超高温灭菌乳脂肪球稳定性的关键界面分子与核心结构解析：多组学分析与计算机模拟

为解决UHT牛奶长期储存中脂肪球上浮（creaming）问题，中国农业科学院团队通过多组学联合计算机模拟，首次揭示butyrophilin(BTN)-adipophilin(ADPH)复合物通过氢键（ΔG=-47.8 kcal/mol）锚定界面双层膜的核心机制，发现BTN、ADPH、phosphatidylserine(PS)和sphingomyelin(SM)是维持脂肪球稳定的关键分子，为乳制品工业稳定性调控提供新靶点。

　　

在乳制品消费升级的背景下，超高温灭菌（UHT）牛奶因其无需冷藏的便利性广受欢迎。然而，这种便利性背后隐藏着一个行业痛点——储存过程中脂肪球上浮形成的"奶油层"。这种现象不仅影响产品外观，更会降低消费者购买意愿。传统理论认为脂肪球上浮遵循Stokes定律，但该定律无法解释UHT牛奶长期储存中脂肪球的絮凝和聚结行为。问题的核心在于乳脂肪球膜（MFGM）这一复杂界面结构的稳定性，而现有研究多集中于成分简单的乳液体系，对MFGM这种包含数千种蛋白质和五种主要磷脂的复杂体系知之甚少。

中国农业科学院的研究团队创新性地将多组学分析与计算机模拟相结合，首次系统揭示了UHT牛奶脂肪球稳定性的分子机制。研究选取荷斯坦牛、娟姗牛和山羊三种乳源（其MFGM成分存在显著差异），通过UHT系统标准化脂肪球粒径，并利用Turbiscan建立高、中、低三种稳定性脂肪球模型。

关键技术包括：1）基于不同乳源建立脂肪球稳定性分级模型；2）采用蛋白质组学和脂质组学分析界面成分；3）运用支持向量机筛选关键分子；4）通过分子对接和CHARMM-GUI模拟界面结构。

【Particle size and zeta-potential of fat globules in raw milk samples】
研究发现不同乳源脂肪球粒径存在显著差异：水牛奶（4.04±0.06 μm）>荷斯坦牛奶（3.74±0.02 μm）>山羊奶（3.42±0.35 μm）>娟姗牛奶（3.13±0.02 μm）。Zeta电位分析显示界面性质差异，为后续模型建立奠定基础。

【Omics特征分析】
蛋白质组学揭示3种界面蛋白（BTN、ADPH、xanthine oxidoreductase）和2种磷脂（PS、SM）的丰度与脂肪球稳定性呈正相关。脂质组学进一步证实高稳定性样本中PS和SM含量显著升高。

【关键分子识别】
支持向量机分析确定BTN、ADPH、PS和SM是影响稳定性的关键分子。特别值得注意的是，高稳定性样本中BTN-ADPH复合物含量是中等稳定性样本的2.2倍，低稳定性样本的4.9倍。

【核心结构解析】
分子对接显示BTN与ADPH主要通过氢键相互作用（结合自由能ΔG=-47.8 kcal/mol，作用面积3088.4 ?²）。CHARMM-GUI模拟提出创新性假说：BTN-ADPH复合物可能同时锚定内单层膜和外双层膜，构成整个界面结构的"骨架"。

这项发表于《Food Hydrocolloids》的研究具有多重意义：首次阐明UHT牛奶脂肪球稳定性的分子机制，突破传统Stokes定律的局限性；发现BTN-ADPH复合物这一新型结构单元，为理解MFGM组装提供新视角；提出的"界面骨架"理论为乳制品加工工艺优化提供明确靶点。研究采用的"组学分析-机器学习-模拟验证"多学科交叉策略，也为复杂食品体系研究树立了新范式。从应用角度看，通过调控关键分子（如增加BTN/ADPH比例）或优化加工参数来增强BTN-ADPH复合物形成，有望成为解决UHT牛奶储存稳定性的有效途径。