《Food Structure》：Structural and Flow Behavior of Pickering Emulsions Stabilized by WPI–Gum Arabic Complexes Under Simulated Digestion
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乳清蛋白与阿拉伯胶复合颗粒稳定Pickering乳液，研究其胃酸诱导凝胶化及稳定性。通过FTIR、NMR弛豫谱学和ζ电位分析证实中性pH下形成蛋白-多糖复合物，高GA浓度（0.10）使乳滴尺寸降至0.756μm。流变学显示胃酸处理后粘度显著增加，流MRI证实流速分布从抛物线型转为扁平型，表明复合颗粒在胃酸中形成三维凝胶网络，有效稳定乳液并延缓营养释放。
埃斯兰努尔·卡亚（Esranur Kaya）| 埃斯曼努尔·伊尔汉（Esmanur Ilhan）| 埃利夫·多加·阿克戈兹（Elif Doga Akgoz）| 古尔费姆·古内耶德雷（Gulfem Guneydere）| 伊姆兰·古尔布兹（Imran Gurbuz）| 梅吉特·哈利勒·奥兹托普（Mecit Halil Oztop）
土耳其安卡拉中东技术大学（Middle East Technical University）食品工程系
摘要
由酸凝胶颗粒稳定的皮克林乳液（Pickering emulsions）在功能性食品、营养保健品和控释营养素方面具有潜力。本研究使用乳清蛋白分离物（WPI）和阿拉伯胶（GA）以不同比例（0.01–0.10）制备乳液，评估其胃内凝胶化的能力。在中性pH值下，通过热处理和压力作用，多糖-蛋白质复合物可能通过氢键、疏水相互作用和空间效应形成。使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和核磁共振弛豫测量（NMR relaxometry）研究了中性pH下GA-WPI的复合作用，并进一步通过ζ电位进行了分析。通过高压均质化制备了含有20%葵花籽油的乳液，并通过粒径分析和NMR弛豫测量监测了其四周的稳定性。共聚焦显微镜显示油滴周围形成了GA-蛋白质涂层，表明界面稳定性较强。GA浓度从0.01增加到0.10时，粒径显著减小（p<0.05），记录的最小直径为0.756微米。NMR弛豫测量结果表明，较高的PS:PR比例导致T?a和T?b弛豫时间缩短，表明在四周内水和油相的粒子限制作用增强，乳液稳定性提高。在体外酸性和酶辅助消化过程中，乳液表现出胃内凝胶化现象。流变分析显示消化后食团粘度增加，表明形成了网络结构。流动磁共振成像（Flow-MRI）分析显示消化后食团流速曲线从抛物线形变为扁平或不对称形，这受GA比例的影响。这些发现表明基于GA-WPI的皮克林乳液在消化过程中可以发生结构转变，支持其在开发功能性食品系统中的潜力。
引言
由吸附在油水界面的固体颗粒稳定的皮克林乳液已成为传统表面活性剂基乳液的有希望的替代品。它们能够形成物理上坚固的界面层，从而提高乳液稳定性、改善口感，并有效保护食品系统中的生物活性化合物（Ren等人，2024；Zhang等人，2024）。吸附在油水界面的颗粒受到两相的部分润湿，其高脱附能量防止它们脱离，从而稳定乳液（Li等人，2022）。
最近，人们对基于蛋白质-多糖的皮克林颗粒产生了兴趣，这些颗粒通过氢键、疏水效应、空间力和静电吸引力等非共价相互作用形成（Gentile，2020；Li等人，2024；Sarkar等人，2018）。静电相互作用通常是复合物形成的主要驱动力，但氢键和疏水相互作用也有助于稳定性（Doublier等人，2000a；Ghosh和Bandyopadhyay，2012）。pH值、混合比例、离子强度和热处理等因素会影响此类复合物的形成和行为（Jones等人，2009；Jones和McClements，2010；Jones和McClements，2011；Klein等人，2010）。除了在颗粒形成中的作用外，蛋白质-多糖复合物还被证明可以影响消化动力学。研究表明，蛋白质-多糖复合物可以形成物理屏障，抵抗胃蛋白酶的消化，因为某些多糖可以保护酪蛋白免受体外消化（El Kossori等人，2000；Larsen等人，1994）。皮克林颗粒已被证明可以延长胃滞留时间，从而减缓食团通过速度并延长消化过程（Madadlou等人，2016）。这一发现与文献一致，文献表明食品流变性质在消化过程中会影响消化和营养素的释放（Fischer & Windhab，2011）。
