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东北农业大学李晓东教授:牛乳酪乳与干酪乳清来源乳脂肪球膜蛋白粉末的比较脂质组学及微观结构表征

  • 2026-10-12 16:46:18
东北农业大学李晓东教授:牛乳酪乳与干酪乳清来源乳脂肪球膜蛋白粉末的比较脂质组学及微观结构表征

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东北农业大学李晓东教授:牛乳酪乳与干酪乳清来源乳脂肪球膜蛋白粉末的比较脂质组学及微观结构表征

学科团队:乳品营养组学及功能性乳制品开发团队

期刊名称:Food Research International

中科院分区:中科院一区

影响因子:8.8

研究背景

乳脂是牛乳中关键的必需营养素与能量来源,乳脂肪球膜(MFGM)作为包裹乳脂肪球的特殊三层膜结构,富含甘油磷脂、鞘磷脂等多种磷脂,不仅具备优异的乳化结构特性,还拥有降胆固醇、抗炎、抗病毒、神经保护、调节肠道健康与脂质代谢等多种生理功能,是乳制品中极具价值的功能性组分。酪乳和干酪乳清是乳品加工中富含MFGM碎片的优质副产物,依据加工方式可分为甜、酸两类酪乳与甜、酸两类干酪乳清,但其MFGM的组分与结构完整性极易受发酵、热处理、凝乳方式等加工条件影响,易出现磷脂组分重排、流失及膜结构破碎、聚集等问题,直接影响MFGM配料的品质与功能特性。当前学界多聚焦于不同生鲜乳的脂质组学分析,但针对不同原料来源(酪乳、干酪乳清)及不同预处理工艺制备的乳脂肪球膜蛋白粉(MFGMP),仍缺乏系统的脂质组与微观结构对比研究,原料与加工作用对MFGMP脂质代谢特征及微观结构的调控机制尚不明确。基于此,本研究结合非靶向脂质组学与微观结构表征技术,对甜酪乳、酸酪乳、甜干酪乳清、酸干酪乳清四种来源的MFGMP进行系统分析,明确不同样品的粒径微观结构、脂质含量与脂质组分差异,通过多元统计筛选特征脂质并解析相关脂质代谢通路,旨在为乳品副产物高值化利用及婴幼儿配方食品等功能性专用MFGM配料的精准开发提供科学依据。

研究内容

本研究利用非靶向脂质组学技术结合粒径测定、激光共聚焦扫描显微镜微观表征、³¹P 核磁共振磷脂定量、多元统计分析等手段,以甜/酸酪乳、甜/酸干酪乳清四类副产物制得的乳脂肪球膜蛋白粉为对象,探究原料来源与酸化加工方式对样品微观结构、总脂及磷脂含量、全谱脂质分子组成、脂质差异代谢通路的影响。

关键结论

1. 乳脂肪球膜蛋白粉(MFGMP)的脂质组成与微观结构,会随乳品副产物原料来源(酪乳、干酪乳清)及加工预处理方式(甜型体系、酸化体系)呈现显著差异;

2. 微观结构分析表明,酸化处理会造成颗粒大量聚集、膜结构破损,粉体粒径显著增大;

3. 脂质组学分析发现,酸化会降低磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰丝氨酸(PS)这类甘油磷脂的相对丰度,同时提升磷脂酰肌醇(PI)、PE (21:0_22:1) 等特定脂质的含量,鞘磷脂(SM)则整体保持稳定;

4. 通过多元统计分析可实现不同乳脂肪球膜蛋白粉的分类鉴别,并筛选出特征脂质标志物:甜酪乳源样品特征标志物为 PC (18:0_20:4),酸化处理样品的特征标志物为 IPC 46:0;O2、PE (21:0_22:1);

5. 脂质关联网络与代谢通路分析结果显示,鞘脂代谢通路、甘油磷脂代谢通路是受加工条件调控的核心脂质代谢途径。

6. 综合结果表明,酸化是在脂质分子组成、微观结构多尺度层面改变乳脂肪球膜蛋白粉完整性的关键因素。

图1. 四种乳脂肪球膜蛋白粉的粒径分布与微观结构图。A:甜酪乳源 MFGM 蛋白粉;B:酸酪乳源 MFGM 蛋白粉;C:甜干酪乳清源 MFGM 蛋白粉;D:酸干酪乳清源 MFGM 蛋白粉。激光共聚焦显微图像中,红色为尼罗红染色的中性脂质与磷脂,绿色为异硫氰酸荧光素(FITC)标记的蛋白(含乳脂肪球膜蛋白)

