乳清蛋白已从历史上未被充分利用的奶酪和酪蛋白制造副产品演变为食品工业中的主流高价值成分。全球每年产生超过 2 亿吨液态乳清 (Mukherjee, Raj, & Sivaprakasam, 2023)。乳清蛋白成分,如β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、免疫球蛋白、乳铁蛋白和乳过氧化物酶,具有优异的营养价值和多样的功能特性,并引起了广泛关注 (Bo?ani?, Barul?i?, Lisak Jakopovi?, & Tratnik, 2023; Yadav, et al., 2015; Zandona, Bla?i?, & Re?ek Jambrak, 2021)。在临床营养中,乳清蛋白预负荷已被证明能有效调节食欲,减少热量摄入,并改善超重和肥胖成年人的身体成分,同时还能降低慢性阻塞性肺疾病患者的炎症并增加肌肉量 (Ahmadi, et al., 2020; Tahavorgar, Vafa, Shidfar, Gohari, & Heydari, 2014)。在配方食品中,水解乳清蛋白支持婴儿正常生长,并表现出良好的安全性和耐受性 (Picaud, et al., 2020)。作为食品成分,乳清蛋白可以改善产品的质地特性、持水能力和营养价值 (Ammar, et al., 2021; Foegeding, Davis, Doucet, & McGuffey, 2002)。然而,天然乳清蛋白表现出热稳定性低、凝胶强度不足和乳液储存稳定性低等局限性,这限制了进一步的加工和开发 (L. Liu, et al., 2025; Yu, He, Ke, & Jacquier, 2025; Zhang, et al., 2025)。
乳清蛋白的纤维化已被广泛研究,并被越来越多地用于增强蛋白质的功能特性。在酸性 pH 条件下受控加热下,乳清蛋白发生展开和肽重排,随后自组装成具有高纵横比、丰富表面基团和强机械强度的纳米纤维 (Akkermans, et al., 2008; Bolisetty, Adamcik, & Mezzenga, 2011; Cao & Mezzenga, 2019; Goldschmidt, Teng, Riek, & Eisenberg, 2010; Pan & Zhong, 2015)。由于其独特的结构和化学特征,乳清蛋白纤维已被应用于远超传统食品质构化的广泛领域。例如,乳清蛋白纤维已被制成高效吸附膜,用于从受污染的水中去除重金属和有机污染物 (Bolisetty & Mezzenga, 2016; Peydayesh, et al., 2020)。在健康和营养领域,乳清蛋白纤维已被证明可作为铁强化的有效载体,在保持胶体稳定性的同时显著提高其生物利用度 (Shen, et al., 2017)。最近,由乳清蛋白纤维形成的凝胶显示出作为口服预防制剂的潜力,能够通过将乙醇转化为醋酸在进入血液流之前催化降低血液酒精水平 (Su, et al., 2024)。这些跨越环境修复到预防医学的多样化应用,突显了乳清蛋白纤维卓越的技术通用性。
目前,绝大多数商业乳清蛋白产品源自牛乳,而水牛、山羊和骆驼等特种奶源合计占全球乳清产量的 20% 以上,但作为纯化的乳清蛋白来源仍 largely 未得到开发 (FAOSTAT, 2024)。近年来,特色乳清蛋白的研究主要集中在化学成分和营养功能上。水牛乳清蛋白的成分与牛乳清蛋白高度相似,并且在水解后可释放具有免疫调节、抗炎和抗菌活性的肽 (Grando, et al., 2024; R. Liu, et al., 2024; Qiong Zhao, Fu, Zheng, & Huang, 2025)。山羊乳清蛋白富含具有抗氧化特性的蛋白质,其水解物显示出调节脂质和碳水化合物代谢的潜力 (Borba, et al., 2025; Sansi, et al., 2026)。骆驼乳清蛋白天然缺乏β-乳球蛋白,富含生物活性成分,表现出免疫增强、抗炎、抗癌、抗菌、抗糖尿病和抗病毒效应 (Badr, et al., 2017)。然而,从这些特种奶源提取的乳清蛋白的纤维化行为、纤维结构及其产生的功能特性仍未被表征。这种对单一奶源的狭义关注不仅限制了非牛乳制品链的增值潜力,也使行业缺乏明确的指导,即现有的牛乳清蛋白技术是否可以转移到其他乳清流中。
因此,本工作选择在中国原奶产量排名前五的四类奶源——牛、水牛、山羊和骆驼(图 S1)——并对它们的乳清蛋白进行了并排比较。目的是:(i)优化适用于所有四种乳清类型的通用提取方案;(ii)系统比较它们的基本理化性质;(iii)研究它们的纤维化动力学、纤维形态。通过解决这些问题,本研究旨在拓宽特色乳清蛋白的应用场景,并支持乳制品行业资源的充分利用。