牦牛酥油加工过程中脂肪球膜的分布规律

张琳曼1,闫立奇1,李 媛2,王大毛3,刘红娜1,2,*

(1.西北民族大学生命科学与工程学院,甘肃 兰州 730030;2.西北民族大学生物医学研究中心,中国-马来西亚国家联合实验室,甘肃 兰州 730030;3.西南大学食品科学学院,重庆 400715)

摘 要:本研究以牦牛乳为原料,通过离心分离获得乳脂肪,并分别利用未洗涤与洗涤脂肪制备酥油,系统解析加工过程中的水相、酪乳及酥油乳清中乳脂肪球膜(milk fat globule membrane,MFGM)组分的分布规律。采用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳技术分析蛋白质组成,结合固相萃取、薄层色谱及气相色谱技术全面分析脂类组成与分布特性。结果表明,脂肪洗涤使MFGM特征蛋白得到富集;牦牛乳脂肪和酪乳中极性脂质含量显著降低(P<0.05),但对酥油乳清中极性脂质含量无显著影响;酪乳与酥油乳清中脂质在极性脂质/脂肪比例、磷脂组成(磷脂酰乙醇胺富集于酪乳,鞘磷脂富集于酥油乳清)及不饱和度方面均存在不同。研究进一步揭示了MFGM组分在酪乳与酥油乳清间的差异化分布主要与脂肪球的理化特性有关。

关键词:乳脂肪球膜;酥油乳清;酪乳;蛋白质;脂质;脂肪洗涤

牦牛主要分布于海拔3 000 m以上的青藏高原等高寒草原地区。全世界现有牦牛1 800万~2 000万 头,其中95.0%以上分布在我国境内[1]。牦牛为牧民提供乳、肉、皮毛等,但其主要的副产品仍然是牦牛乳。牦牛乳及其制品是藏区牧民的主要经济支柱和营养来源。研究表明,牦牛乳的营养密度高于普通牛乳,脂肪含量几乎是荷斯坦牛乳的2 倍[2]。但受到牦牛乳产量和地理位置等因素的限制,牦牛乳产品的开发利用还不够深入,目前主要的牦牛乳产品多数集中于传统的手工制作方式[3],包括发酵乳、曲拉、酥油等[4]。

牦牛乳是脂肪、蛋白质、乳糖和矿物质的水包油(O/W)乳状液。乳中的乳脂肪由乳腺细胞分泌,由甘油三酯(triacylglycerol,TAG)的核心和包裹在外的乳脂肪球膜(milk fat globule membrane,MFGM)组成[5]。MFGM是由蛋白质、胆固醇、糖蛋白、糖脂、中性脂质和极性脂质等组成的复杂体系。蛋白质和脂质是其主要成分,分别占MFGM干物质含量的25%~70%和30%~75%[6]。MFGM中主要极性脂质为磷脂,包括甘油磷脂(磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine,PE)、磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine,PC)、磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PI)、磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine,PS))和鞘磷脂(sphingomyelin,SM),中性脂质主要为少量的TAG、甘油二酯、甘油一酯和胆固醇。研究表明,MFGM成分具有多种生物活性,如PC和PS,可改善认知功能、抑制炎症、调节膜流动性和预防肝病[7];SM能促进大脑发育和抗癌[8];相关蛋白具有抗炎、抗癌、促进婴幼儿神经发育等作用[9]。

从乳到MFGM,牦牛乳相较牛乳和山羊乳的综合营养优势更突出,且直接提升其营养功能与加工价值。蛋白方面,牦牛乳不仅整体总蛋白质量分数为3.43%~6.53%,远高于牛乳(3.0%~3.5%)、山羊乳(3.5%~4.5%),其MFGM蛋白质量分数(42%~46%)也显著优于牛乳(35%~40%)、山羊乳(27%~33%),既能提供充足的基础蛋白,更好地满足人体对优质蛋白的需求,又在膜蛋白功能与活性应用方面更具潜力。脂质方面,牦牛乳MFGM总脂质质量分数为58%~65%,与山羊乳(62%~70%)接近,远超牛乳(51%~57%)[10-15]。值得注意的是,牦牛乳中α-亚麻酸、共轭亚油酸等功能性脂肪酸含量高于牛乳和山羊乳,且脂肪球直径更大,为酥油、酪乳等传统产品加工中功能性脂质的富集提供便利,同时也利于后续MFGM相关功能性成分的提取。

