植物蛋白粉微凝胶：水包油乳化液的新一代Pickering稳定剂

《Food Hydrocolloids》：Plant protein flour microgels: new generation Pickering stabilisers for oil-in-water emulsions

　　

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  已基于全扁豆粉制备出新型微凝胶（LFBM）
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  由此形成的LFBM具有相当混合的蛋白质/多糖组成
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  尽管如此，LFBM仍是水包油（O/W）乳液的高效稳定剂
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  新型高压冷冻冷冻电镜清晰地揭示了载有LFBM的界面
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  此类基于未精制原料的微凝胶有望带来更优的实际应用前景

引言

油包水（O/W）乳液在食品工业中发挥着关键作用，牛奶、酱汁、奶油和甜点等各类产品均依赖于稳定乳液液滴的形成（Lima等，2023）。通常，牛乳酪蛋白等动物来源的蛋白质被用作乳化剂，这些蛋白质具有两亲性和无序结构，使其能够快速吸附于界面，从而在动力学上稳定油滴（Dickinson，2015；Ding等，2021）。然而，近年来，从健康、环境和动物伦理角度出发，围绕持续使用动物来源蛋白质的问题已被识别（McClements等，2019）。这些问题促使研究人员更多地关注使用替代性的植物基蛋白质以及颗粒来形成稳定乳液（Grossmann & Weiss，2025；Nimaming等，2023；Sarkar & Dickinson，2020；Xiao等，2023）。已有多种植物蛋白被研究用于乳液的稳定，但研究重点主要集中在大豆蛋白上（Deng，2021；Liang等，2024；Pandey等，2025；Qiu等，2025；Yang等，2025），其次是豌豆蛋白和其他豆科植物蛋白（Aryanti等，2025；Li等，2024；Mathew等，2024；Shanthakumar等，2022；Wang等，2026），因为这些蛋白与其他植物蛋白相比表现出较高的初始乳化能力。对于这些及其他植物蛋白，既往研究着重于如何提升分离蛋白分级的乳化能力，使其在油水界面实现有效吸附。

然而，人们常常发现，仅使用分离蛋白本身往往无法获得令人满意的乳化能力，乳液稳定性必须通过与其他多糖复合物的形成来加以改善——疏水性更强的蛋白部分驱动吸附，而亲水性更强的多糖部分则延伸至溶液中，赋予更好的空间稳定性（Li & de Vries，2018）。亲水性多糖还倾向于增加连续相的黏度并抑制液滴移动，从而有助于防止乳液的乳脂上浮（McClements，2015；Ozturk & McClements，2016）。Zhang等（L. Zhang & Li，2022）研究了三种豆科植物蛋白（大豆蛋白分离物、绿豆蛋白分离物和豌豆蛋白分离物）与非共价复合三种不同阴离子多糖后的乳化特性，结果显示多糖的附着通过增强空间稳定作用显著提高了乳液稳定性。

除了传统乳液之外，近年来由植物蛋白基微凝胶稳定的Pickering乳液因其比未形成微凝胶体系高若干个数量级的脱附能而引起了研究界的极大关注（Akgonullu等，2024；Sarkar & Dickinson，2020；S. Zhang等，2020）。微凝胶在吸附至油水界面时会发生形变，呈现"煎蛋"状外观（Chu等，2022；Schmitt & Ravaine，2013）。这种形变增强了表面覆盖度，从而提高了脱附能，这得益于微凝胶的半径远大于相应蛋白分子，由此预期微凝胶比传统硬球表现出更优的乳化性能（Akgonullu等，2023；Murray，2019；Silva等，2023）。近年来，文献中已有大量研究致力于将蛋白与多糖组合形成"混合微凝胶"，以期在不同环境条件（例如 pH值、盐浓度）下提升稳定性。例如，Yan等（Yan等，2024）通过加热、剪切混合和高压均质法合成了豌豆蛋白分离物微凝胶。随后，该蛋白微凝胶与海藻酸钠进行共价及非共价复合，进一步提高了最终乳液的稳定性，这推测是因为海藻酸钠增加了液滴间的空间位阻。Chu等（Chu等，2022）通过共价和非共价相互作用形成大豆蛋白/海藻酸盐混合微凝胶，随后通过离心将其分离为单一组分（未转化的蛋白分子、微凝胶颗粒、海藻酸盐分子）。这些组分随后以不同比例重新组合以稳定O/W乳液，使作者得以了解每种组分对稳定性的贡献。最重要的是，在没有游离海藻酸钠存在的情况下，所形成的乳液并不稳定，并在10天后完全分层；只有三种组分的组合才能形成稳定乳液，4个月内未出现相分离。

