综述：从乳脂球破裂到结晶：无水乳脂的结构-功能框架

《International Dairy Journal》：From milk fat globule disruption to crystallisation: A structure–function framework for anhydrous milk fat

　　

摘要

无水乳脂是一种高度浓缩的乳脂，其功能受界面破坏、脱水、相分离和重结晶等因素影响。本综述基于三个相互关联的状态变量构建了结构-功能框架：界面/乳脂球膜状态、三酰甘油晶体状态以及加工-氧化状态。文中比较了以黄油为原料、连续黄油法、直接乳脂转化法以及无水乳脂邻近的脱水乳法等多种生产途径，并将初级生产与后续通过分馏或分子蒸馏进行的调整区分开来。此外还提出了包括脂肪回收率、残留水分、氧气暴露程度、固体脂肪含量曲线斜率、多晶型性、晶体纳米片聚集情况、氧化标志物以及应用性能等跨方法描述指标，以便更从机制层面进行比较。综述进一步将脂肪酸来源、三酰甘油结构、晶体记忆、与气候相关的原材料差异以及富含乳脂球膜的副产品利用等要素整合为一个可验证的框架，用于针对特定应用需求设计乳脂。

引言

乳脂是乳制品技术中结构最为复杂的可食用脂类之一。它最初以水包油型生物乳液的形式存在，经过加工成为乳膏，再转化为黄油，最终被浓缩为几乎不含水的无水乳脂——一种近乎无水的脂质基质。这一流程不能仅仅理解为简单的脂肪浓缩过程，每一步都会改变界面结构、晶体组成以及氧化微环境，而这些因素决定了无水乳脂在食品配方中是作为可泵送成分、塑性脂肪还是受结晶控制的功能组分存在。

无水乳脂的实用价值正源于这一转化过程。去除水分和非脂乳固体不仅能延长保质期、提高运输效率并增强配方灵活性，还能保留乳脂特有的风味和熔化特性。因此，无水乳脂被广泛用于复原乳制品、烘焙与糖果行业、婴幼儿及临床营养品、涂抹酱、馅料以及各类特殊脂肪混合物中（Illingworth & Bissell, 1994; Kaylegian, 1999; Mohan et al., 2021）。然而，即便脂肪和水分含量相同，其功能表现也未必一致。界面历史、热处理方式以及后续加工工艺的不同都可能影响结晶行为、固体脂肪含量、粘度、氧化稳定性以及风味释放。诸如短路径分子蒸馏之类的额外处理手段，还会进一步改变三酰甘油的分布和多晶型行为（Zhu et al., 2023）。

本综述的核心观点是：只有综合考虑三个相互关联的状态变量，才能预测无水乳脂的功能——即界面状态、三酰甘油-晶体状态以及加工-氧化状态。界面状态包括乳脂球膜的结构破坏、血清成分的分离以及残留的极性物质；三酰甘油-晶体状态则涉及固体脂肪含量、多晶型性、晶体记忆效应以及晶体网络结构；而加工-氧化状态则反映氧气暴露程度、水分含量、温度、剪切力以及促氧化残留物的影响。

与那些涵盖乳脂球膜生物学或一般脂类结晶行为的广泛综述相比，本综述的研究范围有所局限。重点关注的是在无水乳脂生产过程中这些不同领域相互交叉的环节，包括相转变、澄清处理、真空干燥、可控冷却、干式分馏、分子蒸馏、储存老化以及最终产品的应用性能。因此，分析方法和氧化化学相关内容也仅限于那些能够解释或预测无水乳脂作为近乎无水的连续脂肪相所具有的独特物理化学性质的部分。

为便于理解，本综述区分了两种生产方式：一类是用于生成无水连续脂肪相的初级无水乳脂生产途径，另一类则是用于重新分配三酰甘油种类或晶体组成的后续加工调整步骤。图1整合了各种生产途径、结构状态变量以及分析检测方法，概括了本综述的概念框架，同时突出了界面破坏、三酰甘油晶体记忆效应以及氧化微环境在决定无水乳脂功能中的作用之间的相互关联性。

章节要点

乳脂的组成与初始界面状态

乳脂主要由三酰甘油构成，通常占其脂质部分的96–98%。其余成分还包括二酰甘油、单酰甘油、磷脂、甾醇、游离脂肪酸、脂溶性维生素以及其他少量成分（Gómez-Cortés et al., 2018; Jensen, 2002; Jensen et al., 1991; M?nsson, 2008）。

脂肪酸的组成通过决定三酰甘油的结构，进而影响无水乳脂的性能。棕榈酸、硬脂酸等脂肪酸

无水乳脂的定义及其与生产途径相关的特性

无水乳脂被定义为一种脂肪含量极高、通常至少达到99.8%，且水分与非脂固体含量极低的乳脂产品（Codex Alimentarius Commission, 2023; Lee et al., 2018）。这一定义有助于确定产品的身份，但尚不足以判断不同生产过程的等效性。即使两个无水乳脂样品的成分指标相同，它们的脂肪回收率、乳脂球膜残留量、氧气暴露程度、残留水分分布、三酰甘油分布、晶体记忆效应以及固体脂肪含量曲线也可能存在差异。

