《Foods》：Unraveling Pectin–Protein Interactions in Milk-Based Cocoa Beverages: Molecular Docking and Microstructure
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专业术语翻译（摘要部分）
本研究探讨了果胶浓度（0.038–0.462%）与均质压力（5.85–34.1 MPa）对乳基可可饮料物理及微观结构稳定性的协同效应。研究人员采用中心复合旋转设计（Central Composite Rotatable Design,
专业术语翻译（摘要部分）
本研究探讨了果胶浓度（0.038–0.462%）与均质压力（5.85–34.1 MPa）对乳基可可饮料物理及微观结构稳定性的协同效应。研究人员采用中心复合旋转设计（Central Composite Rotatable Design, CCRD）优化上述参数，并评价持水能力（Water-Holding Capacity, WHC）、沉降率、乳析指数（Creaming Index, CI）、表观黏度及胶体稳定性等关键质量属性。为阐明潜在稳定机制，研究人员整合分子对接模拟，评估果胶（D-半乳糖醛酸，D-galacturonic acid）与主要乳蛋白之间的热力学结合亲和力。数值优化确定0.40%果胶与10 MPa均质压力为最优配方及加工条件。在该条件下，饮料获得最大WHC（86.04%），完全消除宏观相分离（沉降与乳析均为未检出，n.d.），表观黏度达67.39 mPa·s。机制层面，分子对接揭示果胶与乳蛋白之间存在强且多方面的氢键及静电相互作用，其中β-乳球蛋白（β-lactoglobulin, β-LG）表现出最强的预测热力学结合亲和力（?6.3 kcal/mol）。该大分子复合作用促进了显著的空间位阻与静电稳定效应，扫描电子显微镜–能量色散X射线光谱（SEM–EDS）分析所显示的强负Zeta电位（?30.8 mV）及增强的微观结构均匀性为此提供了支持。严格的9个月储存研究进一步证明其具有持久的动力学稳定性。尽管储存期间发生时间依赖性的流变重排，结构完整性基本保持，宏观相分离被显著延缓。此外，感官评价表明该优化配方具有较高的消费者接受度，尤其在顺滑度与均一性方面表现优异，优于所评估的市售对照产品。综上，这些发现证明了果胶在此类饮料体系中的有效性，并为改善复杂乳基分散体系的理化稳定性及货架期提供了实用的配方与加工策略。
论文解读文章
一、研究背景与问题提出
乳基可可饮料是一类复杂的胶体体系，由乳蛋白、脂肪球、可可颗粒及溶解性碳水化合物共同组成。可可粉富含不溶性成分，在水基体系中易引发相分离问题。尽管碱化与附聚工艺可在一定程度上改善可可的溶解性，但可可颗粒与连续乳相之间固有的密度差异仍会导致加工及储存过程中的沉降、乳析和相分离，从而降低产品质量与消费者接受度。沉降问题主要源于亲水胶体用量不足、亲水胶体选择不当、可可粉粒径过大、脂肪及蛋白含量降低以及灌装温度过高等因素。
消费者对乳基可可饮料的偏好与其黏度密切相关，而黏度受蛋白质和脂肪含量、配方中亲水胶体的类型与用量以及饮料胶体稳定性共同影响。目前，针对乳基可可饮料稳定剂优化的研究大多集中于食品工业中已广泛使用的亲水胶体，如卡拉胶、结冷胶、羧甲基纤维素等。其中κ-卡拉胶因能与酪蛋白胶束发生独特相互作用而应用最为频繁。然而，柑橘来源果胶等其他天然稳定剂的潜在应用价值尚待深入探究。此外，除配方中的稳定剂体系外，生产过程同样对终产品质量至关重要。超高压均质（Ultra-High Pressure Homogenization, UHPH）已被引入 flavored milk 的生产，相比传统热处理可获得更好的卫生保藏效果和胶体稳定性。尽管稳定剂对乳制品饮料稳定性的影响已被广泛研究，但果胶浓度与均质压力对乳基可可饮料稳定性的联合影响尚未得到系统评估。因此，本研究旨在系统考察果胶浓度与均质压力对乳基可可饮料物理稳定性的协同作用，并阐明其稳定机制。
