基于乳脂肪球膜、外源性磷脂和乳蛋白调节脂滴界面：提高特定高脂乳液的稳定性

《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》：Regulating the lipid droplet interface based on milk fat globule membrane, exogenous phospholipids, and milk protein: Improving the stability of a specific high-fat emulsions

本研究制备含MFGM和外源磷脂的两种模型乳蛋白emulsion，分析界面蛋白组成与磷脂互作对稳定性的影响。结果表明，MFGM的协同作用可减少磷脂对界面蛋白的置换，形成致密界面层，并增强zeta电位和稳定性；优化PL-NEW2乳化顺序可提高MFGM蛋白保留率，增强静电和空间位阻效应，为高脂emulsion开发提供理论支持。

　　

Xin Wang|Yanqiao Ji|Mengqi Wang|Hongjuan Li|Hongbo Li|Jinghua Yu

天津科技大学食品科学与工程学院，中国天津300457

摘要

近年来，清洁标签产品受到了越来越多的关注。大豆磷脂和乳脂球膜（MFGM）越来越多地被用作天然乳化剂。本研究制备了两种具有不同界面蛋白组成的乳液（含MFGM和不含MFGM），以探究界面成分与外源磷脂之间的相互作用。物理性质分析表明，含有MFGM的乳液具有更窄的粒径分布、更高的ζ电位绝对值和更低的表面张力，因此具有更好的稳定性。界面分析表明，添加MFGM可以减轻外源磷脂对界面蛋白的置换作用，从而保持足够的蛋白质和磷脂水平，形成致密的界面层。此外，外源磷脂显著降低了乳蛋白在界面处的结合强度，破坏了界面膜的机械完整性。使用PL-NEW2制备方法修改界面成分的乳化顺序，提高了乳脂球膜蛋白的保留率。同时，它实现了外源磷脂和乳蛋白的更好协同吸附，使乳脂球具有较高的静电排斥力和空间排斥力。本研究的结果为构建稳定的乳脂球界面和实现特定高脂乳液的胶体稳定性提供了理论指导。

引言

随着全球食品行业不断向天然、安全和可持续的配方发展，清洁标签产品受到了消费者的广泛关注。因此，系统研究天然乳化剂的协同效应至关重要。由于天然磷脂具有多种功能特性和固有的表面活性，它们已被广泛研究和应用[1]。大豆磷脂主要由磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酸（PA）和磷脂酰甘油（PG）组成[2]。两亲性磷脂（PLs）可以容易地吸附在油水界面并降低界面张力，从而促进稳定乳液或脂质体输送系统的形成[3]。例如，Pan等人[4]和Ma等人[5]发现，含有外源PLs的乳液比对照乳液具有更高的稳定性，因为PLs与其他成分相互作用形成了更紧密的界面层。不同的PLs和蛋白质表现出不同的界面行为。具有小头部基团和饱和脂肪酸链的PE可以通过紧密堆积和氢键与β-乳球蛋白形成高度刚性的界面。然而，这种刚性导致剪切强度和稳定性较差。PC的大头部基团可以通过疏水相互作用整合到蛋白质网络中，形成灵活且稳定的异质界面[6]。酪蛋白胶束被界面处的负电荷脂质域排斥，从而抑制了它们的吸附[7]。此外，酪蛋白分子的灵活结构使得它们在界面吸附时更容易被PC取代[8]。在一项使用MFGM脂质模型系统研究蛋白质行为的研究中，β-乳球蛋白比β-酪蛋白更难被置换[9]。这些研究表明，在不同蛋白质组成的系统中，外源PLs表现出不同的界面吸附行为。在以乳清蛋白为主的蛋白质系统中，PLs倾向于与乳清蛋白协同形成紧密的油水界面层。这种蛋白质系统主要用于婴儿配方奶粉的研发。以酪蛋白为主的系统也有广泛的实际应用，其中PLs更倾向于置换界面蛋白。PLs过度取代酪蛋白会降低油水界面的机械强度，导致脂肪晶体穿透界面层并使乳液不稳定[10]。因此，需要进一步研究外源磷脂与乳品系统成分之间的相互作用。

