双重皮克林双乳液的摩擦学特性：基于机器学习的内滴分析

《Food Hydrocolloids》：Tribology of dual Pickering double emulsions: Machine Learning-aided inner droplet analysis

本研究通过共价或非共价结合山柰酚与马铃薯蛋白 isolate（PPI），抑制植物基乳液的脂蛋白共氧化，开发功能性代用奶油。结果显示共价结合的山柰酚（C-LUT）乳液具有更优的抗氧化性（TBARS降低26%），流变学特性显著改善（硬度增加33.3%，质地增强），脂肪释放减少，为植物基乳制品提供创新策略。

　　

王松宇|欧阳凯帆|陈子琪|黄志远|冯园园|严子航|张琴|赵强

中国江西省南昌大学食品科学与资源国家重点实验室，邮编330047

摘要

本研究旨在通过将白藜芦醇（RES）或木犀草素（LUT）与马铃薯蛋白分离物（PPI）进行共价或非共价结合，抑制植物基乳液中的脂质-蛋白质共氧化，并开发功能性替代品（如打发奶油）。共价结合物（C-LUT/C-RES）显示出比非共价系统更高的多酚接枝效率。木犀草素中的儿茶酚基团可能促进了多酚的接枝速率并增强了自由基清除能力，使得C-LUT乳液在15天后的TBARS值降低了26%（16.07 mg MDA/kg），蛋白质羰基化程度降低了44.18%，优于C-RES和未经改性的PPI。C-RES在保护蛋白质免受氧化方面表现出更强的效果，这突显了两者之间的结构-功能差异。C-LUT乳液具有更好的流变性能（更高的粘度和G′值），当制成打发奶油时，其打发时间缩短至27.33秒（而牛奶为240.33秒），硬度增加了33.3%，咀嚼性提高了12.6倍，弹性提高了17.64%，同时泄漏量减少了3.01%。体外消化实验显示，C-LUT乳液的游离脂肪酸释放量降低了16.48%，颗粒大小也更小（1.28 μm，仅为PPI的65.6%），表明脂质水解过程被延缓。这些发现表明，C-LUT能够协同增强氧化稳定性、改善质地性能并调节营养成分，为下一代乳制品中的植物蛋白工程化提供了有前景的策略。

引言

油包水（O/W）乳液在现代食品加工中起着关键作用，因为它们能够有效包裹疏水性营养成分（Li等人，2019年）。然而，氧化降解是一个严重的问题，会导致质地恶化、产生异味和营养成分流失（Zhou等人，2020年）。在蛋白质稳定的体系中，脂质和蛋白质的氧化具有协同破坏作用：脂质氧化产物（如过氧化物）会攻击界面蛋白质，导致其结构变性（Liu等人，2024年）；而氧化的蛋白质又会通过自由基转移加速脂质的过氧化（Chen等人，2022年）。因此，打破这种脂质-蛋白质共氧化循环对于延长乳液的保质期至关重要。

马铃薯蛋白分离物（PPI）作为一种可持续的植物基乳化剂，具有低过敏性的优势。然而，PPI的工业应用受到诸多限制，不仅包括热处理导致的功能损失（如溶解度降低和抗氧化能力减弱），还包括蛋白质结构和组成的天然差异（Josefsson等人，2020年）。多酚是植物中的次生代谢物，具有很强的抗氧化作用（Noon等人，2020年）。其抗氧化作用主要通过三种途径实现：中和活性氧、与过渡金属形成复合物以及抑制促氧化酶的活性（Vuolo等人，2019年）。值得注意的是，多酚的强大抗氧化特性可以传递到油水界面，有效缓解氧化引起的乳液质量下降。利用多酚-蛋白质相互作用并将这些复合物纳入O/W乳液中，可以为抑制脂质和蛋白质氧化提供有效的策略，从而提高乳液的稳定性和质量。