二、研究内容与主要结论
本研究采用中心复合旋转设计（CCRD），系统评估了果胶浓度（0.038%–0.462%）与均质压力（5.85–34.1 MPa）两个因素对乳基可可饮料持水能力（WHC）、沉降率、乳析指数（CI）、表观黏度及胶体稳定性的影响。通过多响应优化，确定0.40%果胶与10 MPa均质压力为最优配方及加工条件。在该条件下，饮料获得最大WHC（86.04%），完全消除宏观相分离，表观黏度为67.39 mPa·s，Zeta电位达?30.8 mV，表现出优异的胶体稳定性。分子对接模拟表明，果胶的主要结构单体D-半乳糖醛酸（D-GalA）与乳蛋白之间存在氢键及静电相互作用，其中β-乳球蛋白（β-LG）表现出最强的预测结合亲和力（?6.3 kcal/mol）。9个月储存试验证实该配方具有持久的动力学稳定性，感官评价显示其在顺滑度、口感、均一性及整体接受度方面均优于市售对照产品。
三、主要关键技术方法
研究人员采用中心复合旋转设计（CCRD）结合响应面法（Response Surface Methodology, RSM）进行实验设计与多响应数值优化；利用分子对接模拟（AutoDock Vina v1.2.7，PyRx平台）评估果胶单体与乳蛋白（α-酪蛋白、β-酪蛋白、α-乳白蛋白、β-乳球蛋白）之间的结合亲和力与相互作用模式，其中酪蛋白三维结构通过I-TASSER同源建模生成；采用扫描电子显微镜–能量色散X射线光谱（SEM–EDS）进行微观结构成像与元素组成分析；利用灰度共生矩阵（GLCM）结合局部窗口分析（MATLAB 2023b）对显微图像进行定量纹理特征提取；通过Zeta电位与粒径分析评估胶体稳定性；并开展为期9个月的储存稳定性监测及10人专业感官评价小组的5点享乐量表评估。
四、研究结果
4.1 乳基可可饮料的理化性质
WHC在11个实验组中变化显著，范围为67.00%至86.50%。最高WHC（86.50±0.71%）出现在高果胶浓度（0.462%）与20 MPa均质压力的Run 2中。结果表明WHC随均质压力增加至一定程度而提高，但过高的均质压力可能破坏果胶结构从而降低WHC。乳析指数范围为1.43%至28.27%，最高值（28.27±0.82%）出现在0.25%果胶与34.1 MPa最高均质压力的Run 4中，最低值（1.43±0.06%）则出现在0.25%果胶与5.85 MPa最低压力的Run 8中，提示过度均质可能在稳定剂不足以覆盖新增界面面积时反而促进乳析。pH在各处理间保持6.83–6.89的窄范围，表明果胶添加与均质条件未显著改变饮料的酸碱特性，这归因于乳品固有的缓冲能力。表观黏度范围为26.53±0.50至80.68±1.11 mPa·s，随果胶浓度增加而显著升高，均质压力亦对黏度产生正向影响。
4.2 优化
以最大化WHC、最小化沉降与乳析指数为目标函数，同时将表观黏度（70–90 mPa·s）、扭矩（0.30–0.45 mN·m）及pH约束在合理工业范围内，采用期望函数法进行数值优化，获得0.994的高整体期望值。最优参数为果胶浓度0.40%、均质压力10 MPa，预测WHC为86.17%，沉降与乳析指数均为0.00%，表观黏度为69 mPa·s。至少三次独立验证试验显示实验结果与预测值高度吻合（WHC 86.04±0.51%，黏度67.39±0.55 mPa·s，扭矩0.293±0.014 mN·m），证实了CCRD优化模型的可靠性。
4.3 分子结合机制与对接模拟
