球磨毛竹（Phyllostachys edulis）笋尖不溶性膳食纤维（BIDF）—大豆分离蛋白（SPI）复合稳定的乳液凝胶：界面增强、网络优化与脂质消化延缓

《Foods》：Emulsion Gel Stabilized by Young Bamboo Culm (Phyllostachys edulis) Fiber–Soy Protein Composite: Ball-Milling Effects on Stability and Lipid Digestion

　　

该研究旨在将废弃毛竹（Phyllostachys edulis）笋尖这一富含纤维的食品加工副产物增值为具有可控脂质消化性的清洁标签结构配料。竹笋尖不溶性膳食纤维（BIDF）经0～12 h球磨后，与大豆分离蛋白（SPI）复合，用于稳定油相体积分数为0.7的茶油水包油纤维网络稳定乳液；在INFOGEST 2.0条件下评价脂解。球磨9 h将BIDF减小至小于10 μm颗粒，并将其三相接触角从约98°提高至105°，同时保留纤维素I晶型，因此选择该球磨纤维（SM-BIDF）进行乳化。在0.1%（w/v）SM-BIDF时，乳液显示最小液滴尺寸（8.68 μm，而仅SPI为18.4 μm）、最高|ζ|-电位（53.23 mV），且凝胶网络在4 °C下稳定14天；该配方还释放最低游离脂肪酸（FFA，120 min时为24.76%），显著低于仅SPI对照。研究人员提出浓度依赖的三阶段机制——界面增强、网络优化和过度削弱——来解释这些观察结果。这些结果表明，球磨竹笋尖IDF与SPI结合提供了一种可持续的双功能乳化剂，可同时稳定乳液并延缓脂质消化。

研究背景：膳食纤维（DF, dietary fiber）是不被人体小肠内源消化酶水解的碳水化合物聚合物，包括纤维素、半纤维素、果胶、木质素和寡糖。农业和食品加工副产物是丰富但未充分利用的DF来源，其增值符合循环生物经济原则。毛竹（Phyllostachys edulis）幼茎即竹笋的嫩笋尖约占收获重量40%，因木质化高和质地粗糙，在工业加工中常被丢弃；这些笋尖富含DF，干基为60–70%，其中不溶性膳食纤维（IDF, insoluble dietary fiber）占70–80%。充足DF摄入与胃肠道功能调节、肠道菌群调节、短链脂肪酸增加以及心血管疾病、2型糖尿病和结直肠癌风险降低相关。食品工业中，天然食品级乳化剂因清洁标签需求受到青睐；IDF可作为清洁标签增稠剂或稳定剂，但天然IDF结构致密、亲水性差、界面活性有限，直接用作乳化剂受到严重限制。已有改性方法包括化学法、酶法和物理法；其中球磨无溶剂、易操作，且作用具有时间依赖性。已有工作研究麦麸、柚皮、竹笋壳和咖啡壳IDF的球磨改性，但球磨竹笋尖IDF及其与SPI复合系统仍缺乏系统研究。因此，研究人员旨在：（1）考察球磨时间0、3、6、9、12 h对BIDF结构特征、理化性质和润湿性的影响；（2）评价9 h球磨BIDF（SM-BIDF）与SPI作为茶油复合Pickering稳定剂的可行性；（3）阐明SM-BIDF浓度、乳液稳定性和体外脂解动力学之间的关系。该研究拟为水包油乳液提供清洁标签结构配料，并为脂溶性营养素提供可调节脂质消化速率的递送系统。

为开展研究，研究人员采用的关键技术方法包括：新鲜毛竹笋尖来自中国江西省当地竹笋加工厂；茶油（Camellia oleifera Abel.）来自江西吉安当地茶油厂。采用AOAC 991.43酶-重量法提取BIDF；以行星式球磨处理0、3、6、9、12 h；采用扫描电子显微镜（SEM, scanning electron microscopy）、X射线衍射（XRD, X-ray diffraction）、傅里叶变换红外光谱（FTIR, Fourier transform infrared spectroscopy）、三相接触角、持水能力（WHC, water-holding capacity）和持油能力（OHC, oil-holding capacity）表征BIDF。将SM-BIDF与SPI混合，在油相体积分数φ=0.7下高速剪切制备乳液；测定乳化活性指数（EAI, emulsifying activity index）、表面加权平均直径（D_3,2）、ζ-电位、显微结构、流变、乳析指数（CI, creaming index）和4 °C储存稳定性；采用INFOGEST 2.0静态体外消化测定游离脂肪酸（FFA, free fatty acids）释放。统计采用单因素方差分析和Duncan检验。

