超声驱动EWP-MCN-Xyl三元共轭重构高蛋白蛋乳体系蛋白-脂质界面及挥发性风味谱

《Ultrasonics Sonochemistry》：Ultrasound-driven ternary conjugation reshapes protein-lipid interfaces and volatile profiles in high-protein egg milk systems

　　

热诱导聚集、含硫不良风味和氧化不稳定性对蛋清蛋白（egg white proteins, EWPs）在高蛋白饮品中的应用构成挑战。本研究中，将包含EWP、牛奶酪蛋白（milk casein）和木糖醇（xylitol）的三元共轭体系（EMX）加入脱脂乳粉（skimmed milk powder, SMP）和全脂乳粉（whole-fat milk powder, WFM）饮品，随后采用超声（ultrasound, US；20 kHz，300 W）处理。监测其理化性质、氧化稳定性、挥发性化合物、体外消化以及4 °C下30 d的贮藏稳定性。结果表明，与脱脂饮品相比，EMX共轭体系具有更高的溶解度（91.04 % vs. 88.54 %），且浊度降低2.4倍。超声进一步降低了全脂配方中的粒径并提高了分子柔性。此外，EMX表现出最高的热稳定性（T_d 114.17 °C；ΔH_d 179.3 J/g），而US处理使SMP中的T_d从102.21 °C提高至113.23 °C。US处理的全脂饮品在0–14 d表现出较低的硫代巴比妥酸反应物（thiobarbituric acid reactive substances, TBARS）值，但在第30天时其值高于未处理对照。在整个贮藏期间，US处理的脱脂饮品中蛋白质羰基水平保持最低。总之，US提高了消化率，同时减轻了二丙基二硫醚（dipropyl disulfide）和2-呋喃甲硫醇（2-furanmethanethiol）含硫不良风味。综上，US辅助的EMX三元共轭为开发蛋白质强化乳模型体系的功能性和感官品质提供了一种有前景的方法。

论文解读

研究背景与问题：全球对高蛋白饮品的兴趣持续增长，蛋清蛋白（egg white proteins, EWPs）与乳蛋白因营养价值和功能特性而具有互补潜力。乳蛋白通常含约80 %酪蛋白和20 %乳清蛋白，氨基酸谱完整且易消化；EWPs含卵白蛋白、卵转铁蛋白、卵类黏蛋白和溶菌酶等，但在巴氏杀菌等热处理中溶解度低，易聚集或形成凝胶，并产生含硫挥发性物质，导致不良“蛋腥”异味。双蛋白相互作用可改善功能与热稳定性，但EWP与牛奶酪蛋白（milk casein, MCN）浓度超过3.0 %时，热处理仍会诱导聚集，限制其在高蛋白饮品中的应用。三元共轭体系，尤其引入木糖醇（xylitol, Xyl）等糖醇，可优化蛋白基水胶体，增强功能、热稳定性和风味掩蔽。然而，既往研究多基于简化模型或分离蛋白溶液，对真实复杂食品基质中三元共轭体系的结构稳定性、聚集行为及蛋白-脂质界面作用认识不足。超声（ultrasound, US）已被报道可改变热处理EWPs的挥发性化合物，并提高蛋白热稳定性。因此，Mohamed Salama 等开发了US辅助的EWP-MCN-Xyl（EMX）三元共轭体系，并将其整合到高蛋白乳饮品中，评估其溶解度、热与氧化稳定性、蛋白-脂质界面行为、香气及含硫挥发性物质调控。论文发表在《Ultrasonics Sonochemistry》。

关键技术方法：以EWP 8 % w/v、MCN 8 % w/v、Xyl 2 % w/v制备EMX，再与SMP或WFM按1:1混合，pH调至7.0；采用US 20 kHz、300 W处理10 min，脉冲为5 s开、3 s关，冰浴控温，随后90 °C加热30 min。新鲜鸡蛋来自Charoen Pokphand Foods Group Co., Ltd.（武汉，中国）；脱脂和全脂乳粉来自JBX Pty Ltd.（Maxigenes?，悉尼，澳大利亚）。主要技术包括近红外组成分析、溶解度和浊度、分子柔性、粒径与ζ-电位、色差、二阶导数紫外、内源与同步荧光、X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）、傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR）、共聚焦激光扫描显微镜（confocal laser scanning microscope, CLSM）、差示扫描量热（differential scanning calorimetry, DSC）、流变、多重光散射、4 °C下30 d贮藏、TBARS与蛋白羰基、体外胃肠消化、气相色谱-离子迁移谱（gas chromatography-ion mobility spectrometry, GC-IMS）及感官评价。