综上所述，使用植物蛋白-多糖复合物及其微凝胶，以及"纯"蛋白微凝胶来稳定乳液的研究已引起极大关注，然而从这些植物蛋白中分离出来的植物蛋白面粉本身却鲜少被研究为乳液稳定剂，尽管这些面粉天然含有淀粉及其他多糖。例外情况仅有Rawal等和Sridharan等的工作（Rawal等，2023；Sridharan等，2020），这些研究承认了面粉制备乳液的能力，但并未研究乳液的稳定性。实质上，尚无研究或现有技术探讨了将面粉加工成微凝胶并将其用于稳定Pickering乳液的潜力。若该方向被证明可行，面粉微凝胶将为利用低精制度蛋白原料（例如气流分级蛋白面粉，即气流分级蛋白分离物的副产物）开辟新路径，与通过植物蛋白分离物的单一分子稳定乳液的方式相比，可达到相当甚至提升的乳液稳定性（即通过Pickering稳定机制）。使用低精制度蛋白原料还可能降低加工所需成本和能耗，从而降低这些材料的生产和气候影响。此外，当前通过分离提纯为分离物再添加多糖回到的材料，在消费者和食品工业中常常被视为带有"不干净标签"的暗示。

因此，本研究的目标是了解由扁豆粉合成微凝胶（扁豆粉微凝胶，LFBMs）的潜力，并理解其稳定O/W乳液的能力。研究假设为，由扁豆粉形成的微凝胶将通过Pickering型机制稳定乳液，其中混合微凝胶可能类似于所谓的食品级Janus颗粒。在这里，扁豆蛋白提供疏水吸附的"面"，而天然的淀粉和非淀粉多糖提供亲水性向外的"面"，需要注意的是，实际上颗粒结构将远比简单的两面图像复杂。这些颗粒是通过物理改性（即热处理和受控剪切）制备的，避免了任何直接的共价化学修饰——后者往往存在消费者接受度存疑及监管方面的问题。本研究采用正十四烷作为油相，研究了LFBM对不同体积分数O/W乳液液滴的稳定能力。利用一系列界面、流变、光谱和光散射技术对这些体系进行了深入研究。采用多尺度显微技术，涵盖从共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）到高压冷冻的冷冻扫描显微镜。据作者所知，这是文献中首次报道基于植物蛋白面粉的微凝胶可赋予乳液Pickering稳定作用。

章节摘要

材料与方法

本研究中应用了多种表征技术。简要而言，微凝胶采用动态光散射（DLS）、稳态流变学、悬滴界面表面张力测量、共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）以及冷冻扫描电子显微镜（Cryo-SEM）进行表征；而对于扁豆粉，则进行了振荡流变测试，并在热处理前后对分离的扁豆蛋白进行了圆二色谱（CD）检测。

扁豆粉基微凝胶（LFBM）的特征

经过热处理和高压处理后，微凝胶颗粒的形成得到证实（图1a），原本未分散的扁豆粉表现出两相状态（一个溶液相和一个底部沉积相），转变为具有良好黏稠度的LFBM分散体系，未出现可见的相分离。

LFBM分散体系的动态光散射（DLS，图1b）结果显示，形成了单分散颗粒，z平均流体力学直径为175 nm，多分散指数（PDI）为0.2，

结论

本研究考察了由全扁豆粉制备LFBM颗粒的工艺。研究发现，所形成的LFBM颗粒呈单分散状态，表现出与其他蛋白分离物基微凝胶分散体系相似的剪切变稀特性。最重要的是，LFBM在各种油浓度范围内对O/W乳液表现出优异的稳定能力，LFBM颗粒能够比a更有效降低油水界面的界面表面张力

CRediT作者贡献声明

Maryam Haji Deja：验证、研究、正式分析、数据整理。Poppy Daniels：可视化、研究、正式分析。Brent Stuart Murray：撰写——审阅与编辑、监督、资源、项目管理、方法论、获取资金、概念构思。Thomas Bailey：撰写——原稿、可视化、验证、方法论、研究、正式分析、数据整理、概念构思。Anwesha Sarkar：撰写——审阅与编辑、监督，

利益冲突声明

作者声明在向《食品胶体》（Food Hydrocolloids）投稿发表本手稿过程中不存在利益冲突。

致谢

本研究由英国国家替代蛋白创新中心（NAPIC，国家创新与知识中心）资助，该中心由生物技术与生物科学研究院（BBSRC）和Innovate UK提供资金（资助编号：BB/Z516119/1）。作者感谢生命科学学院G. Nasir Khan先生以及工程与物理科学学院LEMAS（利兹电子显微镜与光谱中心）Stuart Micklethwaite先生提供的技术协助。

Tom Bailey|Poppy Daniels|Maryam Afzali Haji Deja|Brent S. Murray|Nicholas Watson|Dimitra Katrantzi|Anwesha Sarkar