研究结果如下。3.1 球磨BIDF的结构与理化性质：通过化学组成、SEM、XRD和FTIR分析发现，N-BIDF含77.80% IDF，未检出可溶性膳食纤维（SDF, soluble dietary fiber）；随球磨时间增加，IDF降至71.48%，12 h SDF升至3.01%，水分在9 h达7.79%，蛋白含量为14.45–15.21%。SEM显示N-BIDF为长纤维束，9 h形成亚10 μm颗粒，12 h发生团聚。XRD显示纤维素I特征峰位于2θ约15.5°、16.5°、22.5°和34.5°，结晶度指数先增后稳定。FTIR无新峰，约1050 cm^?1相对强度增加。结论是9 h球磨实现最佳粒径减小，并保留纤维素I晶型和化学完整性。3.2 润湿性与水合性质：通过接触角、WHC和OHC测定发现，接触角从N-BIDF约98°升至9 h和12 h约105°平台；WHC和OHC随球磨下降，12 h WHC为4.93 g/g、OHC为1.42 g/g，较N-BIDF分别降低约28%和40%。结论是9 h在增强界面性质与保留本体功能之间达到最佳平衡，故选SM-BIDF。3.3 乳液形成：仅BIDF与SPI-BIDF复合物：通过外观、CI和灰度分析发现，BIDF单独在油相0.1–0.9均不能稳定乳液，1 h内几乎完全相分离；SM-BIDF与2% SPI复合后可稳定0.1–0.9油相，φ=0.7视觉稳定性最佳，CI最低。结论为后续实验采用φ=0.7。3.4 乳化活性、液滴尺寸与ζ-电位：通过EAI、ζ-电位、D_3,2和Span分析发现，所有乳液|ζ|均高于约35 mV；0% BIDF的EAI最低，D_3,2为18.4 μm，分布最宽；0.1% SM-BIDF的EAI最大为2.42 m²/g，D_3,2和Span最小，分别为8.68 μm和1.93，|ζ|最高为53.23 mV；高于0.1%后EAI下降，D_3,2和Span增加，|ζ|降至35–40 mV。因纤维颗粒干扰激光衍射，液滴尺寸为表观值。结论是0.1% SM-BIDF最佳。3.5 微观结构、流变行为与储藏稳定性：通过显微、流变、CI和储存监测发现，显微结果与ζ-电位一致，0.1% SM-BIDF液滴细小均匀，聚并可忽略；0.2%及以上出现聚集。所有乳液呈剪切变稀，0.1%表观黏度最高；所有样品G′>G″，为弱凝胶，0.1% G′最高且频率依赖弱。储存中，纯SPI乳液1天相分离；0.05%乳液1天形成自支撑凝胶，但14天出现薄血清层；0.1%乳液14天完全均一；0.2–0.4%乳液约7天稳定，7–14天出现血清层。D_4,3和|ζ|在第1天和第7天监测中，0.1%变化最小；SPI-only的D_4,3增加、|ζ|下降。结论是0.1% SM-BIDF储藏稳定性最佳。3.6 体外胃肠消化：通过INFOGEST 2.0和消化显微观察发现，FFA释放呈双相，前40 min快速，随后缓慢持续。SPI-only脂解最快最完全；SM-BIDF降低FFA释放速率和程度。0.1%抑制最强，120 min FFA最低为24.76%；0.05%高于0.1%；0.2–0.4%抑制逐渐减弱。胃后SPI-only液滴广泛破碎，0.1%基本保持完整；肠后SPI-only几乎完全消化，0.1%仍有缩小液滴；0.2–0.4%为部分消化和完整液滴混合。结论是0.1%形成最佳双重屏障。

讨论部分总结：4.1指出，球磨是IDF结构工程工具；形态演变与文献一致，结晶度呈两相趋势，SDF增加，FTIR证明为纯物理改性；接触角接近O/W界面吸附适宜范围；WHC/OHC下降归因于过度球磨破坏多孔纤维网络，物理截留能力损失超过比表面积增加。4.2指出，SPI-BIDF具有协同稳定作用：SPI提供快速吸附，SM-BIDF强化界面膜并在足够浓度下形成连续相纤维-蛋白网络；φ=0.7平衡液滴堆积与网络形成；0–0.1%共吸附增强，0.1%接近界面饱和并形成渗流网络，高于0.1%则桥絮凝和耗竭吸引破坏界面与网络。分子层面涉及氢键、疏水相互作用和静电相互作用。4.3指出，复合界面提供一致脂解屏障，0.1%抑制最强，归因于致密SPI-BIDF界面膜空间阻碍脂酶吸附和胆盐置换，以及连续相纤维-蛋白网络限制酶进入；高于0.1%界面完整性下降，脂解增强。4.4指出，该体系拟作为低成本、清洁标签水包油食品乳液结构剂和脂溶性营养素递送系统；竹资源可再生，但行星球磨能耗高，工业放大需技术经济评价，浓度窗口窄，需要精确控制。未来应进行体内验证、递送载体研究，并定量球磨对半纤维素和木质素等组分的影响。4.5局限包括：未定量半纤维素和木质素；仅采用静态INFOGEST 2.0，需动态消化或体内研究；未探索作为生物活性物递送载体；为实验室规模概念验证，未工业化；浓度窗口窄，行星球磨为批次操作且能耗高，介质磨损和潜在污染需中试优化。

结论部分翻译：该研究证明，球磨是一种有效的结构工程策略，可将竹笋尖不溶性膳食纤维转化为适合作为水包油乳液结构剂的细颗粒，同时保留纤维素I晶型和主要化学结构。与大豆分离蛋白结合后，球磨纤维可形成水包油纤维网络稳定（乳液凝胶型）乳液，而单一组分均不能稳定该乳液。适度纤维负载形成致密复合界面膜以及连续相纤维-蛋白网络，二者共同赋予优异物理稳定性和显著延缓体外脂质消化；该行为通过浓度依赖的界面增强、网络优化和过度削弱机制加以解释。总体而言，该工作建立了将竹笋加工废弃物增值为清洁标签、双功能共稳定剂的可持续路线，用于具有可调脂质消化性的乳液。