《Foods》：Formulation and Stability Screening of Walnut Protein Concentrate-Whey Protein Isolate Stabilized Pickering Emulsions with Different Compounding Ratios: Capsanthin Loading, Multi-Condition Stability, and Application as a Butter Replacer in Spreadable Products
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本研究开发了一种由核桃蛋白浓缩物（Walnut Protein Concentrate, WalPC）和乳清蛋白分离物（Whey Protein Isolate, WPI）共同稳定的双蛋白Pickering乳液，用于辣椒红素递送和功能性脂肪替代。
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本研究开发了一种由核桃蛋白浓缩物（Walnut Protein Concentrate, WalPC）和乳清蛋白分离物（Whey Protein Isolate, WPI）共同稳定的双蛋白Pickering乳液，用于辣椒红素递送和功能性脂肪替代。研究人员制备了不同WPI-WalPC配比的Pickering乳液，并系统评价了其功能特性和稳定性。结果表明，WPI-WalPC配比为1:9时表现出最优性能，具有最高的乳化活性指数（Emulsifying Activity Index, EAI，48.55 m2/g）和乳化稳定性指数（Emulsifying Stability Index, ESI，240.91 min），并在不同环境条件下均表现出优异的稳定性。稳定性的增强与致密蛋白质稳定界面的形成密切相关，该界面改善了对辣椒红素的保护和递送效率。与将辣椒红素直接添加至核桃油中相比，优化后的Pickering乳液在贮藏、光照、热处理和高压处理条件下均表现出更高的辣椒红素保留率。此外，在涂抹型膏体中用负载辣椒红素的Pickering乳液替代30%黄油，可改善感官可接受性和氧化稳定性，同时降低酸价和过氧化值。总体而言，本研究为构建双蛋白Pickering乳液作为亲脂性化合物的多功能载体以及开发营养型涂抹食品的功能性配料提供了一种有前景的策略。
论文解读文章
一、研究背景与目的
辣椒红素（capsanthin）是一种从红辣椒中提取的天然类胡萝卜素，广泛用作天然食品着色剂，具有突出的抗氧化活性。然而，其水溶性差、对光、热和氧化降解高度敏感，严重限制了其在工业中的实际应用。目前已有多种递送策略被用于提高亲脂性类胡萝卜素的稳定性，如包合物、微胶囊化和脂质载体等，但利用动植物蛋白组合构建双蛋白Pickering乳液用于辣椒红素保护的研究仍较少。与此同时，单一蛋白质稳定的乳液往往存在界面覆盖不足和结构稳定性有限的问题。核桃蛋白浓缩物（WalPC）作为一种富含功能基团和营养成分的植物蛋白，可能与乳清蛋白分离物（WPI）产生协同作用，增强界面吸附并改善乳液稳定性。然而，WPI/WalPC配比对双蛋白Pickering乳液乳化性能和稳定性的影响尚不清楚，最优蛋白比例有待系统探索。因此，本研究旨在构建WPI-WalPC共稳定的核桃油基Pickering乳液，系统考察不同蛋白配比对其功能特性和稳定性的影响，筛选最优配方用于辣椒红素负载，并探索其作为黄油替代物在涂抹型食品中的应用潜力。
二、主要技术方法
研究人员采用高速均质法制备不同WPI-WalPC配比（0:10、1:9、3:7、5:5、7:3、9:1、10:0）的Pickering乳液，利用马尔文粒度仪测定液滴粒径和ζ-电位，通过紫外-可见分光光度法测定乳化活性指数（EAI）和乳化稳定性指数（ESI），使用LUMiSizer稳定性分析仪进行离心加速稳定性测试（1500×g，3 h，25 °C），并系统考察pH（4.0–9.0）、离子强度（NaCl 3–150 mmol/L）、温度（?4 °C至60 °C）和贮藏时间（0–28天）对乳液稳定性的影响。辣椒红素以1 g/L浓度溶于核桃油制备油相，与蛋白水相按3:7质量比混合均质制得负载辣椒红素的Pickering乳液（CPE），对照组（CK）为辣椒红素直接溶于核桃油。通过标准曲线法测定辣椒红素保留率，评价乳液在光照、贮藏和不同灭菌处理（65 °C/30 min、90 °C/30 s、188 MPa/14 min）条件下的保护效果。最后，以0%–50%替代比例将CPE直接替代黄油制备涂抹型膏体，采用色差仪、离心法、质构分析（TPA）、化学滴定法及感官评价对产品品质进行综合评估。
三、研究结果
3.1 乳液稳定性分析
界面行为分析： 不同WPI-WalPC配比制备的Pickering乳液其EAI和ESI存在显著差异。WPI-WalPC配比为1:9时EAI最高（48.55 m2/g）、ESI最高（240.91 min），而7:3配比时最低（EAI：8.46 m2/g；ESI：18.97 min）。与单一WalPC或WPI稳定的乳液相比，1:9配比使EAI分别提高51.01%和68.34%，ESI分别提高141.13%和160.44%。这种增强归因于两种蛋白质的协同界面相互作用：少量WPI凭借高溶解性和快速吸附动力学优先吸附在油水界面形成致密初级膜，而主要组分WalPC凭借柔性分子结构嵌入界面膜并向水相延伸，提供显著的空间位阻。
