023）。此外，HSO中的主要活性成分是大麻素化合物，代表性的有大麻酚（CBN）、大麻二酚（CBD）和Δ⁹-THC（Analakkattillam, Langsi, Hanrahan, & Moore, 2022）。Δ⁹-THC被认为是一种精神活性物质，具有镇痛作用，可以调节心血管功能并改善神经炎症（Mathew et al., 2021）。许多国家对大麻籽、HSO或其加工食品中的Δ⁹-THC含量有规定。例如，美国农业法案规定工业用大麻的Δ⁹-THC含量必须≤0.3%，而欧洲工业大麻协会（EIHA）要求HSO中的Δ⁹-THC含量低于10 mg/kg。然而，Δ⁹-THC会因光照和高温等环境因素而降解（Bini et al., 2024）。

为了防止油脂和内部活性物质的氧化降解，将它们转化为油凝胶是一种有效的策略（Hu & Meng, 2025）。通过使用不同的油凝胶剂在油脂中形成三维网络结构，可以将液态油脂固定在该结构中，从而得到固体油凝胶（Patel, 2017）。米糠蜡（RBW）是一种高效的油凝胶剂，主要由长链饱和脂肪酸和脂肪醇组成（Hashemi, Varidi, Assadpour, Zhang, & Jafari, 2024）。制备油凝胶的方法是将RBW加热至完全溶解在油脂中，然后冷却，这种方法称为直接分散法。由于形成油凝胶所需的蜡的最小量随链长的增加而减少，因此在油脂中形成长纤维晶体的能力是RBW高凝胶效率的关键因素（Blake, Co, & Marangoni, 2014）。Wijarnprecha, Aryusuk, Santiwattana, Sonwai和Rousseau（2018）发现，使用浓度低至0.5 wt%的米糠蜡即可对米糠油进行结构化处理，油凝胶的弹性模量和硬度随RBW浓度的增加而持续提高。Wang等人（2021）利用粗米糠蜡提高了米糠油油凝胶的氧化稳定性。结果表明，在20°C下储存90天后，含有9.0 wt%粗米糠蜡的油凝胶的过氧化值（POV）从3.21 mmol kg^?1逐渐增加到6.52 mmol kg^?1。然而，基于蜡的油凝胶需要大量的蜡来形成足够强度的网络以满足高氧化稳定性或硬度的要求。但是，过大的或聚集的蜡晶体可能会在口中产生沙粒感，某些高熔点蜡晶体在口腔温度下未完全熔化会在舌头上形成薄膜（Tavernier, Doan, Van der Meeren, Heyman, & Dewettinck, 2018），这通常会导致不愉快的蜡质口感，限制了其在食品工业中的应用。

因此，结合乳液模板法和直接分散法制备的复合油凝胶有望解决上述问题。通过乳液模板法形成的复合油凝胶可以利用骨架网络提供基础的结构强度，从而使用较低浓度的蜡实现油相的内部凝胶化。同时，复合油凝胶形成了更坚固的网络结构，提高了其机械性能和稳定性。制备油凝胶的乳液模板法通常使用蛋白质作为乳化剂，并可能添加多糖以增强乳液的界面稳定性。所得乳液可以通过高温干燥或冷冻干燥后进行剪切处理（Li, Xi, Wu, & Zhang, 2023）。Zou等人（2022）使用大豆蛋白分离物（SPI）和甘油单月桂酸酯作为油凝胶剂，结合乳液模板法和直接分散法制备了复合山茶油油凝胶。结果表明，与单独使用这些方法制备的油凝胶相比，复合油凝胶表现出更强的油结合能力和更好的抗氧化活性。

