玉米醇溶蛋白-乳清蛋白空心颗粒稳定水包油乳液的界面吸附机制与结构调控研究

本研究针对蛋白质基组装体稳定水包油(O/W)乳液的关键科学问题，创新性地开发了玉米醇溶蛋白(zein)-乳清蛋白分离物(WPI)空心颗粒(ZWHPs)作为新型乳化剂。通过系统研究其剪切稳定性、润湿性及界面吸附行为，发现ZWHPs在1%蛋白含量和10%油含量条件下可形成最小粒径分布(10-20 μm)，并在0.08%蛋白浓度时展现最高界面吸附厚度(3.95 mm)和质量(395 ng/cm2 )。该研究为构建具有水性隔室的乳液界面结构提供了新思路，对食品工业中功能性乳液开发具有重要意义。

　　

在食品工业中，水包油(O/W)乳液的稳定性一直是制约其应用的关键瓶颈。传统乳化剂如小分子表面活性剂虽能暂时稳定乳液，但易受环境应力影响导致相分离。近年来，蛋白质基纳米颗粒因其独特的界面行为成为研究热点，其中空心纳米颗粒凭借低密度、高比表面积等特性展现出特殊优势。然而，如何精确调控这类颗粒的界面吸附行为以构建稳定的多隔室乳液结构，仍是亟待解决的科学难题。

针对这一挑战，江西省短期创新项目支持的研究团队在《Food Hydrocolloids》发表了突破性成果。该研究创新性地将玉米醇溶蛋白(zein)与乳清蛋白分离物(Whey Protein Isolate, WPI)结合，通过碱热处理制备出具有空心结构的复合颗粒(ZWHPs)，系统探究了其作为Pickering乳化剂的性能表现。研究采用剪切稳定性测试、三相接触角测量、石英晶体微天平(QCM-D)和界面流变学分析等关键技术，首次揭示了ZWHPs在油水界面的动态吸附规律与结构形成机制。

材料与方法
研究选用zein和WPI作为主要原料，通过碱性热处理制备ZWHPs。采用动态光散射(DLS)表征颗粒尺寸，光学接触角测量仪测定三相接触角，激光共聚焦显微镜观察乳液微观结构，QCM-D实时监测界面吸附动力学，并借助界面流变仪分析界面膜机械性能。实验设计涵盖不同蛋白浓度(0.04%-0.38%)和油含量(5%-10%)的系统比较。

Zein空心颗粒在葵花籽油乳液中的表现
剪切实验显示，zein空心颗粒在3000 r/min转速下虽能保持50 nm左右的粒径，但无法完全乳化5%葵花籽油。相比之下，ZWHPs展现出卓越的剪切稳定性，即使在9000 r/min高速剪切下仍能维持结构完整性和均匀分散性，这归因于WPI外壳提供的空间位阻和静电稳定作用。

结论与讨论
研究发现ZWHPs对中链甘油三酯(MCT)的三相接触角为91.8°，表明其具有理想的界面润湿性。值得注意的是，ZWHPs稳定的乳液呈现特殊的分层现象：上层为大液滴(由ZWHPs聚集体通过不饱和吸附形成刚性粘弹性层)，下层为小液滴(由单个空心颗粒通过饱和吸附形成柔软界面层)。QCM-D数据显示，在0.08%蛋白浓度时获得最大吸附厚度(3.95 mm)和质量(395 ng/cm²
)，而过量蛋白(0.15%-0.38%)反而因聚集效应降低界面模量。

这项研究的创新价值在于：首次阐明zein-WPI空心颗粒的界面吸附动力学与结构形成规律，提出了"水性隔室"界面工程新概念。该发现不仅丰富了乳液界面结构理论模型，更为开发具有协同包埋功能的智能乳液系统提供了技术路径，在营养递送、风味调控等食品创新领域具有广阔应用前景。研究同时指出，未来需进一步优化ZWHPs的制备工艺以提高乳液长期稳定性，这为后续研究指明了方向。