《Current Research in Food Science》：A glycosylated protein-polysaccharide-polyphenol complex provides Pickering emulsion effects increasing freeze-thaw stability and encapsulation of vitamin D
3 in ice cream
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本研究针对橄榄油基冰淇淋易融化、冻融稳定性差，以及功能性营养素维生素D3(VD3)易降解、递送效率低的问题，创新性地设计并制备了一种基于酶法糖基化蛋白-多糖-多酚三元复合物（TCTP）的Pickering乳液。研究证实，该乳液能显著提升冰淇淋的冻融稳定性与延缓融化，并能高效包封和递送VD3，其包封率(EE)高达95.8%，生物利用度达84.5%，并能在模拟肠道消化中实现高达100%的游离脂肪酸释放。这项研究为开发兼具优异质地与营养功能的高品质冷冻甜品提供了一种新策略。
冰淇淋，作为广受欢迎的冷冻甜品，其口感与质地一直是研发的关注焦点。特别是橄榄油基等非乳基冰淇淋，虽然在风味和健康方面具有吸引力，却普遍面临着一个“怕热”的难题——在温度波动下（如储存或运输过程中的冻融循环），容易变得不稳定，出现质地分离、融化过快等问题，影响产品品质。与此同时，为了提升产品的营养价值，向冰淇淋中添加维生素D3(VD3)这类对人体骨骼健康、免疫调节至关重要的脂溶性营养素，也存在巨大挑战。VD3本身性质不稳定，对光、热敏感，在食品加工和储存过程中容易降解失效。如何让冰淇淋既能“扛得住”温度变化的考验，又能有效地“护送”并释放VD3，让其被人体高效吸收，成为了食品科学领域一个亟待解决的复合型难题。
在探索解决方案的过程中，一种名为“Pickering乳液”的技术进入了研究人员的视野。与传统依赖小分子表面活性剂的乳液不同，Pickering乳液利用固体微纳米颗粒（如蛋白质、多糖等）在油水界面形成一层坚固的“盔甲”，从而极大地提升了乳液的稳定性。更有前景的是，由蛋白质(Protein)、多糖(Polysaccharide)和多酚(Polyphenol)构成的“三元复合物”作为一种新型的食品级颗粒乳化剂，不仅安全性高，还因其复杂的相互作用能构建更稳定、功能更丰富的界面结构，被视为构建多功能食品递送系统的理想材料。
基于此，一项发表于《Current Research in Food Science》的研究应运而生。研究团队瞄准了上述两大痛点，巧妙地设计并合成了一种新型的“糖基化蛋白-多糖-多酚三元复合物（TCTP）”，并将其作为稳定剂，构建了用于冰淇淋的Pickering乳液体系。他们的核心目标是：验证这种基于三元复合物的Pickering乳液，能否在赋予冰淇淋卓越抗冻融能力的同时，成为VD3高效包封与递送的“特快专车”。
为开展这项研究，作者运用了多项关键技术方法。首先，他们通过转谷氨酰胺酶(TGase)催化，将D-氨基葡萄糖(D-GlcN)糖基化到卵白蛋白(OVA)上，再与壳寡糖(COS)、茶多酚(TP)结合，构建了TCTP三元复合物纳米颗粒。在模型应用方面，他们制备了基于TCTP的Pickering乳液(TCTPE)以及负载VD3的乳液(TCTPE-VD3)，并将其应用于冰淇淋制作。研究采用了多种物化表征技术，包括荧光显微镜、共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)、低温扫描电镜(cryo-SEM)、激光粒度分析、拉曼光谱、接触角测量来表征乳液微观结构与界面性质；通过流变仪、多重光散射稳定性分析仪和低场核磁共振成像(LF-NMR)评估其宏观稳定性和水分分布。为评估功能性能，他们进行了模拟体外胃肠道消化实验，测量了游离脂肪酸(FFA)释放和VD3生物利用度，并利用人结肠腺癌细胞(Caco-2细胞)模型评估了VD3递送对细胞内活性氧(ROS)水平的保护作用。
以下是对关键研究结果的归纳：
3.1. 三元复合物的Pickering乳化效果
研究人员首先考察了不同油水比乳液的稳定性。研究发现，在油水比为7:3时，乳液稳定性最佳，储存一个月后也未出现分层，其液滴分布也最为均匀。直观地展示了不同油水比乳液的外观和微观形貌。
3.2. 拉曼光谱分析的界面特性
拉曼光谱分析显示，TCTP乳液在864和837 cm-1处的特征峰强度高于对照样品，表明TP的加入可能暴露了更多的蛋白质疏水残基，增强了分子间的疏水相互作用，这有利于形成更致密的界面保护层。展示了三者的光谱差异。
3.3. 液滴分布