通过非共价（氢键、疏水相互作用）或共价键合形成的多酚-蛋白质复合物具有不同的功能。例如，表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）与乳清蛋白的共价结合通过改变界面结构来提高乳液的抗氧化稳定性（Chen、Zhang等人，2023年）；Xu等人（2025年）报告称，EGCG与南瓜籽蛋白的共价结合提高了其结构柔韧性和热稳定性。尽管取得了这些进展，但关于不同相互作用类型及其对共氧化抑制效果的系统性比较仍然较少。值得注意的是，多酚的抗氧化效果与其羟基密度和分子结构密切相关（Maqsood & Benjakul，2010年）。高羟基多酚（如单宁）在脂质-蛋白质体系中表现出更强的抗氧化保护作用，这归因于它们在界面上的亲和力和更有效的自由基清除能力（Liao等人，2024年）。

本研究比较了两种具有不同羟基数量的多酚（白藜芦醇和木犀草素）通过不同方式（共价和非共价）与PPI乳液中的脂质-蛋白质共氧化的影响，为利用多酚修饰蛋白质以制备新型奶油产品提供了理论基础和技术支持。此外，传统乳制品奶油常存在相分离、稳定性差以及在生产、运输和储存过程中易氧化的问题，这些限制了其市场应用和产品开发。为解决这些问题，食品研究领域积极探索了植物基蛋白质替代品在打发奶油配方中的应用潜力。本研究系统评估了这种复合系统对奶油产品物理稳定性、质地和脂肪释放的影响，并与传统乳制品奶油进行了对比分析，旨在为开发符合当前健康需求的植物基奶油产品奠定理论和技术基础。

材料

马铃薯蛋白分离物（PPI，纯度90%）购自荷兰Avebe公司；玉米油由江西益海 Kerry公司提供；过氧化氢购自上海西龙科技有限公司；2,4-二硝基苯肼和盐酸胍由上海阿拉丁生化科技有限公司提供；白藜芦醇（纯度>99%）和漆酶（活性120 U/g）来自上海宇然生物科技有限公司；胃蛋白酶（活性250 U/mg，CAS 9001-75-6）和胰酶（活性4000 U/g，CAS……）也由该公司提供。

多酚接枝率

图1(a)显示了多酚与马铃薯蛋白共价结合物和非共价混合物的多酚接枝情况。结果表明，共价结合物的多酚负载能力显著高于非共价结合物，这可能是由于非共价体系中的氢键和疏水相互作用力较弱（Li、Kang等人，2024年）。

结论

木犀草素与马铃薯蛋白的共价结合显著提高了乳液的抗氧化稳定性和功能性能，优于非共价体系和基于白藜芦醇的结合物。C-LUT的优异效果可能归因于木犀草素中的儿茶酚基团，该基团促进了漆酶介导的共价结合并增强了自由基清除能力。这一结构特性有助于减少脂质和蛋白质的氧化。

CRediT作者贡献声明

陈子琪：撰写 – 审稿与编辑，实验研究。欧阳凯帆：撰写 – 审稿与编辑，实验研究。王松宇：撰写 – 原稿撰写，方法学设计，实验研究。赵强：项目监督，资金申请，概念构思。张琴：实验研究。严子航：软件应用。冯园园：撰写 – 审稿与编辑。黄志远：撰写 – 审稿与编辑，数据可视化。

未引用的参考文献

Cao, 2022; Chen, 2023; Chen, 2023a; Chen, 2023b; Dai, 2022; Feng, 2022; He, 2019; Josefsson, 2020; Kim, 2024; Li, 2024a; Li, 2021a; Li, 2021b; Li, 2024b; Liao, 2024; Pan, 2025; Shi, 2024; Shu, 2025; Sun et al., 2022a; Sun et al., 2022b; Tian, 2023; Wang, 2024; Wang, 2023; Wang, 2025; Xiao, 2022; Xu et al., 2025; Yan, 2022; Zhang et al., 2022a; Zhang et al., 2022b; Zhang et al., 2022c; Zhang, 2022d; Zhu, 2018.

利益冲突

作者声明不存在任何已知的利益冲突或财务竞争关系。

利益冲突声明

作者声明在本文中不存在任何利益冲突。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（32460588）、江西省自然科学基金（20232BAB205075）以及南昌大学江西省财政科技专项（ZBG20230418037）的财政支持。