SPI在食品工业中广泛应用。它具有两亲性，能够在油水界面吸附，是一种安全环保的乳化剂（Wang, Wang, Abd El-Aty, Su, & Tan, 2024）。然而，当SPI单独用作乳化剂时，其在油水界面的吸附能力有限，可能导致乳液滴聚集和絮凝，影响乳液的稳定性。此外，所得乳液的抗氧化性能较差（Wang et al., 2021）。稳定的乳液结构有助于提高油凝胶在冷冻干燥后的强度和抗氧化能力。将SPI与多糖结合是提高其乳化稳定性的有效方法。

海藻酸钠（SA）是一种天然多糖聚合物，由β-D-甘露糖醛酸（M单元）和α-L-古洛糖醛酸（G单元）通过1→4糖苷键连接而成（Gholivand et al., 2024）。由于其高稳定性和增稠性能，它在食品工业中得到广泛应用。SA可以通过增加连续相的粘度并产生空间位阻，与SPI协同增强乳液稳定性（Gholivand et al., 2024）。Wang等人（2024）通过热处理和离子交联结合SPI和SA制备了乳液凝胶。研究发现，添加SA可以影响SPI的分子灵活性，促进凝胶的自恢复性能，并提高基于SPI的乳液凝胶的冻融稳定性。然而，热处理过程可能导致油脂氧化和有益成分的降解。由于SA是一种含有许多活性基团（包括羧基和羟基）的阴离子多糖，可以通过静电沉积与SPI结合，从而在相对温和的条件下制备乳液和凝胶。在pH 3.5时，带负电的SA可以与带正电的SPI形成SPI-SA复合物。在这种复合物中，SPI的疏水部分锚定在油相中，而SA的亲水部分延伸到水相中，从而形成稳定的界面层，增强乳液的稳定性。

在本研究中，首先使用直接分散法用RBW和HSO制备油凝胶。然后，在油凝胶乳液系统中使用SPI-SA复合物作为乳化剂，最后使用乳液模板法制备复合油凝胶。通过测量和表征复合油凝胶的宏观/微观形态、分子间相互作用、热力学性质和流变性质，建立了动力学方程以确定复合油凝胶的氧化稳定性和Δ⁹-THC的降解稳定性。这为大麻籽油油凝胶的应用提供了理论参考，为食品行业的合理使用奠定了基础，并为开发新型功能性食品奠定了基础。

材料

大麻籽购自中国黑龙江的Yehengxing Hemp Biotechnology Co., Ltd.；RBW购自中国湖州的Shengtao Biotechnology Co., Ltd.；SPI（蛋白质含量92.15±0.34%）购自中国哈尔滨的Harbin High-Tech Co., Ltd.；SA购自中国上海的Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.；其他化学试剂为分析级，同样购自Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.

大麻籽油的提取

根据相关方法进行提取

复合油凝胶的视觉观察

图1显示了经过冷冻干燥后不同SA添加量的油凝胶乳液，随后经过剪切处理得到复合油凝胶。观察了复合油凝胶的宏观形态，以油凝胶乳液作为对照组进行比较分析。冷冻干燥后的油凝胶乳液观察显示，样品表面呈现出不规则的多孔层状结构，这可能是由于样品内部形成了冰晶并发生了升华

结论

研究了SA添加对复合油凝胶的宏观/微观形态、分子间相互作用、热力学性质和流变性质的影响。此外，建立了动力学模型以预测脂质氧化和活性成分的降解。结果表明，当SA含量超过1.25 wt%时，复合油凝胶保持稳定，没有明显的油泄漏。微观观察显示其内部形成了致密有序的网络

CRediT作者贡献声明

杨和清：撰写——原始草稿、方法论、研究。聂宇：验证、数据管理。梁菊薇：正式分析。王彤：撰写——审稿与编辑、方法论、资金获取。李伟：监督、概念构思。王伟宁：正式分析。余电宇：监督。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了中国国家自然科学基金（NSFC）的资助：大麻籽中四氢大麻酚的转化调控及其调控机制（项目编号：32401998）。

“新时代龙江优秀硕士和博士论文”资助项目：大麻籽中四氢大麻酚的降解机制和产品特性研究（项目编号：LJYXL2023-083）。