近年来,MFGM因其独特的生物活性功能以及在功能性食品开发中的潜在价值引起了广泛关注。牦牛乳在不同加工条件下MFGM分布不同,可能导致产品间的营养价值不同[7]。酥油生产是一个富集MFGM成分的过程,需要搅打脂肪使其从水包油状转变为油包水状态,搅打导致乳脂肪球破坏,MFGM释放到水相,此时的水相即为酪乳。酥油乳清为生产无水乳脂时的副产品,是酥油融化离心分离后得到的水相[16]。由牦牛乳加工酥油制作过程中的水相,即酪乳和酥油乳清,是非常相似的富含MFGM碎片的原料,但其极性脂质(以磷脂为主)浓度和组成存在显著差异,如酥油乳清中SM含量约为酪乳的3 倍[17]。此外,在制作酥油之前通过脂肪洗涤去除主要的乳蛋白可以增加酪乳和酥油乳清干物质中MFGM的产量[18]。然而,Lamothe等[19]通过微滤进行脂肪洗涤时导致MFGM含量降低,这一现象归因于洗涤过程中小粒径脂肪球与膜碎片在洗涤溶液中的分散和流失,进而影响MFGM的有效富集。这一矛盾现象提示,MFGM的加工稳定性与洗涤工艺参数紧密相关。

目前对牦牛乳制品在加工过程中脂肪球膜组分及演变规律的相关研究还很欠缺。同时,对牦牛乳、酥油及其副产物酪乳的加工利用还有待发展。因此,本研究以未洗涤脂肪和洗涤脂肪生产的酪乳和酥油乳清中MFGM作为研究对象,利用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)技术结合固相萃取、薄层色谱及气相色谱技术,阐释酥油加工过程中MFGM的分布规律,比较脂肪洗涤和酥油加工过程中蛋白质和脂质的组成变化,旨在为后续更好地利用MFGM中的营养价值、优化酥油加工工艺、充分发挥牦牛乳的潜在健康益处提供可靠的理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牦牛乳采购于甘南藏族自治区合作市。

甲醇、氯仿、正己烷、乙醚、氢氧化钾、尿素、乙醇、SDS 天津市永大化学试剂有限公司;醋酸天津市福晨化学试剂有限公司;考马斯亮蓝R-250北京Solarbio公司;蛋白质标品 美国Sigma公司;冰醋酸天津市凯通化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

TG16-WS台式高速离心机 长沙湘仪离心机仪器有限公司;HH-S1-Ni电热恒温水浴锅 北京长安科学仪器厂;JA2003N电子天平 上海精密仪器有限公司;DHG-9241A电热恒温干燥箱 上海精宏实验设备有限公司;7890A气相色谱仪 美国Agilent公司;DYY-6D型电泳仪 北京六一生物科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 脂肪洗涤

参考秦书云[8]建立的脂肪洗涤方法并加以改进,具体操作步骤如下:将牦牛乳置于离心管中,设置离心机参数:温度4 ℃、转速5 000 r/min、离心时间15 min。离心结束后弃除下层脱脂乳,收集上层脂肪层。将部分牦牛乳脂肪进行洗涤,向提取的牦牛乳脂肪中加入10 倍体积离子水洗涤液,置于50 ℃水浴中30 min并进行振荡处理。水浴后再次于相同条件下(4 ℃、5 000 r/min、15 min)进行离心。离心结束后收集上层中的牦牛乳脂肪,即为洗涤脂肪,并收集离心后的洗涤液备用。

1.3.2 酥油的制备及工艺优化

参照张琦等[20]的方法并加以改进,将未洗涤和洗涤的牦牛乳脂肪分别搅拌成酥油。在搅拌前按照温度程序使脂肪成熟:首先于5 ℃低温环境下静置熟化36 h,促使脂肪结晶结构充分形成;继而升温至20 ℃保持2 h,优化脂肪晶型转化;最终将温度降至12 ℃,稳定脂肪微观结构。将成熟脂肪转移至12 ℃恒温搅拌器中进行搅拌,酪乳分离后,将酥油颗粒轻轻混合成酥油。为获取酥油乳清,将酥油置于60 ℃恒温水浴中熔融1 h,随即进行初级离心分离(2 000×g、15 min)。收集离心管底部乳清相后,实施二次纯化离心(1 500×g、10 min)以提高组分分离效率。

