2026年1月13日，河南工业大学粮油食品学院陈小威副教授团队在中科院农林科学一区Top期刊Food Hydrocolloids（F:12.4）上在线发表了题为“Switchable thermo-triggered and 3D-printable soy protein soft emulsion gels as fat analogs for plant-based meat”的研究型论文。
乳液凝胶因其可灵活设计、质构优良、黏弹性可调，并能模拟脂肪结构，成为替代传统油脂的研究热点。它能较好模拟动物脂肪的硬度与持水性，植物基配方更降低了饱和与反式脂肪酸含量。其中油脂作为填充剂可调节网络强度，大豆蛋白基乳液凝胶通过酸、酶或多糖复合可模拟动物脂肪质构并提供润滑性。3D打印技术可进一步实现植物产品中的脂肪纹理模拟。但该体系在储存与加热中易发生相分离和结构破坏，且常出现加热后硬度与咀嚼性不足的问题。目前，具有热响应特性（室温固态、加热液态）的乳液凝胶研究尚不充分，其缺乏类似脂肪的热行为限制了实际应用。
食用脂肪的主要功能源于甘油三酯中饱和与反式脂肪酸提供的固态特性、脂肪球结构及热响应性，这些直接影响食品的外观、风味与口感。为模拟天然脂肪，需构建兼具脂肪球与热响应基质的工程化微结构，以复现其在加工和食用过程中的宏观质地与动态行为。植物基肉类因缺乏动物脂肪的胶原支架结构，导致油脂游离、质地不足（如硬度、咀嚼性与多汁感差）。因此，开发具有类动物脂肪质地与热响应特性的替代品，是改善植物基食品加工稳定性的关键方向。
本研究旨在探讨将食用液态油结构化为可切换热触发型大豆蛋白软质乳液凝胶的潜力，并以此为基础研究开发适用于植物肉饼的3D打印脂肪替代品的可行性。本研究以大豆蛋白（8 wt%）与不同种类水胶体（包括0.8 wt%明胶、黄原胶、刺槐豆胶、胶原蛋白、海藻酸钠和0.5 wt%-0.8 wt%卡拉胶）为载体，固定食用液态油，制备了一系列食品级软质乳液凝胶。在筛选出最佳水胶体（卡拉胶）和制备方法后，系统研究了卡拉胶浓度对体系微观结构、流变特性及水分分布的影响；基于该体系的热可逆凝胶特性，进一步探究了卡拉胶浓度对3D打印性能（包括形状保真度与稳定性）的影响；最后，通过质构剖面分析与烹饪损失率评估了软质乳液凝胶作为植物基脂肪模拟物在植物基肉饼中的应用表现。本研究为不使用部分氢化油即可将食用液态油结构化至半固态提供了新策略，并为开发适用于植物基食品的3D打印植物脂肪模拟物开辟了新路径。
研究亮点
• 大豆蛋白（SPI）乳液凝胶可通过一锅式均质法制备。
• 卡拉胶（CG）赋予了SPI乳液凝胶自支撑特性。
• 研究了实现结构化油脂的SPI和CG的相互作用机制。
• 热可逆软质乳液凝胶具有优异的3D打印性能。
• 热触发型乳液凝胶作为脂肪模拟物，已成功应用于植物基肉饼中。
研究结论
（1）当卡拉胶浓度增加至0.8 wt%时，蛋白质交联增强，形成更致密的凝胶网络。
（2）该软质乳液凝胶的稳定性源于SPI与CG之间的协同氢键及静电相互作用，同时CG在连续相中起到桥连作用。
（3）该乳液凝胶具有显著的热可逆性和3D可打印性，打印精度超过90%。
（4）作为植物基肉饼中的脂肪替代物，该乳液凝胶有效改善了液态油易导致的口感脆裂问题，赋予产品紧实而有弹性的质地，并将烹饪损失降至约10%。
（5）SPI-CG乳液凝胶中CG含量的增加显著提升了植物基肉饼的硬度与咀嚼性。
