β-乳球蛋白与磷脂协同稳定油滴的微流控研究：温度与磷脂类型对乳液稳定性的影响机制

为解决乳化过程中蛋白质与磷脂(PL)协同稳定机制不明的问题，研究人员通过微流控技术系统研究了β-乳球蛋白(β-LG)与不同结构磷脂(PC/PE 18:0/18:1)在毫秒级时间尺度和20-90°C温度范围内的协同效应。发现β-LG与PL组合可显著降低液滴聚结事件(Ncoal)，尤其在高温下(50°C)即使0.0001wt%低浓度β-LG也能实现稳定乳化，为食品工业中热加工乳液配方设计提供了新见解。

　　

在食品、化妆品和制药行业中，乳液稳定性始终是核心挑战。传统乳化剂如蛋白质和磷脂(PL)单独使用时存在明显局限：β-乳球蛋白(β-LG)虽能形成弹性界面但吸附速度较慢，而磷脂虽能快速吸附却因低溶解度难以单独稳定乳液。更复杂的是，工业乳化过程往往在高温下进行（如巴氏杀菌需70°C以上），此时β-LG会变性，磷脂则会发生相变，二者还可能竞争界面吸附位点。这些因素导致实际生产中经常出现乳液分层、聚结等问题，但现有研究多聚焦单一组分在秒级以上时间尺度的行为，无法揭示毫秒级乳化初期的关键动态过程。

针对这一空白，荷兰瓦赫宁根大学(Wageningen University & Research)的研究团队创新性地采用微流控技术，首次在31-173毫秒时间分辨率下解析了β-LG与四种磷脂（饱和/不饱和的磷脂酰胆碱PC和磷脂酰乙醇胺PE）的协同稳定机制。研究发现，β-LG与PL组合能在31毫秒内实现界面快速覆盖，使聚结事件N_coal降至1以下，显著优于单一组分（纯β-LG的N_coal=2.4，纯PL的N_coal>>1）。尤为重要的是，在50°C高温下，0.0001wt%极低浓度β-LG与PC 18:1组合仍能保持稳定，这颠覆了传统认知中磷脂会削弱蛋白质界面性能的观点。相关成果发表在食品领域顶级期刊《Food Hydrocolloids》上，为精准设计热加工乳液提供了理论依据。

研究团队通过定制玻璃微流控芯片，结合高速摄像和图像分析技术，定量测定了不同吸附时间（31-173 ms）和温度（20-90°C）条件下的液滴聚结频率。采用接触角测量评估PL溶液在玻璃表面的润湿行为，并通过统计学分析验证数据显著性。实验选用中链甘油三酯(MCT)油为载体，系统比较了β-LG（0.0001-0.01wt%）与四种PL（0.005wt%）单独及复合体系的稳定效果。

3.1 单一乳化剂的室温行为
研究发现纯β-LG需≥0.001wt%浓度且≥65 ms吸附时间才能有效抑制聚结，而纯PL在所有测试条件下均不稳定（N_coal>>1）。这印证了Bancroft规则——油相溶解的PL因低HLB值更适合稳定水包油乳液。

3.2 温度对单一组分的影响
温度升至70°C时，β-LG稳定的液滴出现聚集但不合并，表明变性蛋白形成了坚固界面层。而PL稳定的液滴在超过其相变温度（如PC 18:1>50°C）后稳定性骤降，归因于界面层从有序态转为无序态。

3.3 室温复合体系
β-LG+PL组合展现出惊人协同效应：0.001wt% β-LG+0.005wt% PL在31 ms内即可实现N_coal<1。值得注意的是，饱和与不饱和PL在此时间尺度下无显著差异，暗示蛋白质置换是分钟级现象而非毫秒级过程。

3.4 高温复合体系
50°C时，0.0001wt% β-LG+PC 18:1即能稳定乳液，而纯组分均失效。但温度>70°C后，含饱和PL（PC 18:0）的体系出现液滴粘附，可能与β-LG变性及PL相变双重效应有关。

这项研究首次阐明：在毫秒级乳化初期，β-LG与PL通过快速共吸附而非分子互作实现协同稳定；磷脂类型对短期稳定性的影响远小于温度效应；高温下不饱和PL能更好抑制蛋白质聚集。这些发现为乳液配方设计提供了明确指导：低温工艺优选饱和PL以增强界面弹性，而高温处理需采用不饱和PL避免蛋白质过度聚集。该成果不仅解决了食品工业中热加工乳液稳定性难题，其建立的微流控研究方法更为界面科学领域提供了全新分析维度。