物理稳定性分析： LUMiSizer离心加速稳定性测试显示，1:9配比的Pickering乳液在整个离心过程中透射率变化最小，始终保持低透射率，表现出优异的离心稳定性；其他配比乳液在离心过程中中部区域透射率显著增加，表明发生了剧烈的液滴迁移和乳析现象。
多因素稳定性分析： 1:9配比乳液在不同pH条件下D4,3变化范围最小（363.22–624.92 nm），而单一蛋白乳液变化范围明显更大（WalPC：491.50–984.43 nm；WPI：506.16–983.85 nm）。在NaCl浓度3–150 mmol/L范围内，1:9配比乳液粒径变化最小，而单一蛋白乳液对离子强度最为敏感。温度实验表明，所有乳液在?4 °C至25 °C范围内粒径保持相对稳定，但在50 °C和60 °C时粒径显著增大；1:9配比乳液表现出最佳热稳定性。28天贮藏实验中，1:9配比乳液粒径增幅最小，而WPI单一蛋白乳液稳定性最差。
3.2 辣椒红素负载Pickering乳液稳定性分析
光稳定性分析： 经72 h光照后，CK组辣椒红素保留率从88.58%骤降至45.45%，而CPE组仍保持在81.5%（初始值93.52%）。WPI-WalPC复合蛋白颗粒在油水界面形成的致密固体颗粒界面层能有效散射和阻挡光线，为辣椒红素提供物理屏障。
贮藏稳定性分析： 4 °C避光贮藏30天后，CK组保留率降至60.25%（累计下降28.33%），CPE组仍保持78.22%（累计下降15.30%）。4 °C光照贮藏30天后，CK组降至50.25%（累计下降38.33%），CPE组保持70.66%（累计下降22.86%），证实光照是加速辣椒红素降解的关键环境因素。
灭菌稳定性分析： 经65 °C/30 min、90 °C/30 s和188 MPa/14 min处理后，CPE组辣椒红素保留率分别为86.15%、86.05%和90.20%，均显著高于CK组（78.10%、75.54%和81.34%），分别提高10.31%、13.94%和10.89%。高压处理（HPP）对辣椒红素的保留效果优于热处理，因为高压主要破坏非共价键而对辣椒红素等小分子共价结构影响甚微。
3.3 不同CPE替代比例涂抹型黄油膏体品质评价
颜色分析： 随着CPE替代比例从0%增加至50%，膏体亮度值（L）显著降低，红度值（a）和彩度（C*）显著增加，归因于辣椒红素含量的增加和WPI-WalPC颗粒对光吸收散射效率的改变。
离心析油率分析： 对照组（纯黄油）离心析油率最高（99.67%），随着CPE添加量增加，析油率显著降至0.2–0.5%，表明CPE形成的三维凝胶网络和界面蛋白层有效包埋水和油，增强了体系的结构完整性和抗离心分离能力。
质构分析： 全黄油样品硬度最高（0.35 N），随CPE替代比例增加硬度从0.35 N降至0.12 N，涂抹性相应改善。值得注意的是，30%替代样品的咀嚼性（1.10 mJ）与对照组（1.08 mJ）无显著差异，表明在降低硬度的同时保持了口腔加工能量和饱满感。
酸价和过氧化值分析： 随CPE替代比例从10%增至30%，AV和POV持续下降，在30%替代时达到最低值（AV = 0.318 mg KOH/g脂肪，POV = 0.078 g/100 g），较对照组分别降低65%和79%。超过30%后出现轻微回升，但所有替代组的AV和POV均显著低于对照组，且完全符合国家食品安全标准限值。
感官评价分析： 30%替代组在总体可接受性、味道和涂抹性方面表现突出，评分显著高于50%等高替代比例组，同时有效降低了油腻感并较好保留了黄油特征香气，获得最高且最均衡的总体可接受性评分。
四、讨论总结
1:9配比的优异性能主要归因于动物蛋白和植物蛋白的互补特性。WPI作为球蛋白具有高界面活性和快速吸附动力学，而WalPC富含疏水残基和二硫键，赋予结构刚性和网络强度。在1:9配比下，两种蛋白协同组装于油水界面，形成兼具WPI快速吸附和WalPC结构增强作用的致密粘弹性界面膜。该体系通过简单物理混合即可实现最优稳定化，无需额外交联剂。与传统的脂肪替代物（如油凝胶、蛋白质-多糖复合物）相比，本研究开发的WPI-WalPC Pickering乳液能有效延缓脂质氧化并掩盖不良风味，提供更洁净的感官特征。研究局限性包括：未测定辣椒红素的分配系数；未获得直接微观结构证据确认30%替代样品是否形成W/O/W多重乳液或发生部分相转变；未与其他脂肪替代物配方进行比较；未评估超过21天的长期贮藏稳定性。
五、研究结论翻译
总之，本研究成功开发了由WPI-WalPC共混物稳定的双蛋白Pickering乳液，基于其优越的功能特性和稳定性确定最优WPI-WalPC配比为1:9。结果表明乳液稳定性与功能表现之间存在密切关系，优化蛋白比例提供的增强界面稳定性是改善生物活性物质保护和调控脂质释放的结构基础。致密蛋白颗粒稳定界面的形成有效防止了液滴聚集和相分离，从而改善了乳液体系的功能特性。优化后的Pickering乳液进一步用作辣椒红素的载体，与辣椒红素直接加入核桃油相比，在不同环境胁迫下表现出更高的辣椒红素保留率，展示了其对亲脂性色素优越的保护能力。最后，负载辣椒红素的Pickering乳液成功应用于涂抹型膏体配方中作为黄油替代物，改善了涂抹性、感官特性、氧化稳定性和功能特性，同时减少了对传统饱和脂肪的依赖。总体而言，本研究证明优化蛋白质组成是构建多功能Pickering乳液的有效策略，增强的结构稳定性是改善递送性能和食品应用潜力的基础。