图2. 甜酪乳源、酸酪乳源、甜干酪乳清源、酸干酪乳清源乳脂肪球膜蛋白粉的总脂与磷脂含量。

图3. 四种乳脂肪球膜蛋白粉样品的脂质组成分析。A:五大脂质大类中鉴定出的脂质数量;B:各脂质亚类的脂质检出数量

图4.四种乳脂肪球膜蛋白粉样品中含量排名前十的脂质类别占比:A为甜酪乳源 MFGM蛋白粉,B为酸酪乳源MFGM蛋白粉,C为甜干酪乳清源MFGM蛋白粉,D为酸干酪乳清源MFGM蛋白粉

图5. 甜酪乳源、酸酪乳源、甜干酪乳清源、酸干酪乳清源乳脂肪球膜蛋白粉的磷脂组成。A:总磷脂含量;五种主要磷脂的信号强度:B 磷脂酰胆碱(PC)、C 磷脂酰乙醇胺(PE)、D 磷脂酰肌醇(PI)、E 磷脂酰丝氨酸(PS)、F 鞘磷脂(SM)

图6. 图 6 正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)与 200 次置换检验分析。A:四种乳脂肪球膜蛋白粉样品整体 OPLS-DA 分析;B:四种样品的 200 次置换检验;C:甜酪乳源与酸酪乳源 MFGM 蛋白粉 OPLS-DA 分析;D:甜酪乳源与酸酪乳源 MFGM 蛋白粉 200 次置换检验;E:甜干酪乳清与酸干酪乳清源 MFGM 蛋白粉 OPLS-DA 分析;F:甜干酪乳清与酸干酪乳清源 MFGM 蛋白粉 200 次置换检验;G:甜酪乳源与甜干酪乳清源 MFGM 蛋白粉 OPLS-DA 分析;H:甜酪乳源与甜干酪乳清源 MFGM 蛋白粉 200 次置换检验;I:酸酪乳源与酸干酪乳清源 MFGM 蛋白粉 OPLS-DA 分析;J:酸酪乳源与酸干酪乳清源 MFGM 蛋白粉 200 次置换检验;K:甜酪乳源与酸干酪乳清源 MFGM 蛋白粉 OPLS-DA 分析;L:甜酪乳源与酸干酪乳清源 MFGM 蛋白粉 200 次置换检验。

图7.不同乳脂肪球膜蛋白粉样品的差异脂质(SDLs)分析。A:各组对比间差异脂质韦恩图;B:基于变量投影重要度(VIP)得分排名前 50 种差异脂质的层次聚类热图;C、D、E、F、G 依次为甜酪乳源与酸酪乳源、甜干酪乳清源与酸干酪乳清源、甜酪乳源与甜干酪乳清源、酸酪乳源与酸干酪乳清源、甜酪乳源与酸干酪乳清源样品间差异脂质火山图。火山图(C–G)中,红点代表相对丰度显著升高的脂质,绿点代表相对丰度显著降低的脂质(筛选标准:VIP>1、p<0.0001、倍数变化 FC>2 或<0.5)

图8.差异脂质相关性网络图,图中连线代表不同脂质间存在显著相关关系

图9. 差异脂质代谢通路代谢组学图谱(A)及鞘脂代谢通路图(B)

展望

本研究筛选的特征脂质标志物及代谢通路规律,可为产品质量管控、加工工艺优化提供依据。后续研究需扩大工业化样品规模,采用靶向定量脂质组学对候选标志物进行验证,并深入探究相关脂质的生理功效与健康价值。

原文链接

https://doi.org/10.1016/i.foodres.2026.119903

李晓东,二级教授,博导,教育部食品工业职业教育教学指导委员会委员,黑龙江省教学名师,黑龙江省高层次人才,东北农业大学杰出学者JC2,美国佛蒙特大学访问学者。现任乳品科学教育部重点实验室副主任,黑龙江省高值化食品生物加工及功能性产品开发工程技术研究中心主任,乳品营养组学及功能性乳制开发品团队负责人。兼任中国畜产品加工研究会理事,中国食品科学技术学会乳酸菌分会理事,黑龙江省发酵工程学会副理事长,黑龙江省科顾委食品专家组专家,黑龙江省食品科学技术学会常务理事。《食品科学》、《乳品科学与技术》、《Food Science of Animal Products》杂志编委,《Foods》、《Frontiers in Nutrition》客座主编。主要从事乳品科学与技术,特别是婴配粉、干酪、乳基料及功能性乳制品等领域的科研和教学工作。主持、参加国家科技支撑、国家重点研发计划项目、国家教育部创新团队、教育部博士学科点基金、黑龙江省重点研发计划项目、黑龙江省重大专项、黑龙江省百千万工程重大专项等各类课题30余项。获黑龙江省科学技术奖3项,厅局级奖励6项,中国食品科学技术学会奖励1项。授权专利18项。主编出版教材、专著《乳品工艺学》、《新型干酪食品加工技术》12部,共发表学术论文300余篇,在 Food Hydrocolloids,Food Chemistry,Journal of Agricultural and Food Chemistry等发表SCI 60余篇。

往期回顾

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编辑:刘璐

责编:杜鹏 刘璐

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