1.3.3 SDS-PAGE定性分析

通过SDS-PAGE技术系统分析未洗涤脂肪、洗涤脂肪及其衍生产物(酪乳、酥油乳清)的蛋白质组成特征,以观察脂肪洗涤对蛋白质组分的去除效率及其对酪乳和酥油乳清中蛋白质组成的后续影响。具体实验步骤如下:将样品使用稀释液8 mol/L尿素-pH 7.0磷酸缓冲液进行稀释,以便蛋白质溶解分散均匀。SDS-PAGE参照李静[21]的方法。将稀释过的样品与上样缓冲液按体积比1∶1混合即为上样样品,并将上样样品在100 ℃水浴加热5 min,每条泳道上样15 μL,在120 V条件下电泳1.5 h,随后用染色液平板摇床均匀染色2 h,最后用脱色液平板摇床均匀脱色至胶体背景透明。

1.3.4 脂质提取

参照李文斐等[22]的方法从牦牛乳脂肪、酪乳、洗涤液和酥油乳清中提取脂质。取样品500 μL于10 mL离心管中,加入3 mL甲醇-氯仿(体积比2∶1)混合试剂,涡旋振荡后再加入2 mL。将样品静置1~2 h,经由定量滤纸过滤,留过滤后溶液。在溶液中加入4 mL蒸馏水,放入离心机以3 000 r/min转速离心5 min,弃掉上清液。下层溶液在烘箱中70 ℃烘干,得到脂质。

1.3.5 固相萃取

取干燥的脂质用100 μL氯仿复溶。复溶后的脂质提取物利用氨基固相萃取小柱分离。首先用2 mL正己烷活化固相萃取小柱。在0.1 mL/min的流速下,用3 mL氯仿洗脱中性脂质,用3 mL乙醚和醋酸混合溶液(V(乙醚)∶V(醋酸)=98∶2)洗脱游离脂肪酸,最后用3 mL甲醇洗脱极性脂质,并用干净的玻璃试管收集极性洗脱液,将得到的中性脂质和极性脂质在65 ℃烘箱中烘干。烘干后采用直接称质量法测定极性脂质与中性脂质含量[23],取两支干净玻璃试管,分别标记为“中性脂质管”“极性脂质管”,于65 ℃烘箱烘干至恒质量(两次称质量差值≤0.1 mg),用分析天平记录空管质量(分别记为m1、m3);将分离后烘干的中性脂质、极性脂质对应转移至试管中,再次于65 ℃烘箱烘干1~2 h以去除残留溶剂,取出后置于干燥器冷却至室温;用分析天平称量试管+脂质总质量(分别记为m2、m4),按式(1)、(2)分别计算中性脂质质量和极性脂质质量:

1.3.6 薄层色谱分析

参照秦书云[8]的方法并加以改进,利用薄层色谱法对极性脂质进一步细化分离。将极性脂质溶解在0.2 mol/L二氯甲烷-甲醇溶液中,用毛细管将样品点样在薄层色谱板上,放到展开缸进行展开。用展开剂A(二氯甲烷-甲醇-氨水(体积比65∶25∶4))展开1 h后,将薄层色谱板旋转90 ℃,再利用展开剂B(二氯甲烷-甲醇-水(体积比65∶25∶4))展开1 h取出,用0.001%罗丹明6G溶液对薄层色谱板进行喷洒显色,在紫外光下观察。将含有脂质的样品从平板上刮下,放入干净离心管中。

1.3.7 脂质甲基化和脂肪酸含量测定

将固相萃取得到的中性脂质、极性脂质和从薄层色谱板上刮下的各极性脂质进行甲基化。参考李文斐等[22]的方法在离心管内加入2 mL正己烷将油脂溶解。再加入2 mL 0.4 mol/L氢氧化钾-甲醇溶液静置30 min甲酯化。随后加入4 mL去离子水,待分层后提取上层溶液,经0.22 μm滤膜过滤器过滤后待上机分析。

气相色谱条件:载气(氦气)流速为1 mL/min;进样温度为250 ℃;检测器温度为270 ℃;进样量为1 μL(按1∶10分配)。初始温度为70 ℃,持续10 min,以5 ℃/min的速率升至80 ℃,持续1 min,以10 ℃/min的速率升至240 ℃,持续30 min。在计算样品脂质的浓度时,使用标准脂质中脂肪酸的峰面积作为参考。不饱和度(degree of unsaturation,DUS)通过式(3)计算:

式中:i为双键数。

1.4 数据处理

实验数据先采用Excel 2019软件初步整理,实验均重复测定3 次,结果以表示,然后用SPSS 25.0软件进行统计分析,采用单因素方差分析结合多重比较法进行差异显著性分析,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 脂肪洗涤对酥油加工过程中蛋白质组成的影响

