通过改变磷脂的头基团或脂肪酸链来调控蛋白质-磷脂稳定的油水乳液的热稳定性

《Journal of Colloid and Interface Science》：Regulating the heat stability of protein-phospholipid stabilised oil-water emulsions by changing the phospholipid headgroup or fatty acyl chain

β-LG与PLs协同作用稳定油水乳液，研究PL饱和度及温度处理对界面结构和稳定性的影响。通过ζ电位、SAXS、DSC等方法发现，饱和PL限制β-LG分子运动，增强界面弹性；高温（≥75℃）导致β-LG变性，形成多层结构，影响稳定性。

　　油-水乳化体系的稳定化是食品、制药和化妆品等多个工业领域中的核心挑战之一。乳化剂在这些系统中发挥着关键作用，通过降低界面张力并形成粘弹性界面层，确保体系的长期稳定性。β-乳球蛋白（β-LG）是一种常见的乳清蛋白，而磷脂（PLs）则是生物膜中天然存在的两亲分子。在乳化过程中，β-LG和PLs能够协同作用，PLs快速吸附至界面，而β-LG则在界面处逐渐形成刚性的粘弹性蛋白网络，从而增强乳化体系的稳定性。然而，这两种成分在乳化过程中往往存在竞争吸附现象，PLs可能会干扰或削弱β-LG之间的相互作用，影响界面结构的完整性。

近年来，研究者对β-LG和PLs的协同作用表现出浓厚兴趣，尤其是在食品工业中。然而，如何在实际生产过程中调控乳化体系的稳定性，仍然是一个未解的问题。尤其是在商业生产中，乳化体系常常需要经过热处理，例如为了满足食品安全要求，或作为乳清蛋白粉制造的一部分。热处理可能会影响蛋白质的折叠和聚集行为，进而改变界面结构和乳化体系的稳定性。因此，了解磷脂饱和度和热处理温度对界面组织及乳化体系稳定性的影响，对于优化乳化体系的制备和应用具有重要意义。

本研究通过β-LG-PL乳化体系，结合ζ-电位测量、小角X射线散射（SAXS）、微差示扫描量热法（μDSC）、X射线衍射和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）等多种分析手段，系统研究了不同磷脂类型和温度条件下乳化体系的稳定性变化。研究发现，当温度低于β-LG的变性温度（≤75?°C）时，饱和磷脂能够促进β-LG在界面处的部分展开，但不会导致其位移，从而形成混合的β-LG-PL网络，增强粘弹性和稳定性。相反，未饱和磷脂则会将β-LG从界面处挤出，导致界面行为更加粘性，并促进β-LG在体系中的聚集。

在75?°C及以上的高温条件下，β-LG的疏水性增强，无论磷脂类型如何，都会导致蛋白质之间的相互作用增强。这种现象表明，温度不仅影响蛋白质的结构变化，还会影响磷脂的相行为及其与蛋白质的相互作用。此外，磷脂的饱和度对其相行为具有显著影响。例如，饱和磷脂（如PC 18:0）在低温下能够形成高度有序的晶体结构，而在较高温度下则会转变为液晶相（Lα）。相比之下，未饱和磷脂（如PE 18:0）则在较低温度下保持凝胶相，随后转变为液晶相，且不表现出液晶相中的波纹结构（Pβ'）。这些差异可能与磷脂头部基团的亲水性和疏水性有关，以及其与β-LG之间的相互作用。

本研究还发现，饱和磷脂能够提高β-LG的变性温度，通过限制分子运动，从而在一定程度上增强乳化体系的稳定性。然而，这种提高并不影响β-LG在四级结构层面的相互作用。当温度达到90?°C时，无论磷脂类型如何，都会促进界面处的多层结构形成。这一发现表明，磷脂的相行为和β-LG的变性行为在高温条件下可能相互作用，进而影响乳化体系的稳定性。

在实际生产中，乳化体系通常会经历热处理，例如在乳化前或乳化后进行预热，以确保磷脂完全溶解并发生固-液相转变（磷脂的链熔点）。不同的磷脂类型具有不同的相转变温度，这取决于其脂肪酸链和头部基团的组成。例如，未饱和磷脂在室温下通常处于液晶相，而饱和磷脂（如C18 FA链）则需要高于50?°C的温度才能发生固-液相转变。此外，磷脂在冷却过程中可能形成不同的相态，如晶体相（LC、LC’）、凝胶相（Lβ、Lβ’、Li）或液晶相（Pβ’），其中每个相态都可能与不同的多晶形式相关。虽然大多数磷脂倾向于在界面处形成三维层状晶体结构，但在冷却过程中也可能形成二维层状晶体或不同的凝胶相结构。

β-LG的稳定性同样受到温度和时间的影响。在室温下，β-LG的单体在低浓度和低能量乳化条件下可能无法有效稳定乳化体系，导致油滴尺寸较大且分布较广。然而，随着温度升高，β-LG的单体可能会部分展开，促进其聚集，从而影响乳化体系的稳定性。值得注意的是，这种展开和聚集行为在60?°C以下可能是可逆的，而在60?°C至70?°C之间则可能形成不可逆的熔球结构。因此，温度不仅影响β-LG的结构变化，还可能影响其在界面处的活性和相互作用。

此外，研究还发现，热处理可能对乳化体系的稳定性产生双重影响。一方面，热处理可能通过促进β-LG的展开和聚集，增强其与疏水相的相互作用，从而提高乳化体系的稳定性。另一方面，热处理也可能导致非吸附的球形β-LG在界面处展开，并通过桥接效应促进油滴的絮凝和聚集，进而降低乳化体系的稳定性。这种矛盾现象表明，热处理对乳化体系的影响取决于多种因素，包括磷脂类型、β-LG的浓度以及处理温度。

本研究通过系统分析β-LG和不同磷脂类型的相互作用，揭示了磷脂饱和度和热处理温度在调控乳化体系稳定性中的关键作用。研究结果不仅为理解乳化体系的稳定性提供了新的视角，也为优化乳化体系的制备和应用提供了理论依据。通过综合运用多种分析手段，研究者能够更全面地评估乳化体系的稳定性变化，并识别出关键的温度范围和磷脂类型，从而为食品、制药和化妆品等领域的乳化体系设计提供科学支持。