粒度分析表明，TCTP乳液相比对照组，大尺寸液滴群显著减少，主要信号集中在5微米以下，显示出更小、更均匀的液滴分布。这归因于COS带来的粘度增加抑制了液滴聚并，以及TP的加入可能通过嵌入蛋白质疏水口袋实现交联，强化了纳米颗粒结构。
3.4. 润湿性
接触角测量表明，随着COS和TP的依次加入，颗粒表面的接触角从86.9°（TPE）降至77.3°（TCPE）和65.7°（TCTP），亲水性显著增强。这种增强的润湿性有助于固体纳米颗粒在油水界面更稳定地吸附。
3.5. CLSM分析
共聚焦激光扫描显微镜图像清晰显示，所有样品均为油包水(O/W)型乳液。TCTP样品中的液滴更小、分布更均匀，并在液滴间显示出“桥连”状态，这种结构能有效阻碍液滴的絮凝和破乳。
3.6. 低温电子显微镜分析
低温电镜图像显示，TCTP乳液的界面层呈现出比TCPE更致密的颗粒间连接和更均匀的油滴分布，截面也显示出致密的网络结构，证实TP的掺入有助于形成更紧密的界面结构。
3.7. 流变学特性
频率扫描测试显示，所有乳液的储能模量(G‘)均高于损耗模量(G“)，表现出类固体的弹性行为。TCTP乳液的G’和G“值最高，表明三元复合物赋予了乳液更显著的弹性凝胶结构，这有助于稳定其微观结构。剪切速率扫描也证实TCTP乳液具有更高的表观粘度，表现出剪切稀化行为。
3.8. 多重光散射稳定性分析
通过测量背向散射光(BS%)的变化来监测乳液随时间的稳定性。结果显示，TPE和TCPE乳液顶部出现液滴絮凝，而TCTP乳液则未观察到明显变化，表明其抗絮凝能力更强，稳定性更高。
3.9. 低场核磁共振成像
LF-NMR成像分析水的分布状态。在TCTP乳液中，质子（水分子氢核）信号分布最为均匀、清晰，表明其油水分布最均匀，乳液最稳定，这与其坚固的界面膜结构相关。
3.10. 冰淇淋模型的冻融稳定性
经过三次冻融循环后，只有TCTP稳定化的冰淇淋模型显示出更低的絮凝指数(FI%)和乳析指数(CI%)，表明其具有最佳的冻融稳定性。这归功于TP增强了凝胶网络的稳定性。
3.11. 冰淇淋体系的融化行为
在室温下，不含Pickering乳化剂的对照冰淇淋在30分钟内完全融化，而含有TCTP-VD3的冰淇淋(TCTPE-VD3-IC)在90分钟后仅部分融化，融化速率显著降低。这得益于其形成的高粘度稳定网络结构限制了分子运动。直观对比了融化过程。
3.12. VD3在冰淇淋体系中的包封效率和生物利用度
TCTPE-VD3-IC对VD3的包封效率(EE)高达95.8%，远高于对照组的57.6%。在模拟肠液(SIF)中，其VD3的生物利用度达到84.5%，显著高于对照组的62.3%。这得益于致密的三元复合物颗粒在油滴周围的累积，有效保护并控制了VD3的释放。
3.13. 冰淇淋的模拟体外消化
在模拟胃肠道消化过程中，TCTPE-VD3-IC表现出更缓慢、更持续的游离脂肪酸(FFA)释放动力学。这与其界面蛋白网络中高含量的β-折叠、疏水相互作用和二硫键形成的稳定空间构象有关，增强了界面稳定性并延缓了肠道消化。最终，其在模拟肠消化结束时实现了100%的FFA释放率。
3.14. 基于Caco-2细胞生物测定的活性氧测定
用Caco-2细胞模型评估VD3递送的生物效应。结果显示，与对照组和未包封VD3的对照组相比，经TCTPE-VD3-IC处理的细胞，其活性氧(ROS)水平（红色荧光信号）最低，表明该体系递送的VD3能有效缓解细胞氧化应激，具有细胞保护作用。展示了细胞荧光结果。
3.15. 冰淇淋模型的游离脂肪酸谱
与传统的橄榄油冰淇淋相比，基于Pickering乳液的冰淇淋中饱和游离脂肪酸（如棕榈酸）的相对含量较低。这表明Pickering乳液有潜力作为部分脂肪替代品，在改善冰淇淋质构和营养组成方面具有优势。
总而言之，本研究成功开发了一种基于TGaseOVA-COS-TP三元复合物的Pickering乳液体系，并将其应用于冰淇淋模型。研究结论清晰地表明，该体系能够“一箭双雕”：首先，它通过形成致密的界面网络结构，显著提升了冰淇淋的物理稳定性，具体表现为优异的抗冻融能力和明显延缓的融化速率；其次，它作为高效的递送载体，实现了对维生素D3的高效包封（95.8%）与可控释放，大幅提高了其在模拟消化中的生物利用度（84.5%），并展现出缓解细胞氧化应激的潜在健康益处。这些结果不仅验证了三元复合物在构建稳定食品乳液方面的强大能力，更重要的是，它为解决功能性冷冻甜品中营养素递送与产品质构稳定性难以兼顾的行业难题，提供了一个创新且有效的解决方案。这项研究将基础研究与实际应用紧密结合，为开发下一代兼具优良口感、卓越稳定性和特定健康功效的“智能”冰淇淋及类似功能性食品奠定了坚实的科学基础，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。