脂肪洗涤是酥油加工中的关键步骤,主要目的是去除乳中杂质和非脂肪成分,其通过去除脂肪球表面的乳清蛋白(如酪蛋白、β-乳球蛋白和α-乳白蛋白)[24],显著影响后续产物的蛋白质组成和理化性质。

如图1所示,酪乳和酥油乳清在脂肪球膜上的蛋白质构成中都显示出了嗜乳脂蛋白(butyrophilin,BTN)、过碘酸席夫6/7(periodic acid-Schiff 6/7,PAS6/7),这些蛋白均为存在于脂肪球膜上的糖蛋白,与前人研究报道[25]基本一致。具体而言,洗涤后的酪乳和酥油乳清中乳清蛋白(酪蛋白、β-乳球蛋白和α-乳白蛋白)条带强度与未洗涤相比显著减弱,表明洗涤工艺有效去除了乳清蛋白。由于MFGM特征蛋白中的BTN和PAS6/7未被大量去除,在总蛋白占比中相对提升,进而实现了MFGM在酪乳和酥油乳清中的富集,显著提升了乳制品中MFGM功能成分的浓度,为后续提高其营养成分、研究功能性食品提供了便利。

图1 SDS-PAGE图
Fig. 1 SDS-PAGE patterns

2.2 酥油加工过程中极性脂质的含量

由表1可知,洗涤后牦牛乳脂肪和酪乳中的极性脂质含量分别从1.80 mg/g和0.92 mg/g降至1.20 mg/g和0.32 mg/g,表明洗涤过程可有效去除部分极性脂质。但洗涤后酥油乳清中的极性脂质含量从9.30 mg/g增加至10.10 mg/g。推测洗涤可能改变了脂质在加工副产物中的分配模式,在酥油乳清中产生了小脂滴和膜碎片,从而使其极性脂质含量增加。

表1 酥油加工过程中极性脂质的含量和占比
Table 1 Contents and percentages of polar lipids during ghee processing

注:同行不同字母表示差异显著(P<0.05)。下同。

指标牦牛乳脂肪洗涤液酪乳酥油乳清未洗涤洗涤未洗涤洗涤未洗涤洗涤极性脂质含量/(mg/g)1.80±0.20b1.20±0.20bc0.03±0.02e0.92±0.50cd0.32±0.03de9.30±0.20a10.10±0.50a极性脂质占比/%0.42±0.02e0.31±0.04e8.50±1.20c6.10±0.60cd4.20±0.40d29.00±2.00a25.00±2.00b

为进一步阐明酥油加工过程中牦牛乳脂肪、酪乳、酥油乳清及洗涤液中脂质的结构特性,本研究通过极性脂质与脂肪的百分比对脂质形态进行系统性表征。极性脂质在脂肪中占比高表明存在非常小的脂滴或膜碎片。由表1可知,未洗涤与洗涤牦牛乳脂肪的极性脂质占比分别为0.42%和0.31%,显著低于其他组分。这一现象归因于大脂肪球有较低的表面积与体积比,因此牦牛乳脂肪中极性脂质的比例非常低。其次洗涤液的极性脂质占比达到8.50%,而未洗涤与洗涤酪乳的极性脂质与脂肪的比率分别为6.10%和4.20%。结合Lopez等[26]的研究可以得出以下结论,洗涤液和酪乳中MFGM可能以两种形态共存:一种为膜碎片,另一种为完整的小脂肪球。值得注意的是,在酥油乳清中未洗涤与洗涤样品的极性脂质占比分别为29.00%和25.00%,显著高于其他组分。极性脂质占比高表明酥油乳清中的脂质可能以超微脂滴或由MFGM碎片乳化组成的囊泡形式存在,其结构特性与酪乳中的脂质截然不同。

2.3 酥油加工过程中的中性脂质的脂肪酸组成

如表2所示,牦牛乳脂肪的中性脂质脂肪酸组成与酪乳和洗涤液的中性脂质脂肪酸组成相似,但和酥油乳清中脂肪酸组成存在明显差异。酥油乳清中长链饱和脂肪酸(C16:0、C18:0)含量显著高于牦牛乳脂肪、酪乳、洗涤液,但短链脂肪酸和中链脂肪酸(C4:0、C6:0、C8:0、C10:0、C12:0)和不饱和脂肪酸(C14:1、C16:1、C18:1、C18:2)与牦牛乳脂肪、酪乳、洗涤液相比含量较低,表明酥油乳清脂质具有独特的分子特征。

