利用酵母生物质稳定水包油乳液的机制研究：从皮克林效应到分子界面稳定作用的范式转变

本研究针对酵母细胞稳定乳液的机制争议，通过对比酿酒酵母(SC)与两种非常规酵母(NC1/NC2)生物质的乳化性能，结合界面张力测定、显微成像和蛋白质组学分析，首次揭示酵母生物质的稳定作用主要源于表面蛋白（如甘露蛋白）的分子吸附机制，而非传统认知的皮克林稳定作用，为微生物源乳化剂的开发提供了理论依据。

　　

在替代蛋白研发浪潮中，微生物细胞正成为取代植物蛋白的新兴资源。其中，酵母细胞凭借其高蛋白含量和天然乳化潜力，在食品工业中展现出广阔应用前景。然而，关于酵母细胞稳定乳液的机制一直存在学术争议：究竟是细胞本身作为固体颗粒在界面吸附的皮克林(Pickering)稳定作用，还是细胞表面蛋白质的分子界面吸附在起主导作用？这个核心问题的解答，对开发酵母基食品乳化剂具有重要指导意义。

为厘清这一机制，利兹大学的研究团队在《Food Chemistry》发表了创新性研究。他们采用批次发酵技术培养了三种食品级酵母菌株：传统酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae, SC)和两种非常规酵母(NC₁和NC₂)，系统比较了它们生物质（尺寸范围1-10μm）对5-20wt%水包油乳液的稳定效能，并通过洗涤实验、界面张力测定和蛋白质组学分析揭示了关键稳定机制。

研究主要采用了以下关键技术方法：首先通过批次发酵获得三种酵母生物质；利用扫描电镜(SEM)和共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)表征细胞形态；采用悬滴法测定界面张力(IFT)；通过高压均质制备乳液并分析其稳定性；使用BCA assay和SDS-PAGE分析蛋白质组成与含量；最后通过流变学测量评估体系粘度特性。

3.1. 酵母生物质特性

研究发现三种酵母生物质得率相当（5.6-6.7g/L），但形态存在显著差异：SC和NC₂呈球形或卵圆形，而NC₁为椭圆形（长径比3:2）。CLSM显示NC₂的几丁质分布更均匀，而SC和NC₁的几丁质主要分布在细胞边缘。界面张力测定表明所有酵母生物质都能显著降低n-十四烷/水界面张力（从43-48mN/m降至17-21mN/m），但菌株间无显著差异。

3.2. 乳液特性

乳液稳定性实验显示SC生物质稳定效果最佳，能防止液滴聚结达四周，平均液滴尺寸(D[4,3])维持在~12μm，而NC₁和NC₂稳定乳液在一周内即发生快速聚结。CLSM显微观察发现关键现象：大多数SC细胞位于连续相中而非液滴界面，这与经典皮克林稳定机制预期的单层界面吸附截然不同。降低油相浓度（5-10wt%）实验进一步证实，即使油相减少，SC细胞仍未在界面形成完整覆盖。

3.3. 洗涤对乳液稳定性的影响

为验证表面蛋白质的作用，研究人员对SC生物质进行洗涤处理。结果显示洗涤后乳液稳定性显著下降，液滴尺寸分布出现第三峰（80-500μm），表明聚结加剧。蛋白质分析发现洗涤水含有534μg/mg蛋白质，SDS-PAGE显示这些蛋白质分子量在7-80kDa之间，符合甘露蛋白特征。界面张力测定进一步证实洗涤后界面张力从17mN/m升高至23mN/m，表明洗涤移除了关键的界面活性成分。

研究结论挑战了现有认知：酵母生物质稳定乳液的主要机制并非细胞本身的皮克林稳定作用，而是表面蛋白质（特别是甘露蛋白）的分子吸附机制。这一发现通过洗涤实验、界面张力变化和蛋白质组学分析得到了系统验证。该研究对食品工业开发酵母基乳化剂具有重要指导意义——无需复杂细胞破壁提取工艺，直接使用酵母生物质即可获得良好乳化效果，但需注意保持其表面蛋白的完整性。未来研究应聚焦于特定甘露蛋白的鉴定及其界面行为解析，为精准设计微生物源乳化剂提供理论基础。