定制乳液液-液界面粘弹性的分子机制：聚焦油水界面磷脂-蛋白质相互作用

本研究针对食品工业中乳化体系稳定性难题，通过系统分析β-乳球蛋白(β-LG)与不同分子结构磷脂(PL)在油水界面的相互作用，揭示了饱和磷脂通过形成结晶亚层增强界面弹性，而不饱和磷脂则完全置换蛋白质的分子机制。研究结合FT-IR光谱和界面流变学技术，为设计兼具小液滴尺寸和高机械稳定性的功能乳液提供了理论依据。

　　

在食品、医药和化妆品领域，乳液体系的稳定性始终是核心挑战。传统乳化剂如磷脂(PL)能快速吸附界面形成小液滴，但界面膜机械强度不足；而蛋白质(如β-乳球蛋白β-LG)虽能构建高弹性界面网络，却存在吸附速率慢的缺陷。更复杂的是，当两者共存时可能发生竞争吸附——磷脂可能完全置换蛋白质，或通过分子间相互作用形成复合界面，这种行为的调控机制尚未阐明。尤其在实际生产中涉及的加热/冷却循环会引发磷脂相变，其对界面粘弹性的影响更是研究空白。

针对这一系列科学问题，来自中国的研究团队在《Food Hydrocolloids》发表了创新性研究。他们系统考察了不同头基(胆碱PC/乙醇胺PE)和脂肪酸链(饱和C18:0/不饱和C18:1)的磷脂与β-LG的相互作用，结合温度循环(50°C→20°C)和pH(3.5/6.5)调控，首次揭示了磷脂分子结构如何决定界面粘弹性的"结构-功能"关系。

研究采用多尺度技术联用策略：通过FT-IR光谱解析β-LG二级结构变化以验证分子相互作用；采用滴形张力仪追踪吸附动力学；结合膨胀流变和界面剪切流变分别表征界面在法向和切向变形下的响应。特别创新的是引入广义应力分解(GSD)方法，将非线性响应分解为网络变形(τ₁-τ₂)和密度变化(τ₃-τ₄)的贡献。

【分子相互作用机制】
FT-IR显示饱和磷脂(PE18:0/PC18:0)在pH3.5引起β-LG酰胺I带红移，表明强静电相互作用。其中PE18:0因较小头基更易形成氢键，而PC18:0则通过甲氧基产生额外疏水作用。不饱和磷脂(PE18:1/PC18:1)因分子弯曲阻碍结合，未观测到显著谱带位移。

【界面吸附动力学】
界面张力监测发现：不饱和磷脂将界面张力降至10mN/m，完全置换β-LG；而饱和磷脂仅降至15-18mN/m，与蛋白质共存。这种差异源于不饱和链与油相亲和力较弱，促使其优先吸附界面。

【粘弹性调控规律】
膨胀流变显示β-LG+PE18:0(小头基)在pH6.5初始储能模量E_d'最高(35mN/m)，但因PE18:0冷却时形成脆性结晶亚层，在>3%应变时快速软化。GSD分析揭示其τ₁斜率最大，但伴随显著 buckling(起皱)现象。而β-LG+PC18:0(大头基)形成凝胶状异质单层，线性区更宽(达10%应变)，τ₄贡献突出，体现更好的应变适应性。

【剪切流变特性】
剪切测试验证了pH3.5下所有体系弹性增强，其中β-LG+PE18:0的初始储能模量G_i'比纯β-LG高20%，但快速断裂；β-LG+PC18:0虽初始G_i'较低，但表现出更优的剪切稀化稳定性。Lissajous曲线从椭圆→菱形→S形的演变，揭示了界面网络从弹性主导→屈服→流动的转变过程。

这项研究建立了磷脂分子结构与界面粘弹性的定量关系：脂肪酸链饱和度决定蛋白质是否被置换(饱和链促进共存)，而头基尺寸和pH调控相互作用强度。实践意义在于：① 为设计"小而稳定"的乳液提供配方指导——需选用饱和磷脂并控制pH3.5附近；② 揭示温度循环中界面结晶行为的双刃剑效应：虽可提高初始刚度但会降低断裂韧性；③ 开发的GSD分析方法为复杂界面表征提供了新工具。该成果将推动食品、药物递送系统等领域的功能乳液理性设计。