界面强化而非吸附量决定大豆分离蛋白（SPI）/高甲氧基果胶（HMP）双层乳液的稳定性

《Foods》：Interfacial Reinforcement Rather than Adsorption Quantity Determines the Stability of Soy Protein Isolate (SPI)/High-Methoxyl Pectin (HMP) Bilayer Emulsions

　　

双层乳液因其可调控的界面结构和对环境胁迫的抵抗能力，在现代食品工业中受到越来越多的关注。然而，界面性质与宏观乳液稳定性之间的关联机制仍不明确。本研究制备了不同质量比的大豆分离蛋白（SPI）/高甲氧基果胶（HMP）双层乳液，并系统研究了界面性质与乳液稳定性之间的关系。采用激光衍射粒度分析、共聚焦激光扫描显微镜、Turbiscan稳定性分析和流变学表征评价乳液稳定性，同时采用带耗散监测的石英晶体微天平（QCM-D）研究界面吸附行为及界面层的黏弹性性质。结果表明，r = 1:2配方获得了最高的界面吸附质量和最大的膜厚度，而r = 1:3配方表现出最高的稳定性。r = 1:3比例产生了最强的结合亲和力（Δf3 = 15.02 Hz）、能量耗散（ΔD3 = 7.1941 × 10^?6）和界面弹性（43.15 kPa），表明形成了高度水化且机械强化的界面层。研究结果强调，界面强化效率而非界面吸附量是决定SPI/HMP双层乳液稳定性的关键因素。该研究为蛋白质-多糖双层乳液中界面特性与宏观稳定性之间的构效关系提供了新见解，并为植物基乳液体系的开发提供了理论指导。

该论文发表于《Foods》，研究对象为以静电逐层组装制备的大豆分离蛋白（SPI）/高甲氧基果胶（HMP）双层乳液。研究背景方面，双层乳液具有可调控的界面结构和对环境胁迫的抵抗能力，在活性物质缓释、脂质氧化保护和智能递送等领域受到关注。已有研究逐渐从改善宏观稳定性转向界面微结构工程，但蛋白质与多糖比例如何调控逐层沉积、冲洗后界面保留以及宏观乳液稳定性仍不清楚；仅凭静态界面描述也难以解释宏观乳液行为。SPI虽具有乳化能力和经济性，但易聚集、界面柔性有限，常导致乳液絮凝和失稳；HMP作为阴离子多糖，可通过长链水化层提供强位阻稳定。二者比例是关键：HMP不足会导致表面覆盖不完全或桥联絮凝，HMP过量则可能形成松散、弱保持的界面层或滞留在连续相中。为此，研究人员采用两步均质法制备以5%中链甘油三酯（MCT）为油相的SPI/HMP双层乳液，系统考察不同SPI:HMP质量比下界面性质与乳液稳定性的关系，旨在识别最稳定地决定乳液稳定性的界面特征。

研究方法上，研究人员利用带耗散监测的石英晶体微天平（QCM-D），在疏水化金传感器表面实时监测SPI吸附、缓冲液冲洗、HMP吸附及二次冲洗过程中的频率和耗散变化，并结合Voigt模型计算界面层厚度、质量、弹性模量和黏度。乳液稳定性通过激光衍射粒度分析、Zeta电位测定、共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）、Turbiscan稳定性指数（TSI）和背散射光强度（ΔBS）变化以及旋转流变学表征。原料方面，SPI来自上海麦克林生化科技有限公司，HMP来自Sigma公司，MCT来自上海源叶生物科技有限公司；所有实验重复三次，采用单因素方差分析和Tukey多重比较检验（p < 0.05）。

在“3.1 双层乳液的液滴尺寸与Zeta电位”中，激光衍射粒度分析和Zeta电位测定表明，SPI单独稳定的乳液呈双峰分布且聚集明显；加入HMP后粒径显著减小，r = 1:3时体积平均直径最小（D[3,2] = 3.974 ± 0.027 μm），Zeta电位绝对值最高（?21.1 ± 0.2 mV）。这说明HMP通过静电作用在SPI液滴表面形成第二层界面，增强位阻和静电排斥。在“3.2 双层乳液的微观结构”中，CLSM图像显示SPI乳液油滴较大且絮凝明显；加入HMP后油滴更小更均匀，r = 1:3时分布最均一，证明更完整的界面覆盖和位阻保护。在“3.3 双层乳液稳定性过程分析”中，Turbiscan测试显示SPI乳液6小时内TSI升至8.97，而r = 1:3时TSI仅为0.58，且ΔBS波动最小，说明HMP增强的界面层可显著抑制失稳。在“3.4 双层乳液的流变学性质”中，动态振荡和稳态剪切结果表明，SPI乳液线性黏弹区最小（γ = 7.2%），加入HMP后扩展至最大30.4%；r = 1:3时储能模量（G′）、损耗模量（G″）和表观黏度均最高，乳液呈剪切变稀的假塑性行为，反映出更强的界面网络和动力学稳定性。在“3.5 QCM-D分析”中，QCM-D实时吸附实验表明，HMP吸附使频率下降和耗散增加；冲洗后r = 1:2具有最高的保留厚度（H2 = 29.59 nm）和吸附质量（M2 = 3543.8 ng/cm²），但r = 1:3表现出最强的结合亲和力（Δf3 = 15.02 Hz）、最大能量耗散（ΔD3 = 7.1941 × 10^?6）和最高界面弹性模量（43.15 kPa），表明r = 1:3形成了高度水化且机械强化的界面层。

讨论部分指出，r = 1:3的高稳定性是界面电空间稳定与连续相动力学抑制协同作用的结果；QCM-D显示ΔD-Δf曲线斜率变化说明吸附层发生了从松散、高水化向更致密结构的构象重排。结论部分可翻译为：采用两步均质法制备了以5%（v/v）MCT为油相的SPI/HMP双层乳液，并考察了不同质量比下的界面性质与稳定性。其中r = 1:3乳液具有最小液滴尺寸（D[3,2] = 3.974 μm）和最低Turbiscan稳定性指数（TSI = 0.58），同时具有最高表观黏度、G′和G″，表明其稳定性最高；CLSM进一步证实形成了更均匀致密的液滴分布。QCM-D分析显示，r = 1:3时吸附界面层具有最强的HMP沉积、最大能量耗散（ΔD3 = 7.1941 × 10^?6）和最高弹性模量（43.15 kPa），黏度为1457.6 μPa·s，证明形成了高度水化且机械强化的SPI/HMP界面层。相比之下，r = 1:2时界面层具有最高吸附厚度和吸附质量，但并不意味着机械强化。综上，界面弹性模量、吸附亲和力（Δf3）和能量耗散（ΔD3）随乳液稳定性提高呈一致上升趋势，表明SPI/HMP双层乳液的稳定性不仅取决于界面沉积量，还取决于界面层的结构组织和机械强度；r = 1:3所实现的增强弹性和界面内聚性有助于抵抗液滴聚结和长期失稳。未来研究应定量分析血清相中未吸附的HMP，以区分连续相动力学抑制与界面稳定作用。