表2 酥油加工过程中的中性脂质的脂肪酸组成和DUS
Table 2 Fatty acid composition and DUS of neutral lipids during ghee processing

脂肪酸牦牛乳脂肪洗涤液酪乳酥油乳清未洗涤 洗涤 未洗涤 洗涤 未洗涤 洗涤C4:01.8±0.2ab1.4±0.1cd1.1±0.1de1.5±0.1bc2.1±0.2a0.4±0.1f0.9±0.1e C6:02.3±0.2b2.0±0.1b1.8±0.3bc2.2±0.3b3.6±0.5a0.6±0.2d1.1±0.1cd C8:02.6±0.4a2.1±0.2ab1.6±0.1bc1.2±0.4cd2.1±0.1ab0.9±0.1d0.8±0.1d C10:04.5±0.3a4.2±0.2ab3.5±0.2bc3.0±0.5cd4.2±0.2ab2.4±0.3de1.9±0.4e C12:05.8±0.0a4.8±0.0b3.0±0.1de3.9±0.7c4.8±0.3b3.2±0.2cd2.2±0.3e C14:017.3±0.118.0±0.114.1±0.313.8±0.314.9±0.512.5±0.112.1±0.3 C14:11.2±0.0bc1.1±0.4bc1.1±0.2bc1.8±0.2ab2.1±0.3a0.8±0.4c0.7±0.2c C15:01.4±0.11.8±0.00.9±0.41.4±0.01.2±0.21.2±0.31.5±0.3 C16:036.2±0.2c37.8±0.0c36.7±0.1c36.3±1.0c32.0±0.8d43.2±0.8a40.1±0.6b C16:11.2±0.3c1.7±0.0ab1.1±0.2c2.0±0.1a1.5±0.0bc1.1±0.1c1.2±0.1c C18:06.5±0.5c5.2±0.3c10.2±0.0b11.4±0.8b10.2±0.7b16.2±1.0a16.6±0.8a C18:116.2±0.2cd17.8±0.6b20.1±0.6a19.8±1.0a18.9±0.3ab15.6±0.4d17.6±0.2bc C18:2 1.7±0.0ab1.5±0.0b2.4±0.3a1.1±0.1b1.5±0.6b1.1±0.2b1.2±0.2b其他1.2±0.50.8±0.42.3±0.51.2±0.21.1±0.50.8±0.12.1±0.3 DUS0.22±0.010.24±0.010.27±0.010.26±0.010.26±0.010.19±0.010.21±0.01

根据气相色谱分析显示,中性脂质中TAG占比超过98%。而TAG的熔点取决于脂肪酸的组成和脂肪酸在甘油主链中的位置[27]。长链饱和脂肪酸(C16:0和C18:0)含量高以及中短链脂肪酸和不饱和脂肪酸含量低表明酥油乳清存在高熔点的TAG。这一结果与前人研究中物相观察结果一致:在30 ℃时,酥油乳清脂质为白色固体,但酪乳、洗涤液和牦牛乳脂肪脂质仍为液体[28]。

进一步分析表明,酥油乳清中TAG的特殊组成排除了酥油乳清中的中性脂质是酥油乳清分离时油相污染的结果。结合晶体熔融过程,本研究提出:在酥油加工过程中,饱和中性脂质部分优先整合至脂肪晶体网络结构中,并在后续热融阶段(60 ℃)随相分离过程富集于酥油乳清中,从而导致其脂质组成具有明显差异。

2.4 酥油加工过程中磷脂组成

利用薄层色谱法分析的磷脂组成,以确定具有不同物理性质的脂肪球的膜脂结构的差异。MFGM中主要极性脂主要分为5 类[29]:PC(19.2%~37.3%)、PE(19.8%~42%)、SM(18%~34.1%)、PI(0.6%~13.6%)和PS(1.9%~16%)。其中PC和SM主要位于细胞膜外层,PE、PI和PS集中在磷脂双分子层内部,对维持MFGM稳定性和生物活性至关重要[30]。有研究报道,牛乳中大约60%的磷脂与脂肪球相结合,其余40%磷脂分布于脂肪球膜上,含量丰富的磷脂主要有两性离子形式的PC、卵磷脂、PE和SM[31],而阴离子形式的PS和PI含量较低。因此,本研究主要检测并分析脂肪球膜中与磷脂最相关、含量较高的脂类,即PC、PE和SM。而阴离子磷脂PS和PI没有分离,因此它们在下文中被称为“阴离子磷脂”。