MFGM是一种三层膜，包围着乳脂球（MFG）的最外层，由膜蛋白、极性脂质、糖脂和胆固醇组成[11]。这些成分具有调节肠道微生物群、促进神经突触发育和调节抗炎免疫反应等功能[12]、[13]、[14]。许多研究表明，MFGM材料具有优异的乳化性能，可以提高乳液的稳定性[15]、[16]。Phan等人[17]发现，MFGM蛋白的乳化稳定性优于MFGM磷脂，并将这一现象归因于MFGM蛋白分子之间的相互作用形成了更紧密的界面层。He等人[18]也发现，使用MFGM和MFGM蛋白制备的乳液具有更高的稳定性，而使用MFGM制备的乳液还具有更好的热稳定性。通过各种分离技术可以从乳制品副产品中回收富含MFGM的组分[19]、[20]、[21]。由于其出色的营养和功能特性，MFGM已成为添加到婴儿配方奶粉中的关键成分，以更好地模拟母乳的成分[15]、[22]。然而，从复杂食品基质中大规模生产MFGM及其相关成本导致市面上MFGM富集产品的价格较高，间接限制了MFGM的广泛应用。我们的初步研究表明，使用高脂奶油（而不是黄油）制备的乳液保留了天然MFGM的优异乳化性能[23]。这一发现表明，MFGM可以在不需要复杂纯化的情况下提高乳液稳定性，从而降低分离成本并扩展其在其他系统中的应用。因此，在本研究中，使用高脂奶油作为MFGM的天然来源制备了高脂乳液。在实际应用中，MFGM与其他成分相互作用，影响乳化性能。先前的研究记录了MFGM与乳蛋白[7]、[22]、乳蛋白与外源PLs[6]、[9]的界面行为，以及通过添加外源PLs补充MFG界面成分[5]、[24]的相互作用。然而，关于MFGM、外源PLs和乳蛋白之间复杂相互作用的研究仍然很少——特别是在以酪蛋白为主的系统中——以及MFGM如何影响外源PLs的吸附。解决这些问题具有重要的实际意义。

我们制备了两种具有不同界面组成的模型乳液：C3B1（含MFGM）和C0B1（不含MFGM）。对添加了PLs的乳液的物理性质进行了表征，以评估外源PLs对不同乳液模型稳定性的影响。为了阐明成分之间的相互作用，我们进一步研究了界面组成和重构。最后，我们探讨了构建稳定乳脂球的乳化顺序。本研究为多种乳化剂的协同应用和构建高度稳定的脂肪球提供了新的见解。

材料

原始牛奶（脂肪含量3.94%，蛋白质含量3.26%）来自中国天津的一个当地农场，并在4°C、4000 × g的条件下离心20分钟，以分离出高脂奶油（HFC；脂肪含量77.01%，蛋白质含量2.025%，无脂肪泄漏）。脱脂奶粉（蛋白质含量34.36%）来自中国北京的Milkyway Trade Corp。无水乳脂（AMF；脂肪含量99.8%）购自中国内蒙古的Inner Mongolia Yiwei Ethnic Foods Co., Ltd。大豆PLs（丙酮不溶性物质>97.0%）购自

乳液的稳定性

测量了C3B1和C0B1模型乳液的TSI值，以研究不同界面组成及其与吸附的外源PLs之间的相互作用对乳液短期稳定性的影响。如图1A所示，随着磷脂含量从0增加到0.75%，C3B1模型乳液的中间TSI逐渐降低。当磷脂含量从0.75增加到1.25%时，C3B1乳液的中间TSI增加。这表明C3B1-0.75乳液

结论

添加天然PLs提高了C3B1和C0B1模型乳液的总体稳定性，其中C3B1-0.75的稳定性最高。尽管如此，C0B1乳液的中间稳定性有所下降。与C0B1乳液相比，C3B1显示出更均匀的粒径分布、更高的ζ电位绝对值、更大的粘度和更低的表面张力。这些发现表明，天然PLs有效提高了含MFGM的乳液的稳定性

CRediT作者贡献声明

Mengqi Wang：研究工作。Hongjuan Li：监督、资源提供。Hongbo Li：监督、资源提供。Jinghua Yu：监督、资源提供、方法论指导。Xin Wang：撰写初稿、研究工作、概念构思。Yanqiao Ji：研究工作。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢甘肃省重大科学技术专项计划[24ZD13NA014]的支持。感谢天津科技大学现代分析技术中心提供的快速超分辨率激光共聚焦显微镜系统。