《Food Control》：Fabrication of high-performance oleogels using a hydroxypropyl methylcellulose-carrageenan interpenetrating network for quercetin delivery: Effect of carrageenan type
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赵巧莉|陈蕾仪|涂星浩|青世展|李欣欣|刘晓菲|宋冰冰|钟赛怡广东海洋大学食品科学与技术学院，广东省水产品加工与安全重点实验室，广东省海洋生物制品工程技术实验室，广东省海鲜工程技术研究中心，广东省亚热带果蔬加工科技创新中心，湛江，524088，中国摘要本研究通过将羟丙基甲基纤维素
赵巧莉|陈蕾仪|涂星浩|青世展|李欣欣|刘晓菲|宋冰冰|钟赛怡
广东海洋大学食品科学与技术学院，广东省水产品加工与安全重点实验室，广东省海洋生物制品工程技术实验室，广东省海鲜工程技术研究中心，广东省亚热带果蔬加工科技创新中心，湛江，524088，中国
摘要
本研究通过将羟丙基甲基纤维素（HPMC）与不同类型的卡拉胶（CA）结合，制备了泡沫模板气凝胶，并进一步加载菜籽油以形成油凝胶，用于包裹槲皮素。研究了不同类型卡拉胶（ι-、κ-和λ-）对气凝胶物理和机械性能的影响，以及气凝胶孔结构对油凝胶的持油能力、粘弹性能和包裹效率的影响。结果表明，通过氢键作用形成的HPMC-CA复合气凝胶比纯HPMC气凝胶具有显著更高的硬度和机械强度。其中，HPMC-κ-CA复合气凝胶表现出最高的硬度（1972.89 kPa）、屈服强度（0.01 MPa）和压缩强度（0.14 MPa）。相应地，该油凝胶也表现出更好的粘弹行为和优良的热稳定性。更重要的是，HPMC-κ-CA复合油凝胶有效保护了槲皮素，显著增强了其对光降解和热降解的抵抗力。与纯菜籽油相比，装载在HPMC-κ-CA复合油凝胶中的槲皮素的生物可利用性提高了0.7倍。本研究为设计基于多糖的油凝胶载体提供了有价值的见解，并拓宽了槲皮素在食品工业中的潜在应用。
引言
油凝胶化是一种通过构建三维网络结构将液态油转化为类似固体的油凝胶的有效方法（Barmase等人，2025年）。这种方法显著提高了液态油的物理稳定性和塑性，同时保持了其化学性质（Basak和Singhal，2026年）。油凝胶的形成通常依赖于直接添加油凝胶剂（如生物蜡、单甘酯、植物甾醇等）或使用特定聚合物来创建凝胶网络，从而物理固定液态油。由于油凝胶的可调流变行为和潜在的健康益处，它们在食品工业中受到了广泛关注，成为传统饱和脂肪的功能替代品（Zou等人，2023年）。然而，传统的油凝胶系统在食品应用中面临实际限制，包括食品级疏水性油凝胶剂种类有限、感官特性不佳（如蜡质感）、熔点高以及热稳定性不足（Li等人，2022年）。
近年来，高分子量生物聚合物油凝胶剂（如蛋白质、多糖及其复合物）受到了广泛关注。这些生物聚合物可以通过氢键、疏水相互作用和静电力形成三维网络结构，从而有效固定液态油（Li和Zhang，2023年）。所得油凝胶的粘弹性能主要由生物聚合物的组成、浓度、构象灵活性和分子量分布决定。目前制备基于生物聚合物的油凝胶的方法主要依赖于乳液模板法和气凝胶模板法（Liu等人，2020年）。在乳液模板法中，去除O/W乳液的水相，留下一个包裹分散油相的生物聚合物支架；随后的机械剪切诱导结构重组形成油凝胶（Zhao等人，2025年；Tao等人，2025a年）。然而，大多数生物聚合物稳定的乳液的冻融稳定性较差，限制了这种方法的可扩展性。相比之下，基于生物聚合物的气凝胶由于其可生物降解性、高孔隙率和优异的吸油能力而成为一个有前景的替代方案（Qin等人，2025年）。
目前，关于基于多糖和蛋白质的气凝胶的研究已经非常广泛（Wang等人，2026年）。这些气凝胶通常是通过冷冻干燥水凝胶或水基泡沫前驱体制备的，其中连续水相的升华保留了生物聚合物网络作为多孔骨架（Tao等人，2026年）。例如，Sun等人（2025年）使用基于豌豆蛋白纤维和ι-卡拉胶的气凝胶模板方法制备了南极磷虾油油凝胶。他们发现豌豆蛋白纤维与ι-卡拉胶之间的分子相互作用促进了气凝胶网络的形成。增加ι-卡拉胶的含量导致网络更加致密，机械强度增强，从而形成了孔径更小、毛细力更强的多孔框架。这有助于构建具有优异粘弹性的半固态油凝胶，同时也有效掩盖了南极磷虾油的特征性鱼腥味。同样，使用海藻酸钠-明胶马利亚德共轭物制备的气凝胶模板也被用于油凝胶的生产。这些复合气凝胶形成了稳定的三维网络，有效包裹了油，显示出23.31 g/g的吸油能力和84.75%的持油能力（Li等人，2022年）。