分子对接结果显示，α-酪蛋白与D-GalA通过一个氢键（Gln170，2.76 ?）及两个盐桥（Arg166，4.13和4.49 ?）相互作用，预测结合能为?4.2 kcal/mol。β-酪蛋白与D-GalA形成四个氢键（Val216、Gly218、Phe220），预测结合能为?3.7 kcal/mol，为所研究蛋白中最低。α-乳白蛋白与D-GalA形成三个氢键（Glu49、Leu105、Ala106），预测结合能为?5.3 kcal/mol。β-乳球蛋白与D-GalA形成七个氢键（Trp19、Tyr42、Gln59、Cys160、His161），预测结合能为?6.3 kcal/mol，为最强结合亲和力。这些分子层面的相互作用有助于解释优化配方中观察到的增强物理稳定性。
4.4 Zeta电位与胶体稳定性
优化配方的Zeta电位平均为?30.80 mV，表明体系处于稳定胶体状态。果胶因其负电荷及与带正电组分（如酪蛋白）的静电相互作用和氢键结合能力，增强了颗粒间的负表面电荷与静电排斥，从而防止聚集。
4.5 微观结构
GLCM定量图像分析表明，最优配方在多种窗口尺寸下均表现出最低的熵和方差值，证实其具有高度有序、精细分散且致密的连续网络结构。相反，市售对照产品表现出最高的熵和方差，显示其结构不规则、存在较大且随机分布的聚集体。SEM分析进一步证实，无亲水胶体对照组呈现高度异质且破碎的结构，存在大而不规则的孔隙；优化配方则表现出致密均匀的微观网络，这归因于果胶在乳蛋白表面的有效吸附及优化均质压力促进的蛋白–多糖相互作用，即“空间稳定”机制。EDS分析显示，优化样品与对照组在碳、钾、氮含量上无显著差异，但磷和氧含量显著升高，钠、氯、钙含量显著降低，表明优化过程未改变基本元素组成，但促进了无机组分在体系中的更均匀分布。
4.6 感官评价
优化配方在顺滑度、口感、均一性及整体接受度方面显著优于无亲水胶体样品，而风味方面无显著差异，表明亲水胶体主要影响物理属性而非改变可可饮料的固有风味特征。
4.7 稳定性行为
9个月储存监测显示双相稳定性特征。储存前3个月WHC保持统计不变（85.50%–83.55%），第5个月起显著下降至79.80%，第9个月降至76.75%。沉降在前两个月保持统计不可检出，第3个月出现0.23%，第9个月升至14.50%。乳析指数第2个月即出现显著升高（1.15%），第9个月达5.13%。pH在整个储存期保持稳定（6.87–6.58），证实宏观失稳现象与酸化无关，而主要源于物理重构过程。表观黏度从第3个月起持续升高，第9个月达104.55 mPa·s，扭矩同步从第5个月起显著升高至0.469 mN·m。这些结果归因于果胶–酪蛋白复合物在储存期间的时间依赖性微观结构重排，导致更紧密的颗粒堆积、自由体积减少，从而限制水固定能力并加速沉降。
五、讨论与结论
讨论部分指出，果胶与乳蛋白的相互作用主要受pH依赖性静电吸引或排斥驱动，蛋白质类型（酪蛋白胶束与乳清蛋白）决定作用结果。在中性pH（约6.7）条件下，果胶主要通过耗尽絮凝机制与酪蛋白胶束间接作用；在酸性条件（≤5.3）下，果胶吸附于胶束表面，低浓度导致桥联絮凝，高浓度则形成完全包覆从而减弱吸引。对于乳清蛋白，果胶通常在适宜条件下参与静电复合，可增强稳定性、凝胶化或乳化性能。这些相互作用对饮料的黏度、沉降、乳析及货架期稳定性至关重要。
研究结论指出，乳基可可饮料的开发分两步完成：第一步在不同果胶浓度（0.038–0.462%）和压力（5.85–34.1 MPa）下生产饮料；第二步综合考虑WHC、沉降、乳析指数、黏度及感官属性，确定0.4%果胶与10 MPa为最优配方。0.4%果胶通过形成静电网络提高黏度和WHC，同时降低沉降和乳析；中等压力（10 MPa）均质促进可可均匀分散和微观结构均一性。优化配方表现出更优的感官属性及9个月储存性能，储存期间黏度和分离的渐进变化归因于长期果胶–蛋白重排而非完全失稳。这些结果证实果胶可作为天然替代稳定剂，在工业加工条件下成功生产稳定、均一且消费者可接受的饮料。未来研究可探索果胶与其他亲水胶体的协同作用，或采用先进加工技术以进一步缓解长期储存中的不稳定问题。
