通过水解鱼胶原蛋白和乳酸菌的协同作用，在半脂发酵奶油中实现基于蛋白质的界面稳定性和代谢调节

《Food Hydrocolloids》：Protein-based interfacial stabilization and metabolic modulation in semi-fat fermented cream through the synergy of hydrolyzed fish collagen and lactic acid bacteria

　　Lutfiye Yilmaz-Ersan | Tulay Ozcan | Gokce Keser | Melike Ciniviz | Raziye Asli Keser | Deniz Aksoz
布尔萨乌卢达大学，农业学院，食品工程系，土耳其布尔萨

**摘要**
本研究采用多变量方法评估了水解鱼胶原蛋白和不同乳酸菌组合对18%脂肪发酵奶油系统质量特性的影响。共制备了四种配方：SB（L. brevis + L. bulgaricus + S. thermophilus）、ST（L. tolerans + L. bulgaricus + S. thermophilus）、CSB（胶原蛋白 + L. brevis + L. bulgaricus + S. thermophilus）和CST（胶原蛋白 + L. tolerans + L. bulgaricus + S. thermophilus）。样品分析了微生物数量、pH值、可滴定酸度、有机酸谱、挥发性化合物、颜色和质地特性以及感官特性。胶原蛋白的添加保持了总乳酸菌的活性（≥8 log cfu/g），并特异性地调节了香气形成和有机酸代谢。在不含胶原蛋白的配方中，ST样品的琥珀酸、乌洛酸和柠檬酸含量较高，同时硬度值也较高；而SB样品则表现出较高的L. bulgaricus数量、L*值和白度指数，以及更好的渗透性和抗探针拔出性能。此外，SB样品还具有更紧实的质地、更光滑的结构和更平衡的感官特性。在含有胶原蛋白的配方中，CSB配方具有较高的乳酸、乙酸、丙酸和尿酸含量，以及更多的二乙酰和乙醛生成；CST样品则表现出甲酸和丙酮酸含量增加、乙酰丙酮和2-丁酮积累，b*值和ΔE*值升高，pH值提高，结构更加均匀。多变量统计分析表明，发酵剂组成和胶原蛋白的添加导致样品之间存在显著的代谢、质地和感官差异。

**引言**
全球食品系统需要开发出营养价值更高、资源利用更低的食品，以符合可持续发展目标。特别是在联合国可持续发展目标的框架下，负责任的生产和消费、减少浪费以及气候友好型生产策略成为食品配方设计的重要方向（联合国，2015年）。随着健康意识和可持续性要求的提高，食品配方设计需要开发出营养价值更高且技术稳定的产品（粮农组织，2018年；2022年）。乳制品行业处于这一转型的中心，因为其蛋白质生物利用率高，具有生产功能性代谢物的潜力，并且消费量巨大。然而，传统的发酵奶油（30–35%脂肪）由于饱和脂肪摄入带来的心血管代谢风险，需要重新配方（世界卫生组织，2023年）。在这种情况下，开发低脂（15–20%脂肪）发酵系统成为提高营养价值和保持结构稳定性的重要研究领域（Mykhalevych等人，2022年；Abbas等人，2024年）。奶油是一种典型的油包水（O/W）乳液，其中乳脂不连续地分散在水相中，其发酵形式表现出复杂的结构-功能关系，涉及凝胶微观结构、粘弹性行为、持水能力和挥发性化合物的保留（Narvhus等人，2019年；Ozcan & Ozcan，2022年）。乳脂不仅是能量密度的贡献者，还是与蛋白质网络相互作用的结构相，从而增强凝胶的硬度并调节香气的释放和分布（Yilmaz-Ersan，2013年；Panchal等人，2021年）。因此，降低脂肪含量可能会削弱蛋白质基质的机械强度，增加析水倾向，并降低奶油的口感（Meunier-Goddik，2012年；Narvhus等人，2019年）。因此，开发低脂发酵奶油系统不仅需要减少脂肪含量，还需要技术策略来补偿其结构和功能贡献。在这方面，基于蛋白质和肽的功能性成分作为清洁标签兼容的工具，越来越受到关注，用于提高乳液稳定性和质地性能。其中，来自海产品加工行业的富含胶原蛋白的副产品是循环生物经济框架内一种有前景的可持续功能性生物分子来源。通过控制酶解鱼皮、骨头、鳞片和鱼鳔制备的水解鱼胶原蛋白含有低分子量肽片段，具有高溶解度和显著的持水能力，有助于乳基系统的血清相结构化、蛋白质基质强化以及界面和流变特性的调节（Gómez-Guillén等人，2011年；Liu等人，2015年；Espinales等人，2023年；Rajabimashhadi等人，2023年）。据认为，由于富含甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸，水解鱼胶原蛋白可以通过与牛奶蛋白质的相互作用调节凝胶微观结构，从而增强乳液系统的稳定性（Espinales等人，2023年；Al Hajj等人，2024年；Soutelino等人，2024年）。水解鱼胶原蛋白在低脂发酵奶油中的界面稳定化和微观结构组织中的作用尚未得到系统研究。此外，已有报道表明，仅基于蛋白质的替代品并不总能提供足够的机械和流变性能。这一局限性表明需要多组分稳定策略，在界面形成物理屏障。研究表明，乳酸菌可以通过在油水界面吸附、细胞表面疏水性、ζ电位、胞外多糖产生和聚集能力来提供微生物辅助稳定（Jiang等人，2019年；Nejadmansouri等人，2023年）。尽管水解鱼胶原蛋白和乳酸菌在发酵乳制品中的功能效应已分别进行了广泛研究，但这两种成分在富含脂质的基质中对界面组织和代谢活性的综合效应尚未充分阐明。因此，假设水解鱼胶原蛋白对持水能力、蛋白质聚集行为和界面结构的调节作用可能通过与乳酸菌的胞外多糖产生、酸化动力学和香气代谢的相互作用，对发酵奶油系统的微观结构、胶体稳定性和感官特性产生协同效应（Ni & Raikos，2019年；Al Hajj等人，2024年）。已有报道指出，异型发酵乳酸菌菌群以菌株特异性的方式调节有机酸谱和挥发性芳香化合物的生物合成，从而直接影响产品的物理化学结构和感官特性（Nejadmansouri等人，2023年）。然而，同时研究基于蛋白质的界面稳定化和代谢调节机制在同一发酵乳制品基质中的研究非常有限。因此，在半脂发酵奶油系统中，从“基于蛋白质的界面稳定”方法的角度评估水解鱼胶原蛋白和乳酸菌之间的潜在协同作用成为一个重要的研究领域，对于开发可持续配方策略、清洁标签产品设计和优化新一代功能性发酵乳制品具有重要意义。本研究采用综合方法，研究了将水解鱼胶原蛋白与两种不同乳酸菌组合（L. bulgaricus、S. thermophilus、L. brevis和L. tolerans）结合在18%脂肪牛奶奶油发酵系统中的技术、生化和感官性能。在15天的储存期间，使用多变量分析方法评估了微生物种群动态、pH值、可滴定酸度、有机酸和挥发性化合物谱、颜色、质地参数和感官接受度。该研究表明了基于蛋白质的界面结构化策略在低脂发酵乳制品中的潜力，重点在于可持续副产品的利用和清洁标签配方。