羟丙基甲基纤维素（HPMC）是一种通过醚化天然纤维素合成的非离子纤维素醚，其中纤维素主链上的羟基被甲基和羟丙基取代，具有优异的成膜能力、增稠性能和界面活性（Wang等人，2023年）。先前的研究已经证实了通过泡沫模板法制备HPMC基气凝胶的可行性。然而，纯HPMC水基泡沫稳定性不足，在冷冻过程中容易发生气泡粗化和结构塌陷。最近的研究表明，引入多糖增强剂（如黄原胶和吉兰胶）可以有效调节孔结构并提高HPMC气凝胶的机械性能（Jiang等人，2022年）。卡拉胶（CA）是一种从红藻中提取的天然线性硫酸化多糖（Toumi等人，2022年）。其主链由交替的3-连接-β-D-半乳糖和4-连接-α-D-半乳糖单元组成，结构异质性源于硫酸基团的数量和位置的变化。具体来说，κ-卡拉胶（k-CA）每个二糖单元含有一个硫酸基团，ι-卡拉胶（?-CA）含有两个，λ-卡拉胶（λ-CA）含有三个。在商业应用中，κ-CA和ι-CA主要因其热可逆凝胶化能力而被使用，而λ-CA则用作非凝胶增稠剂（Sun等人，2025年；Navikaite等人，2016年）。尽管CA在食品系统中被广泛使用，但将其纳入HPMC基气凝胶以开发油凝胶输送系统的研究尚未报道。更重要的是，现有研究主要集中在多糖类型、浓度和干燥方法对气凝胶性能的影响上，而多糖分子构型对HPMC泡沫模板气凝胶的微观结构、机械性能和持油能力的影响，以及所得油凝胶的后续性能和包裹能力的影响尚未得到探索。
因此，在本研究中，通过将HPMC与不同类型的CA（κ-、ι-和λ-）结合，制备了一系列气凝胶，随后将其用作多孔模板来制备通过毛细驱动吸油的油凝胶。这些气凝胶通过场发射扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）和机械测试进行了系统表征。还评估了相应油凝胶的持油能力和粘弹性能。此外，还研究了所得油凝胶对装载的槲皮素（Que）的光降解和热降解的保护作用，以及它们在体外模拟消化过程中对Que生物可利用性的影响。本研究为气凝胶模板油凝胶在营养补充剂和功能性食品中的潜在应用提供了理论见解。
章节片段
材料
羟丙基甲基纤维素（HPMC；羟丙氧基含量：7.0%-12.0%）、λ-卡拉胶（λ-CA；粘度：70 mPa.s）和槲皮素（Que）购自Macklin Biotechnology Co., Ltd.（上海，中国）。k-卡拉胶（k-CA；粘度：120-250 mPa.s）和ι-卡拉胶（ι-CA）购自Yuanye Biotechnology Co., Ltd.（上海，中国）。所有其他试剂均为分析级。
气凝胶的制备
根据Qin等人的方法制备了由HPMC和CA组成的泡沫模板气凝胶
水溶液的粘度和水基泡沫的稳定性
水连续相的粘度是决定水基泡沫稳定性的关键因素。连续相粘度的适度增加通常通过减缓液膜排水和抑制气泡间的气体扩散来提高泡沫稳定性，从而延缓泡沫塌陷（Souza等人，2026年）。然而，过高的粘度会阻碍发泡过程中的空气夹带，从而影响气泡成核和气泡大小的均匀性
结论
本研究通过将HPMC与各种类型的CA（ι-、κ-和λ-）结合，成功制备了泡沫模板复合气凝胶。这些气凝胶作为有效的多孔支架，将菜籽油结构化为稳定的油凝胶，用于包裹槲皮素。结果表明，引入CA，特别是κ-CA，通过氢键作用显著提高了气凝胶的硬度和机械强度。HPMC-κ-CA气凝胶的优越多孔网络赋予了
CRediT作者贡献声明
青世展：方法学、数据管理。李欣欣：方法学、数据管理。刘晓菲：写作 – 审稿与编辑。赵巧莉：写作 – 初稿撰写、方法学、研究设计、概念化。陈蕾仪：方法学、数据管理。涂星浩：写作 – 审稿与编辑。宋冰冰：写作 – 审稿与编辑。钟赛怡：写作 – 审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取
Chen等人，2025年；Li等人，2024b年；Souza和Ferreira，2026年；Wang等人，2026年；Zhao等人，2024年；Zhao等人，2025年。
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（32402136）、湛江市科技计划项目（2025A401001）、广东海洋大学的科研启动资金计划（060302042402）以及广东省高校重点研究项目（2025ZDZX2029）的支持。
