综述：乳与植物基乳替代品的胶体特性：结构视角

本综述系统比较了乳与植物基乳替代品（PMAs）的胶体特性，重点阐释了二者在蛋白质颗粒（如酪蛋白胶束与植物蛋白体）和脂肪球/油滴结构上的根本差异。文章深入探讨了PMAs胶体稳定性低的成因，及其导致的相分离、沉淀等问题，并提出了通过物理改性（如高压均质、超声波处理）、构建混合蛋白颗粒（植物蛋白与乳清蛋白/酪蛋白酸钠复合）以及糖基化、磷酸化等化学修饰策略来改善PMAs品质，使其在加工稳定性和消化行为上更接近牛乳。最后，综述还比较了二者在胃肠道环境中的胶体行为差异及其对营养物质输送的影响。

　　

乳与植物基乳替代品的胶体特性：结构视角

引言

植物基乳替代品（Plant-based milk alternatives, PMAs）为因乳糖不耐受、蛋白过敏或出于伦理、环境等因素而不愿消费牛乳的消费者提供了选择。然而，与牛乳相比，PMAs普遍存在营养价值较低、胶体稳定性差的问题，易出现相分离、沉淀和乳脂析出等现象，这不仅影响产品接受度和加工过程，甚至波及消化吸收性能。本文从胶体科学的角度，深入比较了牛乳与PMAs中蛋白质颗粒和脂肪球/油滴的结构特性、稳定性差异，并探讨了改善PMAs品质的策略及其对消化行为的影响。

蛋白质在乳与PMAs中的特性

牛乳中的蛋白质特性

牛乳蛋白质含量约为3–4%，其中约80%为酪蛋白，20%为乳清蛋白。乳清蛋白（如β-乳球蛋白、α-乳白蛋白）以水溶性球状分子形式存在。而酪蛋白则因其独特的氨基酸组成，主要形成稳定的胶体颗粒——酪蛋白胶束。这些胶束直径在50至500纳米之间，分子量高达10⁶–10⁹ kDa，内部包含大量酪蛋白分子以及约6%的钙磷酸盐及其他金属离子。

酪蛋白胶束的卓越稳定性源于其表面结构。κ-酪蛋白以其亲水性C端区域在胶束表面形成一层5–10纳米厚的“毛状”层，提供约-20 mV的zeta电位和空间位阻效应，有效防止胶束间的聚集。此外，酪蛋白的两亲性和开放柔性的结构（因其富含脯氨酸而缺乏α-螺旋和β-折叠）使其具有良好的表面活性和功能特性，如起泡和乳化能力。

PMAs中的蛋白质特性

PMAs是植物原料经浸泡、研磨、均质等处理后得到的水包油型乳液。其中的蛋白质主要来源于植物细胞中的蛋白体（Protein bodies, PBs）。PBs是种子储存组织中的亚细胞器，直径1–20微米，由蛋白质基质、蛋白晶体和植酸球蛋白构成，外包单层膜。例如，大麻PBs中的主要储存蛋白是麻球蛋白，其分散液仅在中性pH下具有良好胶体稳定性，在偏离等电点（pI）的酸碱条件下会发生溶胀、破裂和溶解。

在PMAs加工过程中，浸泡和研磨步骤会破坏植物组织，释放出蛋白质，但它们常与多糖、纤维等其他细胞成分形成大型异质复合物，粒径可达数十微米，zeta电位低，易导致絮凝和沉淀。后续的加工，如高压均质（High-pressure homogenisation, HPH）虽能减小粒径（例如将粒径从~29 μm降至~14 μm），但热处理若控制不当（如高温长时间加热），会引起蛋白质变性，通过二硫键和疏水作用导致再聚集，反而破坏稳定性。

改善PMAs中蛋白质颗粒稳定性的策略

物理改性策略

高压均质（HPH）、超高压均质（Ultra high-pressure homogenisation, UHPH）和超声波处理是改善PMAs物理稳定性的有效手段。研究表明，超声波处理（20 kHz, 3 min）可将花生PMAs的D₅₀粒径从0.29 μm显著降至0.02 μm，从而在48小时内抑制相分离。UHPH在276 MPa下处理豆奶12.48秒，能将粒径从~130 μm降至~20 μm，并在4°C下储存28天保持稳定。

构建混合蛋白颗粒

将植物蛋白与乳蛋白结合是提升PMAs功能特性的有效策略。例如，将大麻蛋白与乳清蛋白（Whey protein isolate, WPI）以1:1比例混合，通过95°C加热20分钟并微流化处理，可形成杂化微粒。WPI在HPPs表面的结合通过占据反应位点和形成二硫键，抑制了热处理过程中的进一步聚集。类似地，采用pH循环法（调至pH 12反应1小时后中和至pH 7）使大麻蛋白与酪蛋白酸钠形成纳米颗粒（Z平均粒径≈130 nm，zeta电位≈-17 mV），溶解度从<20%提升至>80%，且热稳定性显著增强（90°C加热30分钟后粒径仅229 nm）。应用层面，含25%螺旋藻蛋白浓缩物（SPC）和75%乳蛋白浓缩物（MPC）的配方展现出更优的理化与感官特性。