不同处理组脂质含量差异显著,牦牛乳脂肪的脂质总量最高(约为900~920 mg/g),以TAG为主;酪乳、酥油乳清作为副产物,脂质总量低,但磷脂、胆固醇占比高;洗涤液仅含少量极性脂质。但由图2可知PC、PE、SM和阴离子磷脂都存在于未洗涤与洗涤的酪乳、酥油乳清、牦牛乳脂肪及洗涤液中,这表明脂肪洗涤工艺对磷脂组成无影响。进一步分析发现,不同物料(酪乳/酥油乳清)间,磷脂含量差异显著,相较于酪乳(从未洗涤脂肪和洗涤脂肪得到的酪乳中SM百分比分别为25.0%和22.2%),酥油乳清中SM更为富集(从未洗涤脂肪和洗涤脂肪得到的酥油乳清中SM百分比分别为32.5%和31.2%);而相较于酥油乳清(从未洗涤脂肪和洗涤脂肪得到的酥油乳清中PE百分比分别为29.8%和27.8%),酪乳中PE更为富集(从未洗涤脂肪和洗涤脂肪得到的酪乳中PE百分比分别为36.4%和34.7%)。这一结果与Bourlieu等[32]的研究结果一致,表明酪乳和酥油乳清在膜脂结构上存在显著差异。推测构成其现象的原因是SM主要含有饱和脂肪酸,因此SM具有较高的熔点[33],高熔点SM倾向与结晶TAG共沉淀,而PE因亲水性较强更易保留于酪乳中。

图2 酥油加工过程中的磷脂组成和占总磷脂的百分比
Fig. 2 Composition and percentage of phospholipids during ghee processing

如表3所示,酪乳与酥油乳清的磷脂脂肪酸组成呈现显著分化,长链不饱和脂肪酸在酪乳中富集,而长链饱和脂肪酸在酥油乳清中富集。DUS可以粗略估计不饱和脂肪酸含量的脂质流动性,其定义为每类脂质中每个脂肪酸分子所含双键的平均比率。结果显示,酪乳磷脂的DUS显著高于酥油乳清,与表2中中性脂质的DUS趋势一致,说明酪乳中MFGM的流动性更强。

表3 酥油加工过程中的磷脂的脂肪酸组成和DUS
Table 3 Fatty acid composition and DUS of phospholipids during ghee processing

脂肪酸牦牛乳脂肪洗涤液酪乳酥油乳清未洗涤 洗涤 未洗涤 洗涤 未洗涤 洗涤PC C14:07.8±0.1bc6.8±0.4cde7.2±0.2cd6.5±0.1de6.1±0.5e8.8±0.6b10.2±0.4a C16:033.9±0.4c29.9±0.7d35.8±0.7b35.8±0.6b26.6±0.7e40.8±0.2a34.6±0.3bc C16:12.3±0.3a2.0±0.5a2.4±1.2a2.2±0.2a2.9±0.3a2.9±0.5a2.2±1.0a C18:012.0±0.0bc13.4±0.2a12.6±0.9ab8.2±0.3e10.8±0.3d10.7±0.3d11.3±0.2cd C18:137.8±0.5c36.1±0.4d38.4±0.5bc39.4±0.5b46.2±0.1a32.8±1.0e29.8±0.5f C18:24.9±0.0ab3.2±0.6c2.4±0.1cd5.5±0.4a5.8±0.1a2.1±0.5d4.5±0.3b其他1.3±0.1d8.6±0.0a1.2±0.4d1.5±0.1cd1.6±0.2cd1.9±0.1c7.4±0.1b DUS0.50±0.02bc0.45±0.01cd0.45±0.00cd0.52±0.02b0.60±0.03a0.40±0.04d0.41±0.02d PE C16:010.2±0.712.4±0.314.1±0.210.8±0.29.8±0.615.2±0.713.5±0.6 C16:12.2±0.11.9±0.61.2±0.12.6±0.62.2±1.01.3±0.61.2±0.8 C18:013.8±0.39.6±0.615.2±0.75.6±1.46.8±0.212.9±1.015.2±1.2 C18:158.0±0.462.0±0.962.4±1.265.8±0.663.5±0.952.6±1.255.4±0.1 C18:210.1±0.512.6±0.25.2±1.112.2±0.813.9±0.413.4±0.412.6±0.2其他5.7±0.41.2±0.61.9±0.32.9±1.23.8±0.34.6±0.12.1±0.3 DUS0.80±0.02b0.89±0.01a0.74±0.03c0.92±0.02a0.93±0.01a0.80±0.01b0.81±0.01b SM C16:014.5±0.415.8±0.918.9±1.214.3±0.715.2±0.119.5±0.617.5±0.1 C18:08.9±0.83.2±0.66.5±1.04.2±0.210.5±1.27.8±0.84.6±0.9 C22:015.6±0.525.6±0.325.3±0.819.8±0.620.6±0.922.8±0.521.4±1.3 C23:023.4±0.223.6±0.418.2±0.623.6±1.218.9±0.524.3±1.224.0±0.6 C22:42.2±0.33.6±1.43.5±0.22.2±0.92.1±0.81.2±0.71.1±0.9 C24:021.3±1.220.6±0.316.3±0.920.3±0.214.5±1.315.6±0.222.5±1.2 C24:15.9±0.64.3±0.19.2±0.56.3±0.15.8±0.23.2±0.33.5±0.2其他8.2±0.13.3±0.92.1±0.39.3±0.512.4±0.75.6±0.55.4±0.4 DUS0.14±0.02b0.18±0.01ab0.23±0.03a0.15±0.02b0.14±0.01b0.08±0.02c0.08±0.01c阴离子磷脂(PS、PI)C16:08.9±0.36.5±0.57.5±0.96.2±0.35.6±0.310.9±0.58.9±0.1 C18:032.2±0.436.5±0.336.4±1.028.5±0.832.5±0.435.3±0.732.5±0.3 C18:149.5±0.845.8±0.250.2±1.548.5±0.652.5±1.042.3±0.245.6±0.8 C18:27.6±0.58.9±0.84.5±0.212.3±0.27.2±0.85.6±0.47.4±1.2其他1.8±1.12.3±0.41.4±0.14.5±0.32.2±0.75.9±0.15.6±0.0 DUS0.65±0.01ab0.63±0.02b0.59±0.01bc0.73±0.03a0.67±0.02ab0.53±0.6c0.60±0.02bc

