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藜麦蛋白颗粒和纤维聚集体在高内相乳液中的界面和连续相稳定机制

近期，光明乳业研究院张弛与南京财经大学汤晓智教授、冯潇副教授团队合作在国际食品TOP期刊Food Hydrocolloids (Q1, IF=12.4)发表题目为“Interfacial and bulk stabilization mechanisms of particulate and fibrillar quinoa protein aggregates in high internal phase emulsions”的研究性论文。

成果亮点

1.热诱导聚集提高了藜麦蛋白初始界面吸附速率，但削弱其降低平衡界面张力的能力

2.颗粒聚集和纤维聚集均降低了藜麦蛋白层的界面刚度

3.纤维聚集体通过形成连续相网络结构稳定高内相乳液

4.颗粒聚集体无法稳定高内相乳液

研究背景

在健康饮食与可持续食品理念的驱动下，植物基蛋白作为动物蛋白的补充品正快速发展。藜麦蛋白作为优质植物蛋白，含全部人体必需氨基酸，营养均衡，但天然结构致密、表面疏水性低，乳化及稳定性能弱于动物蛋白，限制其在结构化食品中的应用。

热处理可以诱导蛋白质的结构重排，形成颗粒状或纤维状聚集体。现有研究证实热诱导的藜麦蛋白聚集物可以提高乳液的稳定性：热诱导的藜麦蛋白颗粒聚集体可通过减小液滴尺寸、增加表面电荷、形成致密界面层来提高高内相乳液的稳定性；而纤维聚集体具有改善的溶解度和界面活性，并能增强界面蛋白吸附。

然而，将乳液稳定性的提升简单归因于界面性质增强尚缺乏充分证据。现有研究多依赖液滴尺寸、ζ电位、界面蛋白负载等间接指标，难以真实反映蛋白质在界面上的吸附行为与力学特性。因此，本研究旨在阐明藜麦蛋白的颗粒和纤维聚集如何影响乳化性能、乳液稳定性和乳液结构，这对结构化食品系统（如高内相乳液和3D打印材料）的设计至关重要。

Fig. 3.Transmission electron microscopy (TEM) images of QPA_UG(A) and QPA_G(B).

Fig. 4.Viscosity of 3 wt% quinoa protein dispersions (QPI_UG, QPI_G, QPA_UG, QPA_G) as a function of shear rate.

Fig. 5.Dynamic interfacial tension between corn oil and quinoa protein dispersions (QPI_UG, QPI_G, QPA_UG, QPA_G). The protein concentrations of quinoa protein supernatants were 0.1 wt%. The inset shows the same data plotted with the x-axis (time) on a logarithmic scale to highlight the early stage of adsorption.

Fig. 6.Lissajous plots of QPI_UG, QPI_G, QPA_UG, and QPA_G(from the first column to the fourth column) at amplitudes of 10%, 20% and 30% (from the first row to the third row).

Fig. 7.Optical microscopy images (A), droplet size distribution (B) and creaming rate (C) of emulsion samples (×3 diluted) stabilized with QPI_UG, QPI_G, QPA_UG, and QPA_Gprotein dispersions at a protein concentration of 3 wt%. Significant differences among different protein samples are denoted as different superscript letters (p < 0.05).

Fig. 8.Frequency dependent elastic (G′) and viscous (G″) moduli (A), and apparent viscosity (B) of emulsions stabilized with QPI_UG, QPI_G, QPA_UG, and QPA_Gprotein dispersions at a protein concentration of 3 wt%.

Fig. 9.Appearance of 3D printing model using emulsions stabilized with QPI_UG, QPI_G, QPA_UG, and QPA_Gprotein dispersions at a protein concentration of 3 wt% (A). Viscosity recovery behavior of the emulsions during the three-interval thixotropy test (B), Average filament height retention (C), surface roughness (D), and height deviation (E) obtained from the single-line printing test. Significant differences among different protein samples in Ra denoted as different superscript letters (p < 0.05).

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