乳蛋白调控热加工咖啡饮料的抗氧化活性与代谢组稳定性机制研究

本研究针对牛奶添加对咖啡中抗氧化成分及代谢物谱的影响机制尚不明确的问题，通过分析热加工条件下咖啡-牛奶体系的理化特性、抗氧化活性及小分子代谢物变化，发现乳蛋白通过非共价/共价相互作用与咖啡多酚形成复合物，显著提升体系抗氧化能力（DPPH清除率从33.55%增至49.37%）并改变代谢物组成（如二咖啡酰奎尼酸含量变化），同时优化了泡沫特性与感官接受度（评分从3.88升至7.40）。该研究为功能性乳基咖啡饮料的精准设计提供了理论依据。

　　

咖啡作为全球最受欢迎的饮品之一，其丰富的多酚类物质如咖啡酸（CA）和绿原酸（CGA）赋予了它卓越的抗氧化特性，这些活性成分被认为对人类健康具有广泛的积极影响。然而，咖啡本身的苦涩和涩味往往让人望而却步，许多人习惯通过添加牛奶来改善口感，制成拿铁或卡布奇诺等受欢迎的花式咖啡。但牛奶的加入究竟会如何影响咖啡中的功能性成分？是增强还是削弱其健康效益？这一问题长期以来存在争议。以往的研究表明，牛奶中的蛋白质可能与咖啡多酚发生相互作用，从而改变这些生物活性物质的生物利用度和抗氧化能力，但具体机制及其对整体代谢物谱的影响仍不明确。尤其在热加工条件下，这种相互作用更显复杂，亟待系统深入的研究。

为了解答这些问题，来自吉林大学食品科学与工程学院的研究团队在《Journal of Dairy Science》上发表了一项深入研究，他们通过综合运用生物化学、物性分析和代谢组学技术，揭示了乳蛋白在热加工过程中对咖啡饮料抗氧化特性、稳定性和代谢物组成的调控机制。

研究团队采用了几项关键技术方法：首先通过福林酚法测定总酚结合率，评估不同乳蛋白浓度（0-90 mg/mL）下多酚与蛋白的结合程度；利用DPPH、ABTS和FRAP（铁离子还原抗氧化能力）三种方法全面评价抗氧化活性；通过激光粒度分析仪测量颗粒尺寸分布和ζ-电位以评估体系稳定性；采用Native-PAGE和SDS-PAGE（非还原和还原电泳）技术鉴别蛋白质与多酚的相互作用类型；结合HPLC-QTOF-MS/MS（高效液相色谱-四极杆飞行时间串联质谱）进行非靶向代谢组学分析，鉴定关键差异代谢物；并由25名经过培训的感官评价员对样品进行感官特性评分。

乳蛋白提升总酚结合率并改变抗氧化活性

随着乳蛋白浓度从0增加至90 mg/mL，总酚结合率从17.24%显著上升至51.80%，表明乳蛋白与咖啡多酚形成复合物的能力呈浓度依赖性。在未离心样品中，DPPH自由基清除率从33.55%升至49.37%，ABTS和FRAP值也同步提高，这主要归因于乳蛋白自身的抗氧化特性。然而，离心去除蛋白-多酚复合物后，游离多酚的抗氧化能力随乳蛋白浓度增加而下降，证实结合态多酚失去了自由基清除能力。

乳蛋白改善泡沫特性但影响分散稳定性

乳蛋白浓度升高使泡沫膨胀率从191.24%提升至239.13%，但泡沫稳定性略有下降。显微镜观察显示，泡沫在60分钟后由密集小气泡转变为明亮大气泡，表明液体排液和气泡粗化过程加速。此外，咖啡浓度增加会导致平均粒径增大（从185.93 nm至233.33 nm）和多分散指数（PDI）上升，同时ζ-电位绝对值降低，表明体系分散稳定性下降。

电泳揭示蛋白-多酚相互作用机制

SDS-PAGE和Native-PAGE结果显示，随着咖啡浓度增加，蛋白质条带整体上移，表明乳蛋白与咖啡成分通过共价和非共价两种方式结合，且共价相互作用更为显著，这可能与热加工过程有关。

感官评价证实乳蛋白提升接受度

当乳蛋白浓度达90 mg/mL时，整体感官接受度评分从黑咖啡的3.88显著提高至7.40（满分10）。苦味、涩味和酸味等咖啡主导属性评分下降，而甜味、乳香和顺滑度等牛奶主导属性上升。主成分分析（PCA）表明，乳蛋白浓度是影响咖啡饮料客观感官特性的主要因素。

代谢组学揭示乳蛋白显著改变代谢物谱

非靶向代谢组学分析发现，超滤和加热对咖啡代谢物组成影响较小，而牛奶添加导致80种代谢物发生显著变化，包括二咖啡酰奎尼酸（dicaffeoylquinic acid）和阿魏酰奎宁内酯（feruloyl-quinolactone）等关键多酚类物质含量下降。热图分析显示，奎尼酸和肉桂酸衍生物在牛奶添加后含量显著降低，这与抗氧化能力的减少相一致。

该研究结论表明，乳蛋白作为咖啡分子结合的关键介质，通过形成蛋白-多酚复合物显著改变咖啡饮料的抗氧化特性、理化稳定性和代谢物组成。这些相互作用不受温度调控，而主要取决于乳蛋白浓度。研究不仅阐明了牛奶添加对咖啡品质与营养特性的影响机制，还为开发具有优化生物功能特性的乳基咖啡饮料提供了精准调控策略（如配比设计和加工参数优化）。未来研究可进一步探索不同乳源（如植物蛋白）的替代效果、复合物的体内生物利用度以及工业化生产中的稳定性控制，以推动功能性咖啡饮料的创新与市场应用。