（6）热响应型软质乳液凝胶可作为植物肉制品中具有潜力的脂肪替代方案，为食品配方的创新提供了重要参考。
图文赏析
图1. 图文摘要。
图2. 通过预添加（A）和后添加（B）卡拉胶制备SPI/CG稳定乳液凝胶的示意图（未按比例绘制）。其中SPI和CG浓度分别为4 wt%和0.5 wt%。预添加和后添加卡拉胶制备SPI/CG稳定乳液凝胶的粒度分布（C）和粒径（D）。SPI-CG：无加热-冷却过程的一锅法；SPI-CG (One-pot)：经加热-冷却处理的一锅法；SPI-CG (Two-step)：乳化后添加CG且无加热-冷却的两步法。图C插图为含50 wt%大豆油和4 wt% SPI的乳液外观。SPI：大豆蛋白、CG：卡拉胶。
图3. 不同CG浓度下乳液凝胶的液滴尺寸分布（A）、平均液滴尺寸（B）、表面电荷（C）、 干燥乳液凝胶的傅里叶变换红外光谱（D，其中液态油已由环己烷替代）、不同卡拉胶浓度（0.0 wt%–0.8 wt%）下SPI的二级结构组成（E）。SPI：大豆蛋白、CG：卡拉胶。
图4. 不同CG浓度乳液凝胶的热触发行为外观示意图（A）及其在升温（至70°C）与冷却（至25°C）过程中的弹性模量与粘性模量（B）。SPI：大豆蛋白、CG：卡拉胶。
图5. SPI/CG乳液的激光共聚焦显微镜图像，展示了不同CG浓度（分别为0、0.5、0.7、0.8 wt%）下的油相液滴分布情况；溶胶状态（A）和凝胶状态（B）下的油滴与蛋白质分布；凝胶体系中油滴与蛋白质的三维重构图像（C）。其中，油相（绿色）使用尼罗红染色，蛋白质（红色）使用尼罗蓝染色。SPI：大豆蛋白、CG：卡拉胶。
图6. 不同卡拉胶添加量（i：0 wt%、ii：0.5 wt%、iii：0.7 wt%、iv：0.8 wt%）下所制备乳液的扫描电镜图像（A）。其中红色圆圈标示油滴位置，橙色矩形区域显示CG分布情况。CG热触发构象转变示意图（Bi）及与其相关的调控乳液凝胶性能的分子间相互作用（Bii）。SPI：大豆蛋白、CG：卡拉胶。
图7. 乳液在不同CG浓度（i：0 wt%、ii：0.5 wt%、iii：0.7 wt%、iv：0.8 wt%）下未负载（i–iv）与负载（i’–iv’）β-胡萝卜素时的3D打印成型效果（A）、凝胶体系中不同CG浓度下打印立方体的成型精度（B）与结构稳定性（C）。CG：卡拉胶。
图8. 以SPI/CG稳定乳液凝胶为脂肪类似物在植物基肉饼中的构建与性能分析。使用热响应软质乳液凝胶作为脂肪类似物的植物基肉饼制备流程（A）；含不同黏结剂的植物基肉饼在烹饪前（B）与烹饪后（C）的外观；不同脂肪/乳液凝胶类似物对植物基肉饼烹饪前后硬度（D）和咀嚼性（E）的影响；含不同黏结剂的植物基肉饼的烹饪损失率（F）。SPI：大豆蛋白、CG：卡拉胶。
作者简介
陈小威，博士，校聘副教授，河南省高校科技创新人才，河南省优秀学位论文指导教师，河南省黄大年团队成员。研究领域包括油脂加工与深加工、脂质化学与品质控制、新型食品专用油脂及食品功能因子递送载体开发等。先后主持国家自然科学基金、“十四五”重点研发计划子任务、河南省高校科技创新人才项目、河南省自然科学基金面上、河南省联合基金等科研项目9 项，作为骨干承担国家自然科学面上基金、重点研发等5 项，主持及参与社会服务横向项目7 项。发表论文100余篇，申请国家发明专利7 项，授权 2 件，担任 10 余个国内外知名期刊审稿专家以及国家自然科学基金评审专家。