膜结构特性受磷脂及组合物的影响。PC具有较大的头基,可以轻易地容纳饱和的脂肪酸,并倾向于组装成低曲率层状结构[28],与具有高曲率的小脂肪球相比,层状结构更适合于容纳具有更光滑表面的大脂肪球。尽管数据中未能观察到酥油乳清中PC的统计学显著富集,但仍可推测这是在酥油乳清中表现出DUS仍低于酪乳、且PC含有更多饱和脂肪酸形式的原因。在酪乳中,PE具有较高的DUS,这意味着它含有较高比例的多不饱和脂肪酸。PE的头基较小,这种结构特点使其通常存在于弯曲的膜结构中。由于PE优先容纳不饱和脂肪酸,有利于形成负向弯曲的膜组件,所以小脂滴外双层的强负弯曲内层中的脂质便是PE在酪乳中富集的原因。SM与胆固醇结合并形成称为脂筏的刚性液体有序结构域,主要位于MFGM的外层上[34],由于与形成液体无序基质的甘油磷脂相比,脂筏的流动性较差,因此SM在MFGM部分中富集并不令人惊讶,而MFGM部分则集中在酥油中,并进一步浓缩在酥油乳清中。总地来说,酪乳和酥油乳清在MFGM脂质的物理性质上也存在显著差异。

研究结果表明,脂肪洗涤对MFGM造成了部分损伤。具体表现为洗涤液中的磷脂富集PC,而PC被认为松散地整合在MFGM的外层中[35]。除了完整的小脂肪球,洗涤液中的一些MFGM碎片被认为来源于大脂肪球,大脂肪球比小脂肪球更容易受剪切力影响[36]。然而,高速离心法分离MFGM可以选择性地浓缩MFGM片段,而小的脂滴可以抵抗沉淀,这可能导致了碎片在酪乳中高度富集的结论。本研究结果能够支持此假设,即在酥油加工过程中,小脂肪球在酥油乳清中占主导地位,而非MFGM。

