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油不饱和度通过调节蛋白质界面行为影响乳液稳定性

期刊:Food HydrocolloidsDOI:10.1016/j.foodhyd.2024.110588

本文档属于类型a,即报告了一项单一原创研究的学术论文。以下是针对该研究的详细报告:


第一,研究的主要作者、机构、发表期刊及时间
本研究由Weiyi Zhang、Rui Zheng、Xinglian Xu和Xue Zhao*共同完成,研究机构为南京农业大学食品科学与技术学院、肉类品质控制与培养肉开发国家重点实验室。研究发表于期刊Food Hydrocolloids,发表日期为2025年,具体卷号为第158卷,文章编号为110588。

第二,研究的学术背景
本研究属于食品科学与胶体化学领域,聚焦于蛋白质在油水界面(oil-water interface)的行为及其对乳液稳定性(emulsion stability)的影响。研究背景源于世界卫生组织对减少饱和脂肪酸摄入的呼吁,推动了脂肪替代乳化肉制品(fat-substituted emulsified meat products, FSEMP)的发展。在FSEMP中,不饱和植物油常以蛋白质稳定的乳液形式替代饱和动物脂肪。然而,不同不饱和度的油对乳液稳定性的影响仍存在争议,且其内在机制尚不明确。因此,本研究旨在系统探讨油的不饱和度(unsaturation degree, UD)如何通过调控蛋白质的界面行为影响乳液稳定性,为FSEMP的合理配方提供科学依据。

第三,研究的工作流程
本研究包括以下主要步骤:
1. 模型油的制备与极性调整
为研究油的不饱和度对蛋白质界面行为的影响,研究者选择油酸(oleic acid, OA)和亚麻酸(linolenic acid, LNA)分别与十二烷(dodecane, DD)混合,制备具有不同不饱和度但极性相似的模型油。通过悬滴张力计(pendant drop tensiometer)测量油水界面张力(oil-water interfacial tension, γow),确保模型油的极性一致。

  1. 蛋白质的制备与分析
    研究选择了三种常用作乳化剂的蛋白质:纤维状肌原纤维蛋白(myofibrillar protein, MP)、球状乳清蛋白(whey protein, WP)和无规卷曲的酪蛋白酸钠(sodium caseinate, SC)。通过SDS-PAGE、荧光光谱和圆二色光谱等方法分析蛋白质的组成、结构和理化性质。

  2. 蛋白质的吸附动力学研究
    使用悬滴张力计测量蛋白质在油水界面的吸附动力学,计算扩散速率(kd)、渗透速率(kp)和重排速率(kr)。通过前表面荧光光谱(front-surface fluorescence spectroscopy, FSF)分析蛋白质在界面上的三级结构变化。

  3. 界面流变学分析
    通过小振幅振荡膨胀(small amplitude oscillation dilatation, SAOD)和大振幅振荡膨胀(large amplitude oscillation dilatation, LAOD)实验,研究蛋白质界面层的线性与非线形流变学特性。使用广义应力分解(general stress decomposition, GSD)算法定量分析非线性应变响应。

  4. QCM-D分析
    使用石英晶体微天平耗散(quartz crystal microbalance with dissipation, QCM-D)技术研究蛋白质在油水界面的吸附行为和界面层厚度。

  5. 乳液制备与稳定性评估
    将蛋白质溶液与模型油按比例混合,通过高剪切乳化器制备乳液。使用动态光散射仪(dynamic light scattering instrument)测量乳液滴粒径,通过多重光散射技术(multiple light scattering technique)和共聚焦激光扫描显微镜(confocal laser scanning microscopy, CLSM)评估乳液的短期和长期稳定性。

第四,研究的主要结果
1. 模型油的制备与极性调整
通过调整OA和LNA与DD的混合比例,成功制备了具有显著不饱和度差异但极性相似的模型油(DD@OA和DD@LNA)。

  1. 蛋白质的吸附动力学
    研究发现,蛋白质在较低不饱和度油界面的扩散速率更快,导致更高的界面压力。然而,在较高不饱和度油界面,蛋白质的渗透和重排速率更快,归因于更广泛的蛋白质结构展开。这促进了更厚、更刚性的界面层的形成。

  2. 界面流变学分析
    SAOD实验表明,较高不饱和度油界面的蛋白质界面层具有更高的弹性模量(elastic modulus, Ed)。LAOD实验和GSD分析进一步证实,在较高应变下,较高不饱和度油界面的蛋白质界面层更易发生屈服和断裂。

  3. QCM-D分析
    QCM-D结果显示,较高不饱和度油界面的蛋白质吸附量更大,界面层更厚。δd-δf图表明,较高不饱和度油界面的蛋白质界面层更刚性。

  4. 乳液稳定性评估
    研究结果表明,较高不饱和度油乳液在短期储存中表现出更强的稳定性,尤其在MP和WP稳定的乳液中。然而,在长期储存中,较高不饱和度油乳液的稳定性较差,主要归因于界面层在较高应变下的屈服和断裂行为。

第五,研究的结论
本研究系统揭示了油的不饱和度如何通过调控蛋白质的界面行为影响乳液稳定性。研究发现,较高不饱和度油界面的蛋白质吸附层更厚、更刚性,但同时也更易在较高应变下发生屈服和断裂。这一发现为FSEMP的合理配方提供了重要科学依据,并为进一步研究油分子界面排列模式对蛋白质吸附行为的影响奠定了基础。

第六,研究的亮点
1. 重要发现
研究发现,油的不饱和度通过调控蛋白质的界面行为显著影响乳液的短期和长期稳定性,揭示了这一现象的内在机制。

  1. 方法创新
    研究采用了多种先进技术(如QCM-D、GSD算法等)系统分析蛋白质的界面行为和乳液稳定性,提供了全面的实验数据。

  2. 研究对象的特殊性
    研究聚焦于FSEMP中常用的三种蛋白质(MP、WP和SC),为脂肪替代肉制品的开发提供了针对性指导。

第七,其他有价值的内容
研究还探讨了油分子结构对蛋白质吸附行为的影响,提出了油分子线性结构与非线性结构在界面行为中的差异机制。这一猜想为未来通过计算机模拟(如布朗动力学模拟)进一步研究提供了方向。


以上是本研究的详细报告,全面介绍了其背景、方法、结果、结论及科学价值。

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