化学修饰：糖基化与磷酸化

糖基化（Glycosylation）是一种安全有效的改性方法，通过美拉德反应初期将蛋白质的ε-氨基与还原糖的羰基共价结合。例如，将豌豆蛋白分离物与源自豌豆淀粉的麦芽糊精反应，部分糖基化后的蛋白溶解度提高至~90%，且在酸性条件下热稳定性和消化性均增强。磷酸化（Phosphorylation）则通过将磷酸基团（PO₃^-）共价连接到丝氨酸、苏氨酸等氨基酸的侧链上，常用试剂如三聚磷酸钠（Sodium tripolyphosphate, STP）、三偏磷酸钠（Sodium trimetaphosphate, STMP）等。经STP处理的豆蛋白分离物（SPI）乳化能力从~25 m²/g提升至~38 m²/g，乳化稳定指数从~18分钟增至~90分钟，显示出在PMAs中的应用潜力。

乳与PMAs中的脂质特性

牛乳中的脂肪球

牛乳含4–5%的脂肪，以直径0.1–10.0微米的脂肪球形式存在，其尺寸影响乳脂析出、絮凝和 coalescence 等稳定性。每个脂肪球由一层约10纳米厚的乳脂球膜（Milk fat globule membrane, MFGM）保护，该膜含蛋白质、磷脂（Phospholipids, PLs）、糖蛋白等成分。均质处理将脂肪球尺寸减小至0.2–0.5微米，同时破坏原有MFGM，使脂肪球表面被胶束酪蛋白和乳清蛋白覆盖，zeta电位从均质前的-13~-14 mV变为约-20 mV，稳定性通过静电排斥和糖蛋白提供的空间位阻维持。

PMAs中的油体（Oil bodies, OBs）

植物中的油脂以油体（OBs）形式储存，其直径在油籽中约为0.6–2.0微米，某些果实中可达10–20微米。OBs的核心为三酰基甘油（Triacylglycerols, TAGs），由2–4纳米厚的膜稳定，该膜包含锚定蛋白（如oleosins、caleosins、steroleosins）、磷脂单层、糖基等。OB膜（OBM）的平均组成约为33.0–49.1%磷脂和50.9–67.0%蛋白质。

在PMAs加工中，浸泡和研磨步骤对OBs的完整性至关重要。充分浸泡（如16–24小时）有助于保持OBs的完整，使其在天然pH下带负电荷（如椰子奶中zeta电位为-16 mV），通过静电排斥和oleosins提供的空间位阻保持稳定。均质虽可减小OB尺寸至<0.5微米，但其表面层与牛乳脂肪球不同，易在热处理时因植物蛋白变性而聚集。

改善PMAs中OBs稳定性的策略

利用OBM材料进行乳化

研究表明，使用oleosins、caleosins与磷脂重构“人工OBs”可模拟天然OBs的稳定机制。oleosins的中央疏水域（含脯氨酸结 motif）与磷脂的协同作用至关重要：两者通过静电相互作用（oleosins的正电残基与磷脂的负电部分结合）、疏水作用和氢键形成抗 coalescence 的厚膜。重构时，磷脂与oleosin的比例接近天然OBs可获得最佳稳定效果。需要注意的是，提取后的oleosins可能因疏水性而聚集，但其在重构OBs中的结构与功能可能与天然状态相似。

乳与PMAs在消化过程中的胶体行为

牛乳在胃条件下的行为

牛乳在胃消化中，酪蛋白胶束会因胃蛋白酶（pepsin）水解和低pH环境发生凝固，形成结构化凝乳。这一过程受酪蛋白和矿物质组成的影响，甚至细微的遗传变异也会改变凝固特性。κ-酪蛋白的水解导致zeta电位降低，胶束敏感性增加，Ca²⁺离子作为桥连促进凝乳形成。热处理（如90°C 20分钟）会使凝乳结构更松散、 fragmented，均质则因脂肪球数量增多、尺寸减小且表面吸附酪蛋白，使凝乳嵌入更多脂肪球，结构更松散，影响后续蛋白质水解和营养输送。

PMAs在胃条件下的行为

PMAs中的植物蛋白不会被pepsin诱导凝固，但低pH可引起它们聚集为大型颗粒。pepsin水解蛋白会导致OBs失稳和 coalescence，造成乳脂析出和相分离。例如，杏仁奶在胃pH降至5.26时，OBs迅速絮凝，蛋白质聚集，随后pepsin水解界面蛋白加速 coalescence，形成上脂层和下液层，延迟胃排空。相比之下，燕麦奶在胃中相对稳定，颗粒尺寸无显著变化，蛋白质和脂质均匀分散并逐渐排空。豆奶也表现出类似的抗 coalescence 特性，可能因其界面膜对pepsin水解更具抗性。

混合乳体系的胃行为

将乳蛋白引入PMAs可显著改变其消化行为。例如，将燕麦奶与脱脂牛乳1:1混合后， casein胶束因pepsin水解κ-酪蛋白而迅速凝固，形成的凝乳包含乳蛋白和部分燕麦蛋白及脂质，尺寸增大延迟了胃排空，同时保护了燕麦蛋白免受pepsin攻击。这表明乳蛋白可用于设计食物结构，调控PMAs的胃部胶体稳定性和消化动力学。

结论

PMAs与牛乳的差异根源于其胶体特性的不同，尤其是蛋白质颗粒和油滴的低稳定性。PMAs中的蛋白质常源自水不溶性蛋白体，缺乏如酪蛋白胶束般的稳定结构，易在加工和储存中聚集。通过物理改性、构建杂化蛋白颗粒以及糖基化、磷酸化等化学策略，可有效改善PMAs品质，使其在加工稳定性和消化行为上更接近牛乳。颗粒结构在消化过程中扮演关键角色，影响蛋白和脂质的分解与吸收动力学，进而影响营养输送。未来研究需进一步探索如何精准设计PMAs的胶体结构，以优化其营养功能和消费体验。