在牦牛乳加工领域,酥油乳清曾长期被当作废弃物丢弃,既造成宝贵资源的浪费,又加重了环境处理负担。通过研究发现,酥油乳清脂肪组成具备极性脂质占比突出、长链饱和脂肪酸(C16:0、C18:0)含量高且富集SM的独特优势,后续可以通过离心、干燥等简便工艺提取纯化脂质,即能将其转化为高附加值产品,实现加工副产物的高效利用。具体来看,极性脂质占比高使其脂质以超微脂滴或MFGM碎片囊泡形式存在,这种微观结构赋予其优异的乳化能力与界面稳定性[37],可作为天然乳化剂应用于调制乳、发酵乳等乳制品加工,既能改善产品均质稳定性、减少分层现象,又能满足消费者对“天然成分”的需求;高长链饱和脂肪酸带来的高熔点特性,使其脂质在常温下可保持固体形态[38],适合开发烘焙领域的天然起酥剂等常温稳定型脂肪基食品,替代传统起酥油以减少反式脂肪酸摄入;富集的SM具有促进新生儿肠道成熟和神经生长、改善肠道菌群、抗大肠癌等作用[39],将其加入中老年保健饮品或作为膳食补充剂,可针对性补充肠道健康相关活性成分,且相比化学合成SM补充剂,天然来源于牦牛乳加工副产物的SM更易被人体吸收利用,可为功能食品开发提供优质天然原料。

3 结 论

本研究探讨了在酥油加工过程中MFGM成分在酪乳和酥油乳清中的分布规律。结果表明,通过脂肪洗涤可同时富集酥油乳清和酪乳中的MFGM特征蛋白。但脂肪洗涤后,酪乳中极性脂质含量下降,酥油乳清中极性脂质含量上升。从极性脂质中的磷脂组成来看,PE在酪乳中富集,SM在酥油乳清中富集,这可能与PE的亲水性和SM的高熔点相关。通过计算膜流动性指标(DUS),发现酪乳中MFGM结构的流动性比酥油乳清更强,这与两者脂质组成的差异直接相关。综上所述,推测MFGM组分在酪乳和酥油乳清中的分配与脂肪球的物理化学性质存在关联,后续可开展针对性研究,以进一步验证该分配是否为脂肪球物理化学性质的直接结果。

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Distribution Pattern of Fat Globule Membrane during Yak Ghee Processing

ZHANG Linman1, YAN Liqi1, LI Yuan2, WANG Damao3, LIU Hongna1,2,*
(1. College of Life Science and Engineering, Northwest Minzu University, Lanzhou 730030, China;2. China-Malaysia National Joint Laboratory, Biomedical Research Center, Northwest Minzu University, Lanzhou 730030, China;3. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)

Abstract: In this study, yak ghee was prepared from yak milk fat, obtained by centrifugal separation, and washed yak milk fat, separately, and the distribution patterns of milk fat globule membrane (MFGM) components in the aqueous phase,buttermilk, and whey during ghee processing were systematically analyzed. Sodium dodecyl sulfate (SDS)-polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) was used to analyze protein composition, and solid-phase extraction, thin-layer chromatography,and gas chromatography were combined to comprehensively analyze the composition and distribution characteristics of lipids. The results showed that fat washing enriched the characteristic proteins of MFGM, significantly decreased the contents of polar lipids in yak milk fat and buttermilk (P < 0.05), but had no significant effect on the content of polar lipids in whey. The lipids in buttermilk and whey were different in terms of polar lipid/fat ratio, phospholipid composition(phosphatidylethanolamine (PE) was enriched in buttermilk, while sphingomyelin (SM) was enriched in whey), and unsaturation degree. This study revealed that the differential distribution of MFGM components between buttermilk and whey was mainly related to the physicochemical properties of fat globules.

Keywords: milk fat globule membrane; ghee whey; buttermilk; proteins; lipids; fat washing

收稿日期:2020-05-15

基金项目:甘肃省科技计划项目-科技专员专项(25CXGA098);甘肃省教育厅青年博士支持项目(2025QB-010);国家自然科学基金面上项目(32172158)

第一作者简介:张琳曼(2004—)(ORCID: 0009-0007-1861-3437),女,本科生,研究方向为乳品科学。E-mail: 1748472445@qq.com

*通信作者简介:刘红娜(1984—)(ORCID: 0000-0001-9895-8337),女,教授,博士,研究方向为乳品科学。E-mail: 2772751931@qq.com

DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20250515-097

中图分类号:S879.1

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2025)22-0171-07

引文格式:

张琳曼, 闫立奇, 李媛, 等. 牦牛酥油加工过程中脂肪球膜的分布规律[J]. 食品科学, 2025, 46(22): 171-177. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250515-097. http://www.spkx.net.cn

ZHANG Linman, YAN Liqi, LI Yuan, et al. Distribution pattern of fat globule membrane during yak ghee processing[J].Food Science, 2025, 46(22): 171-177. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250515-097.http://www.spkx.net.cn