与饮食相关的健康问题日益普遍，推动了开发具有超越基本营养的增强营养和生理益处的食品的兴趣。功能性成分，如膳食纤维，由于其潜在改善健康结果和支持胃肠功能的作用而受到极大关注 (Dreher, 2018)。尽管膳食纤维历来很重要，但在现代西方饮食中仍然摄入不足 (Barber et al., 2020; USDA, 2025)。此外，在产品配方中融入纤维带来了加工和感官挑战。纤维可能会对产品质构、口感或稳定性产生负面影响，特别是在乳制品、烘焙食品和热加工食品中 (Akal, 2023; Bingley, 2020; Kale et al., 2011; Vega & Zuniga-Hansen, 2015)。因此，存在一种需求，即在不影响质构和功能性的同时，将膳食纤维融入食品产品中，同时增强肠道菌群。
菊粉是一种天然多糖，存在于超过 36,000 种植物的根和块茎中，菊苣和洋姜是工业生产的主要来源。由于其多样的健康促进特性，它在功能性食品开发中引起了广泛关注 (Qin et al., 2023; Sawant et al., 2024)。最近的研究强调了菊粉在降低高脂血症和高血糖、平衡肠道微生物群、缓解便秘、改善矿物质吸收和减少炎症方面的显著影响 (Ahmed & Rashid, 2019; Kalyani Nair et al., 2010; Shoaib et al., 2016; Wan et al., 2020)。尽管具有健康益处，但菊粉可能会给食品产品带来不良的质构和感官特性，特别是取决于其浓度。即使在低固形物含量和常温下，菊粉也会导致粘度急剧增加 (Kumar et al., 2015)，并且在室温下表现出较差的溶解度，这可能导致不良的口感 (Alaei et al., 2018; Bayarri et al., 2011; González-Tomás et al., 2009; Mensink et al., 2015)。为了克服这些局限性，一种常见策略是与蛋白质配伍，以改善纤维的融入和稳定性 (Babu et al., 2024; Fathi et al., 2018; Sawant & Girard, 2025)。
先前的研究探讨了蛋白 - 菊粉相互作用，Li, Sun, et al. (2023) 证明，挤压预处理的乳清蛋白分离物与 15% 菊粉结合显著增强了持水力 (24.38%)、乳化活性 (7.43%) 和起泡能力 (162.97%)，尽管高菊粉水平可能导致过高的粘度和整合不完全，限制了可扩展性 (Li, Yang, et al., 2023)。Arruda et al. (2020) 证实了菊粉在乳制品系统中高达 100?°C 的热稳定性，保留了益生特性 (Arruda et al., 2020)。Soh et al. (2021) 发现 5% 菊粉改善了酸奶饮料的营养和接受度，但在某些小组中，高菊粉引起了感官问题 (Soh et al., 2021)。然而，在饮料基质中保持稳定性并在饮料中实现更高浓度的纤维仍然是一个挑战。鉴于这些限制，本研究利用乳蛋白的胶体特性——酪蛋白，以促进含纤维分散体的稳定。
酪蛋白具有独特的结构，其核心含有螯合的磷酸钙，肽——αS1、αS2 和 β 在内侧部分，而 κ-酪蛋白部分形成外层，稳定其胶束形成 (Elzoghby et al., 2011)。乳制品行业利用不同水平的膜过滤技术生产部分或完全脱乳糖的乳制品原料，蛋白质含量高达 90% (Salunke et al., 2021)。其中，乳蛋白分离物 (MPI) 保留了酪蛋白和乳清蛋白，比例与脱脂奶相似，而胶束酪蛋白浓缩物 (MCC) 通过微滤生产，乳清蛋白水平较低，同时保留了原生胶束酪蛋白结构 (Beckman & Barbano, 2013; Marella et al., 2021)。这些成分差异可能会影响蛋白 - 多糖相互作用及其对后续加工的反应，最终影响富含纤维分散体的功能性和稳定性 (Salunke & Metzger, 2023)。此外，利用柠檬酸盐等钙螯合剂可以暴露内部疏水性 β-酪蛋白核心，从而促进各种疏水化合物的稳定和递送 (Kamath et al., 2024; Krentz et al., 2022; Liao et al., 2022; McIntyre et al., 2016)。
高压均质 (HPH) 涵盖了从传统均质到超高压范围的压力，具体取决于应用，已被用于生产物理稳定的蛋白 - 多糖分散体 (Gaillard et al., 2022; Ye & Harte, 2014; Zhao et al., 2023)。利用机械应力和高强度空化，HPH 已被证明可通过纤维如柑橘纤维 (Su et al., 2019)、南瓜果皮 (Van Buggenhout et al., 2015) 和奇亚籽纤维 (Renoldi et al., 2023) 中的颗粒破碎诱导结构变化。此外，HPH 已被应用于增强乳蛋白 - 多糖系统的界面和功能性特性，通过触发变性 和聚集等分子重排 (Chevalier-Lucia et al., 2011; Paquin, 1999; Ye & Harte, 2014; Zheng, Guo, et al., 2024)。在本研究中，HPH 被用于评估工艺加工性并稳定钙螯合乳蛋白 - 菊粉基质。先前的研究表明，乳蛋白和菊粉之间的相互作用可以影响乳制品系统的理化特性，包括粘度、凝胶结构和水结合，这些效应取决于配方和加工条件 (Arruda et al., 2020; Li, Yang, et al., 2023; Povolny & Smith, 2002)。此外，蛋白和纤维的复合物形成可能导致蛋白质消化率的变化 (Fontes-Candia et al., 2022; Markussen et al., 2021; Ye & Yu, 2024)。了解这些行为对于开发能够控制消化速度、改善饱腹感并以持续方式递送营养的功能性食品至关重要 (Koutina et al., 2014; Lamghari El Kossori et al., 2000; Markussen et al., 2021)。
因此，本研究调查了均质压力、蛋白与纤维比例和蛋白类型如何影响乳蛋白 - 菊粉分散体的结构稳定性和消化行为。通过比较乳蛋白分离物和胶束酪蛋白浓缩物，这项工作进一步评估了乳制品蛋白成分差异如何影响蛋白 - 纤维系统对加工的反应及其随后的理化和消化特性。研究结果旨在为设计具有增强物理稳定性和定制消化特性的高蛋白、高纤维食品系统提供信息。