研究结果：
3.1 组成分析：通过近红外扫描分析发现，加入乳粉显著提高蛋白、脂肪和碳水化合物含量，总固形物以WFM最高、SMP次之、EMX最低；EMX水分最高、灰分最低。
3.2 胶体行为：通过溶解度和浊度测定发现，WFM浊度最高，归因于乳脂肪球的光散射；US提高溶解度并降低浊度，U-SMP溶解度最高为93.19 %，U-WFM为91.44 %。
3.3 分子柔性：通过胰蛋白酶消化后吸光度测定发现，EMX分子柔性最高，US处理饮品次之，表明US促进结构改性和分子迁移。
3.4 粒径与ζ-电位：通过粒径和ζ-电位分析发现，EMX粒径最低；US显著降低WFM粒径，SMP无显著变化；WFM粒径多分散指数最高；各处理ζ-电位无显著差异，US主要影响物理分散而非表面电荷。
3.5 色度：通过色差仪分析发现，EMX的L*、a*、b*值最低；乳粉提高亮度，WFM的b*最高；US使SMP偏绿，使U-WFM向中性或红色偏移。
3.6 二阶导数紫外光谱：通过二阶导数紫外光谱发现，WFM和U-WFM吸光度较高，提示芳香残基暴露；US处理样品峰强降低，反映构象重排。
3.7 内源和同步荧光：通过荧光光谱发现，SMP荧光强度最高，U-SMP和EMX次之；WFM和U-WFM最低并红移，说明脂肪疏水作用埋藏芳香残基；US改变Trp微环境。
3.8 XRD：通过XRD发现，EMX具有较强调衍射峰，WFM天然强度最高；US降低SMP和WFM结晶有序性，且对SMP影响更明显。
3.9 FTIR：通过FTIR发现，WFM和U-WFM光谱位移明显；EMX和SMP的O–H/N–H带较宽，WFM较窄；酰胺I、II、III峰保留，1075 cm^?1附近糖类C–O峰在WFM、U-WFM和U-SMP中明显。
3.10 CLSM：通过CLSM观察发现，EMX、SMP和U-SMP无可见脂肪球，WFM存在大油滴；US显著减小油滴并形成均匀脂肪-蛋白网络，改善界面稳定。
3.11 DSC热稳定性：通过DSC发现，EMX具有最高T_d 114.17 °C和ΔH_d 179.3 J/g；WFM最低；US提高T_d，U-SMP为113.23 °C，U-WFM为100.60 °C。
3.12 流变学性质：通过流变测试发现，所有样品G' > G''，呈弹性或凝胶样；WFM和U-WFM初始G'较低，脂肪起增塑作用；US提高G'，样品呈剪切变稀，WFM黏度较高。
3.13 多重光散射：通过Turbiscan分析发现，EMX的TSI最高，因透明体系对光变化敏感；乳固体和脂肪降低TSI；US降低ΔBS和Dm，与粒径结果一致。
3.14 贮藏稳定性：通过30 d贮藏观察和粒径追踪发现，4 °C下所有配方无沉淀或相分离；室温下SMP第14天出现相分离，WFM因脂肪界面作用更稳定；US处理保持较小粒径。
3.15 氧化稳定性：通过TBARS和蛋白羰基测定发现，EMX、SMP和U-SMP无脂质氧化；WFM和U-WFM的MDA升高，U-WFM早期较低但第30天高于WFM；SMP和U-SMP蛋白羰基最低，U-SMP始终最低，U-WFM高于WFM。
3.16 体外消化：通过体外胃肠消化发现，US显著提高水解度（degree of hydrolysis, DH）；EMX的DH最低，因强分子互作和Xyl稳定氢键降低酶可及性。
3.17 挥发性轮廓：通过GC-IMS发现，EMX信号强度最高；乳脂显著调控挥发性化合物，US降低信号；二维和减法图表明差异主要来自乳类型和US处理。
3.18 挥发性指纹：通过GC-IMS指纹和主成分分析发现，EMX富集dipropyl disulfide、2-furanmethanethiol等硫味物质；WFM和U-WFM富集奶油、水果和甜味挥发物；US降低硫味，dipropyl disulfide最多降低8.38倍，2-furanmethanethiol降低2.39倍。
3.19 感官评价：通过感官评价发现，U-WFM总体接受度最高；SMP和U-SMP质地评分较高但味道较低；EMX风味9.5/20、总体接受度24/50，评分最低。

讨论与结论总结：作者认为，US辅助EMX三元共轭可作为先进水胶体系统稳定高蛋白蛋乳饮品。EMX重组蛋白二级和三级结构，强化氢键微域并防止聚集，提升溶解度、降低粒径并提高热稳定性；US增强结构柔性并优化蛋白-脂质界面组装，改善30 d胶体稳定性。乳脂与US共同调控挥发性和氧化行为，US在全脂饮品早期抑制脂质氧化，但长期贮藏可能促氧化。US还显著降低含硫不良风味并保留水果和奶油酯类，提高消化率。局限包括感官小组规模小、挥发性化合物鉴定为暂定以及贮藏期较短。

研究结论翻译：本研究证明，US辅助的EMX三元共轭物可作为先进水胶体系统稳定高蛋白蛋乳饮品。EMX有效重组蛋白质二级和三级结构，增强氢键微域并防止聚集，从而在所有配方中具有优越溶解度（91.04 %）、降低的粒径和最高热稳定性（T_d 114.17 °C；ΔH_d 179.3 J/g）。US进一步增强结构柔性并优化蛋白-脂质界面组装，形成均匀微观结构并在30 d贮藏中改善胶体稳定性。乳脂与US的组合显著调控挥发性风味和氧化行为。US处理的全脂饮品在早期（0–14 d）表现出增强的氧化稳定性，但该效应随时间减弱，第30天U-WFM的TBARS值高于WFM。这些配方还促进果香和奶油酯类保留，同时显著减轻含硫不良风味，使二丙基二硫醚降低至多8.38倍，2-呋喃甲硫醇降低2.39倍。此外，US处理提高消化率，反映酶可及性和蛋白质去折叠改善。这些结果转化为最终蛋乳饮品增强的感官和功能品质。本研究提出一种利用US辅助三元共轭改善富蛋白饮品体系稳定性和功能性的有前景方法。然而，小规模感官小组、暂定的挥发性鉴定和较短贮藏期仍是局限，应在未来研究中解决。