通过模拟人乳的矿物质成分，从脱钙的胶束酪蛋白浓缩物中制备酪蛋白颗粒：胶体结构及其在模拟婴儿配方乳乳液中的体外消化性

《Food Hydrocolloids》：Formation of casein particles from decalcified micellar casein concentrate by simulating human milk mineral composition: Colloidal structures and in vitro digestibility in model infant formula emulsions

通过逐步添加柠檬酸、钙、镁和磷酸至脱钙牛乳酪蛋白浓缩物中，形成与母乳相似矿物质浓度的酪蛋白颗粒，并比较其胶体结构和婴儿体外胃肠消化特性。研究发现，脱钙度≥61%时形成的颗粒在尺寸、 hydration水平及内部结构上与人类酪蛋白micelles接近，其稳定化的乳脂肪微粒在消化过程中表现出更松散的凝块、更快的脂解/蛋白解及更高的脂肪酸生物可及性。该成果为利用全脱钙牛乳酪蛋白制备更易消化的婴儿配方奶粉提供了新策略。

　　

王凯宇|尹文珠|陶秀梅|刘大松|刘耀伟|刘华|王一淼|汤姆·胡佩尔茨|乔·M·雷根斯坦|刘晓明|周鹏

江南大学食品科学与技术学院，中国江苏省无锡市214122

摘要

将柠檬酸、钙和镁以及磷酸盐依次分三个阶段添加到0-81%脱钙的微胶粒酪蛋白浓缩物（MCC）分散液中（酪蛋白浓度为0.4%（w/v）中，以达到与人乳相似的矿物质浓度，从而形成酪蛋白颗粒。比较了这些颗粒的胶体结构以及使用这些颗粒稳定的乳脂乳液的婴儿体外胃肠道消化率。随着脱钙程度的增加（最高达到61%），不可沉淀的钙和酪蛋白的比例增加，颗粒大小减小，水合程度提高，这表明酪蛋白的初始结合状态起着关键作用。当MCC脱钙程度达到或超过61%时，形成的颗粒在大小、水合程度和内部结构上与人乳酪蛋白微胶粒相似。在使用脱钙程度达到或超过61%的MCC形成的颗粒稳定的乳液进行消化过程中，观察到形成的凝块较为松散，释放出的脂肪滴较小，同时蛋白质分解和脂肪分解也更快。在脱钙程度达到或超过61%的情况下，钙皂中的脂肪酸含量减少，而混合微胶粒相中的脂肪酸和钙含量增加。这些结果表明，可以通过这种方法制备出类似人乳微胶粒的物质，用于生产消化率更高、生物利用度更好的婴儿配方奶粉。

引言

牛酪蛋白微胶粒包含α_s1、α_s2、β-和κ-酪蛋白。前三种酪蛋白主要通过其疏水域和与胶体磷酸钙（CCP）结合的磷酸丝氨酸残基来形成微胶粒的内部结构（Dalgleish & Corredig, 2012）。与人类微胶粒相比，牛微胶粒含有更多的胶体钙（钙与酪蛋白的摩尔比约为18:8），且颗粒尺寸更大（直径约为150纳米对比70纳米）（Gaucheron, 2005; Huppertz & Timmer, 2020; Meng et al., 2021）。这可能部分解释了为什么在婴儿体外胃消化过程中，牛微胶粒形成的凝块更大、更密集，以及蛋白质分解速度较慢（Yang et al., 2024b）。较大的凝块与婴儿配方奶粉喂养婴儿时发生的反流性食管炎和肠道不适有关（Nurko, Benninga, Solari, & Chumpitazi, 2022）。

使用离子交换法对牛酪蛋白微胶粒进行脱钙处理会导致CCP的溶解，并使微胶粒结构解离（Li et al., 2025; Wu et al., 2023）。在脱钙程度超过40%的情况下，观察到的牛微胶粒在婴儿体外胃消化过程中形成的凝块更小、更松散，蛋白质分解也更快（Wang et al., 2023a）。此外，随着脱钙程度的增加，牛微胶粒的乳化能力增强，形成的乳脂乳液中的脂肪滴尺寸也更小（Lazzaro et al., 2017）。在成人体外胃消化过程中，使用部分脱钙的牛奶蛋白浓缩物（MPC）稳定的乳液形成的凝块更小、更松散，脂肪分解也更快（Wang, Lin, Ye, Han, & Singh, 2019）。在使用脱钙程度较高的牛微胶粒稳定的乳液进行婴儿体外消化后，观察到钙皂中的脂肪酸含量减少，而混合微胶粒相中的脂肪酸和钙含量增加（Wang et al., 2025a）。