**材料**
商业酸奶菌种（Streptococcus thermophilus + Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus）由法国Danisco公司提供。地区特异性的发酵剂Lactobacillus paracasei subsp. tolerans和Levilactobacillus brevis分别从Ezine和Mihalic奶酪中分离获得。使用当地乳品公司生产的UHT 18%脂肪奶油作为实验材料。该奶油含有811 kJ（194 kcal）的能量。

**样品的微生物特性**
当比较发酵奶油样品的微生物分析结果时，发现胶原蛋白的添加对总LAB和S. thermophilus的数量没有统计学上的显著负面影响（p>0.05），所有组的活性保持在7.74–7.88 log cfu/g（表1）。储存第15天时总LAB数量达到8.10 log cfu/g（p<0.01），表明含胶原蛋白的系统中微生物稳定性可持续。这些发现表明……

**结论**
本研究证明，水解鱼胶原蛋白和不同乳酸菌组合在半脂（18%）发酵奶油系统中多维度地重塑了质量参数。胶原蛋白的添加并未对微生物活性产生负面影响，反而通过缓冲能力和基质密度调节了酸化动力学，并促进了有机酸谱中乳酸的生成。挥发性化合物的变化表明……

**作者贡献声明**
Melike Ciniviz：方法学、调查、数据分析。
Raziye Asli Keser：方法学、调查、数据分析、数据管理。
Tulay Ozcan：初稿撰写、验证、方法学、调查、概念化。
Gokce Keser：初稿撰写、验证、方法学、调查、数据分析。
LUTFIYE YILMAZ ERSAN：审稿与编辑、初稿撰写、监督、项目管理、方法学、资金获取。

**参考文献**
Ahmad等人，2024年；Aiello等人，2023年；AOAC International，2019年；Ayati等人，2022年；粮农组织，2018年；粮农组织，2022年；Ginzburg等人，2025年；Sarkar等人，2019年；Soutelino等人，2025年；世界卫生组织，2023年；Yilmazer和Secilmis，2006年；Zhang等人，2025年；Znamirowska等人，2020年。

**利益冲突声明**
作者声明没有利益冲突。

**数据可用性**
本研究分析的数据集可向相应作者索取。

**AI披露**
在准备本手稿过程中，作者使用了ChatGPT、Transleyt、Grammarly和DeepL来改进写作风格、确保文本一致性并识别语法和排版错误。使用这些工具生成或修改的所有内容随后由作者进行了审查和编辑，作者对最终版本负全责。

**致谢**
本研究在布尔萨乌卢达大学科学研究协调单位的支持下，依据项目编号FOA-2022-1076进行。作者感谢布尔萨乌卢达大学科学研究项目单位为本研究提供的财务支持。作者还感谢Nutradient & Biodient公司的创始人Esra Ozcomlekci对研究的宝贵贡献。