在工业生产中

用于描述无水乳脂状态变量的综合分析指标

要对无水乳脂进行机制层面的描述，就需要使用那些与结构状态变量及生产决策直接相关的分析方法。成分分析可用于评估原材料的质量以及分馏的可行性；热分析和散射技术可用于表征三酰甘油-晶体状态；而流变学和显微镜技术则可将结构变化转化为与口感相关的参数。氧化和风味分析则可用于描述加工过程中的氧化状态。

气相色谱-火焰离子化检测法、气体

物理、生物和酶法预处理

在完全脱水之前，物理加工过程就已经为无水乳脂的形成奠定了许多结构基础。乳膏成熟处理、搅打、黄油制作、熔化、澄清以及真空干燥等步骤并非单纯的浓度提升操作，它们会影响乳滴的聚合、乳脂球膜的分裂、水囊结构的破坏、氧气的渗入、残留晶核的形成，以及在无水乳脂开始冷却之前晶体记忆效应的消除程度。

搅打过程中的固体脂肪含量会决定产品的机械特性。如果脂肪过于液态，乳脂球

结晶、热记忆效应与质地控制

结晶通过调控固体脂肪含量、多晶型性、晶体网络的发展以及产品的感官熔化特性，从而决定无水乳脂的功能表现（Himawan et al., 2006; Lopez, 2018, 2020; R?nholt et al., 2013）。这一过程反映了三酰甘油组成、界面结构以及加工历史的综合影响，而非单纯由脱水后的某个单一事件决定。未来的研究应结合小角X射线散射/宽角X射线散射、超小角X射线散射/流变-超小角X射线散射技术以及力学表征方法，建立晶体结构与产品功能之间的关联（Gibon

分馏与结构-功能定制

分馏通过重新分配三酰甘油种类，将乳脂天然的异质性转化为适合特定应用的功能特性。富含硬脂酸的组分能够提升产品的硬度与网络强度，而富含油酸的组分则有助于改善产品的涂抹性和风味释放效果。因此，分馏应被视为一种结构-功能定制手段，而不仅仅是一种简单的分离过程（Kaylegian, 1999; Li et al., 2024; Lopez et al., 2006）。

干式分馏是目前工业上最常用的

无水乳脂特有的氧化问题、气候差异与循环利用加工

由于无水乳脂属于近乎无水的连续脂肪相，氧化控制是选择生产途径时的重要考量因素。氧气吸收、促氧化金属、水分分布以及富含膜成分的残留物都可能引发不良风味的产生（Bielecka et al., 2022; García-Martínez et al., 2018）。这些因素还会与晶体的堆积方式以及油水通道结构相互作用，进而影响氧气的扩散速度以及挥发性物质的分布情况。

尽管目前针对无水乳脂本身的直接研究证据仍然有限，但致密的晶体网络可能会改变

知识缺口与预测控制

本文所指的知识缺口均围绕本综述中反复出现的三个状态变量展开：界面/乳脂球膜状态、三酰甘油-晶体状态以及加工-氧化状态。通过这种分类方式，文献综述可以被转化为面向预测控制研究的任务清单，而非一系列彼此孤立的主题列表（见表3）。

第一个知识缺口涉及对不同无水乳脂生产途径的直接比较。以黄油为原料、连续生产法以及直接乳脂转化法这三种工艺应当通过

结论

本综述的核心观点是：无水乳脂的功能并非直接由脂肪含量决定，而是由界面状态、三酰甘油-晶体状态以及加工-氧化状态这三种相互关联的因素共同决定的结果。现有研究从乳脂球膜分布、三酰甘油组成、结晶层次结构、氧化稳定性以及加工控制等多个方面提供了支持这一观点的证据。因此，无水乳脂的生产过程可以被看作是将一种生物乳液通过可控方式转化为另一种物质的过程

关于稿件撰写过程中使用生成式AI及AI辅助技术的声明

在撰写和修改本稿的过程中，作者们仅使用ChatGPT 5.5（OpenAI）来提升文本的可读性、语言表达的统一性以及编辑质量。AI辅助工具并未被用于数据生成、分析计算、参考文献整理或替代作者的独立分析判断。在使用该工具之后，作者们对内容进行了必要的审核和修改，并对最终发表文章的内容承担全部责任。

资金支持

本项目得到了“开发具有更高营养价值且保质期更长的黄油，以及基于乳脂分馏的专有生产工艺”这一项目的支持（项目编号POIR.01.01.01-00-0089/20-00），该项目由2014–2020年度的“智慧增长行动计划”下的欧洲区域发展基金提供联合资助。多罗塔·比亚尔查克则获得了波兰教育与科学部提供的实施博士奖学金支持。

CRediT作者贡献说明

多罗塔·比亚尔查克：概念构思、初稿撰写、修订编辑。阿内塔·克拉科夫斯卡-西普拉夫斯卡：概念构思、初稿撰写、修订编辑。帕维尔·波马斯特夫斯基：概念构思、指导监督、初稿撰写、修订编辑。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

帕维尔·波马斯特夫斯基是托伦“迈向个性化医疗”卓越中心的成员，该中心隶属于“卓越计划——研究型大学”项目。

Dorota Bia?czak|Aneta Krakowska-Sieprawska|Pawe? Pomastowski