早期研究表明，在中性pH下制备的蛋白质-多糖混合物在进入胃环境时会发生明显的结构转变。这些转变是由pH值低于蛋白质等电点时出现的静电相互作用驱动的，其关联程度取决于多糖的电荷密度（Zhang等人，2014a；Zhang和Vardhanabhuti，2014）。乳清蛋白分离物（WPI）和阿拉伯胶（GA）是常用的用于皮克林稳定的食品级生物聚合物。以往的研究主要集中在酸性条件下WPI-GA的复合作用（Yue等人，2022a），其中静电吸引力主导颗粒组装。在中性或接近中性的pH值下，现有研究主要描述了基于热变性的WPI与天然GA的组合系统（Cheng等人，2020），而不是同时处理这两种生物聚合物。因此，选择WPI-GA稳定的皮克林乳液作为研究早期胃内重组和消化行为的合适模型系统。在pH 2时，GA带有中性或负电荷（Sabet等人，2021a），而WPI由于其等电点仍保持正电荷。在这些条件下，WPI和GA的相互作用可能导致质子化诱导的重排，通过氢键和疏水相互作用形成微凝胶网络（Sarkar等人，2016）。然而，胃中的酶活性会逐渐破坏这些结构。为了更好地理解这一过程，比较了无酶（酸诱导）和酶辅助的消化条件，以评估这些乳液调节胃结构和消化速率的潜力。
本研究旨在探讨不同GA与WPI比例对皮克林乳液稳定性和结构性质的影响，以及它们在模拟胃消化过程中的行为。通过在中性pH下加热WPI和GA来制备颗粒，并检查它们对乳液稳定性和胃内凝胶化的影响。使用共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）分析皮克林乳液的微观结构特征，以探索颗粒的空间排列。使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、ζ电位和NMR弛豫测量表征WPI-GA颗粒的复合作用机制。通过粒径分析和监测NMR T?弛豫时间来评估乳液稳定性。使用流变仪、NMR弛豫测量和流动磁共振成像（Flow-MRI）研究消化过程中的早期胃内结构和流动行为。
材料
从Hardline Nutrition（Hipro Isowhey，Kavi Food Ltd. Co.，伊斯坦布尔，土耳其）购买了含有96%蛋白质的WPI。使用的GA来自Acacia senegal（Smart Chemistry Ltd. Sti.，伊兹密尔，土耳其）。乳液使用从安卡拉当地杂货店购买的葵花籽油（Yudum，巴勒克埃西尔，土耳其）制备。使用猪胃黏膜提取的黏蛋白（Sigma-Aldrich Chemical Co.，美国）来模拟唾液和胃环境的成分，以及相关化学品
浊度
浊度提供了关于系统中生物聚合物聚集的信息，并反映了溶液的稳定性。溶液的浊度不仅与聚合物的粒径有关，还与颗粒形状和分布有关。浊度的增加表明生物聚合物聚集增加，稳定性降低（Jones等人，2009；Linke和Drusch，2016；Wang等人，2022）。如表3所示，在PS:PR比例为0.10时制备的颗粒
结论
本研究表明，通过热处理和压力诱导WPI和GA复合作用形成的皮克林颗粒可以有效稳定乳液，并在胃条件下发生结构转变。傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振弛豫测量（NMR relaxometry）和ζ电位分析共同证实了颗粒的成功形成，并揭示了不同PS:PR比例下的不同结构特征。在比例高于0.01的情况下，乳液在四周内保持稳定，其中0.10配方的表现尤为显著
未引用的参考文献
(Callaghan, 2006; Li等人, 2022)
CRediT作者贡献声明
埃斯兰努尔·卡亚（Esranur Kaya）：撰写初稿、可视化处理、方法学设计、实验研究、数据分析、数据管理。古尔费姆·古内耶德雷（Gulfem Guneydere）：实验研究。伊姆兰·古尔布兹（Imran Gurbuz）：实验研究。埃斯曼努尔·伊尔汉（Esmanur Ilhan）：撰写初稿、可视化处理、方法学设计、实验研究、数据分析、数据管理。埃利夫·多加·阿克戈兹（Elif Doga Akgoz）：实验研究。梅吉特·哈利勒·奥兹托普（Mecit Halil Oztop）：项目监督、资源协调、项目管理和资金争取。
利益冲突声明
作者声明他们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
本研究由TUB?TAK COST计划（2519项目，授权号121O091）资助。