当使用脱钙的牛酪蛋白微胶粒制造婴儿配方奶粉时，需要添加矿物质（如钙、镁、磷酸盐和柠檬酸）以满足婴儿配方奶粉的法规要求，并满足婴儿的生长需求（中国卫生标准GB 10765-2021）。这些矿物质也是牛奶中的主要成分，在乳腺上皮细胞的高尔基体中形成天然微胶粒的过程中起着重要作用（Neville, 2005）。钙与无机磷酸盐结合形成CCP，通过酪蛋白的磷酸丝氨酸残基使酪蛋白交联；而柠檬酸则螯合钙，减少参与酪蛋白交联的钙量，从而影响微胶粒的形成（Thomar et al., 2017）。微胶粒与血清相之间存在矿物质分配的动态平衡，这对维持其胶体结构至关重要（Dalgleish & Corredig, 2012）。van Eijnatten等人（2024）报告称，向牛奶中添加Na₂HPO₄可促进血清钙与微胶粒的结合，因为这会增加磷酸钙的过饱和度；而向牛奶中添加三钠柠檬酸则会导致胶体钙释放到血清相中（由于钙的螯合）。体内实验表明，摄入含钙较少的牛奶会导致胃凝块更快排空，并使酪蛋白中含量较高的氨基酸（如脯氨酸）更早出现在血浆中，因此这些氨基酸可以作为酪蛋白消化和吸收的标志物（van Eijnatten et al., 2024）。这些结果表明，在使用脱钙的牛微胶粒制造婴儿配方奶粉时，添加矿物质可能会进一步诱导其胶体结构的重组，从而影响其消化行为。目前，利用脱钙的牛微胶粒仍是一个挑战。

通过逐步向2.3%（w/v）的牛酪蛋白钠盐溶液中添加10 mM柠檬酸、30 mM钙、4 mM镁和20 mM磷酸盐，制备出了与牛微胶粒大小和胶体钙含量相当的酪蛋白颗粒（Fan, Fehér, Hettinga, Voets, & Bijl, 2024）。这些矿物质和酪蛋白的浓度与牛乳中的相当。使用含有α_s1、β-和κ-酪蛋白（比例为12:68:20）的0.4%配方牛酪蛋白，以及2.3 mM柠檬酸、7.1 mM钙和2.8 mM磷酸盐，也制备出了具有与人类微胶粒相似的胶体结构和消化行为的酪蛋白颗粒（Yang et al., 2024b）。这些进一步表明矿物质组成对脱钙牛微胶粒的重组行为具有潜在影响。

人乳是制造婴儿配方奶粉的黄金标准。本研究比较了在模拟人乳主要矿物质组成条件下，0-81%脱钙牛酪蛋白微胶粒的结构重组行为。随后，还比较了使用这些酪蛋白颗粒稳定的模型婴儿配方奶粉乳液的婴儿体外胃肠道消化率以及脂肪酸和矿物质的生物利用度。本研究旨在从脱钙牛微胶粒中制备出具有与人类微胶粒更相似的胶体结构和消化行为的酪蛋白颗粒，从而实现牛酪蛋白在婴儿配方奶粉制造中的全面利用（Yang et al., 2024b）。

材料

来自中国江苏省无锡市天子乳业的新鲜牛乳。来自Sigma-Aldrich公司（美国密苏里州圣路易斯）的Rhizopus oryzae脂肪酶、猪胰脂肪酶、猪胰蛋白酶、猪胰酶制剂、三丁酸甘油酯、对甲苯磺酰-L-精氨酸甲酯、猪胆汁、尼罗红、快绿、血红蛋白、甲基十九烷酸以及标准脂肪酸（C4-C24）甲酯混合物。所有其他化学品至少为分析级。

脱钙MCC和无水乳脂的制备

酪蛋白颗粒的形成

使用1.3、3.6、6.5和11.0克树脂/100克保留物的MCC脱钙程度分别为约20%、42%、61%和81%（表1）。添加的树脂量经过精心选择，以获得几乎均匀分级的脱钙程度，因为先前的研究表明不同初始脱钙程度的酪蛋白具有不同的结合状态（Xu et al., 2016）。随着MCC脱钙程度的增加，总钙含量、可渗透钙含量和总……

结论

当向脱钙的牛酪蛋白微胶粒中添加柠檬酸、钙、镁和磷酸盐，使其最终酪蛋白和矿物质浓度达到与人乳相似的水平时，这些因素显著影响了它们的重组行为，同时也影响了使用这些酪蛋白颗粒稳定的乳脂乳液的消化行为。最佳的重组条件是按Cit-Ca/Mg-Pi的顺序分三个阶段添加矿物质，每阶段之间间隔15分钟

CRediT作者贡献声明

乔·M·雷根斯坦：撰写 – 审稿与编辑，方法学。陶秀梅：方法学，撰写 – 审稿与编辑。王凯宇：撰写 – 初稿，方法学，研究。刘晓明：撰写 – 审稿与编辑，方法学。周鹏：监督，资金获取，概念构思。刘耀伟：撰写 – 审稿与编辑，方法学。刘华：撰写 – 审稿与编辑，方法学。尹文珠：撰写 – 审稿与编辑，方法学。刘大松：撰写 – 审稿与编辑，

未引用参考文献

Holt, 2016.

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

本研究部分得到了国家乳制品技术创新中心（编号2024-JSGG-032）、国家重点研发计划（2023YFF1103403）、国家自然科学基金（编号32301984）、江苏省自然科学基金（编号BK20231044）、中央高校基本科研业务费（编号JUSRP202416004）以及国家外国专家项目（H20240211）的支持。作者感谢朱旭一的协助