攪打稀奶油品質(zhì)及其影響因素的研究進(jìn)展

李 揚，李 妍，李 棟，王詩然，張列兵,*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京 100083；2.北京工商大學(xué)食品與健康學(xué)院，北京 100048；3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083）

奶油是一種重要的食品工業(yè)原料，可作為呈味物質(zhì)廣泛應(yīng)用于烘焙及茶飲等領(lǐng)域。伴隨國內(nèi)烘焙及茶飲行業(yè)的快速發(fā)展，奶油消費市場迅速壯大，但目前我國奶油產(chǎn)品仍很大程度上依賴于進(jìn)口，據(jù)統(tǒng)計，2019年我國奶油進(jìn)口量為8.6萬 t，出口量僅為0.24萬 t，相差30多倍。現(xiàn)階段國內(nèi)市場上植脂奶油產(chǎn)品仍占主導(dǎo)，這與消費者對天然食品的追求相悖。與植脂奶油相比，乳脂奶油具有自然濃郁的香氣，更符合消費者的需求。雖然國內(nèi)乳脂奶油行業(yè)的起步較晚，但市場的成長速度非常迅猛。從2010年開始，乳脂奶油產(chǎn)品的市場年增長率達(dá)到30%以上，截至2016年底，乳脂奶油在國內(nèi)的市場份額達(dá)到40%。

攪打稀奶油是國內(nèi)消費者最為熟悉的一類奶油產(chǎn)品，其乳脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30%～40%之間。攪打稀奶油具有兩個相矛盾的特性，即穩(wěn)定性和攪打特性。一方面，攪打稀奶油是一種水包油乳液，熱力學(xué)上不穩(wěn)定，常需加入乳化劑、蛋白和膠體等改善其穩(wěn)定性，以延長其貨架期；另一方面，攪打稀奶油應(yīng)用時需在剪切作用下迅速發(fā)生失穩(wěn)，由水包油的乳液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽Y(jié)構(gòu)，以用于裝飾蛋糕、咖啡及奶茶等食品或作為夾心餡料賦予烘焙食品濃郁的風(fēng)味。研究發(fā)現(xiàn)，乳液穩(wěn)定性越好，攪打時越難以發(fā)生部分聚結(jié)等失穩(wěn)作用，繼而難以形成穩(wěn)定的泡沫結(jié)構(gòu)。國外已有成熟的攪打稀奶油制備工藝和加工技術(shù)，且產(chǎn)品品牌眾多，如新西蘭的安佳、法國的總統(tǒng)和鐵塔等。我國攪打稀奶油的研究起步較晚，且主要集中在植脂稀奶油方面，關(guān)于乳脂稀奶油的研究較為缺乏。此外，乳脂稀奶油的品質(zhì)對乳源較為敏感，原料乳隨季節(jié)的波動易導(dǎo)致稀奶油品質(zhì)變化，且乳脂稀奶油熔點較低，產(chǎn)品的可塑性低于植脂稀奶油，因而此類產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)需要更多的理論和技術(shù)支撐。巨大的市場空間和攪打稀奶油品質(zhì)的特殊性使其成為乳品工業(yè)研究的熱點和難點之一，如何提升攪打稀奶油的品質(zhì)是乳品從業(yè)者亟待解決的問題。本文以攪打稀奶油的穩(wěn)定性和攪打特性為出發(fā)點，探究影響其品質(zhì)的因素及機(jī)制，以期為攪打稀奶油的工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。

1 稀奶油乳液的失穩(wěn)作用

攪打稀奶油體系熱力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易發(fā)生乳析、聚集（絮凝）、聚結(jié)、部分聚結(jié)及奧氏熟化等失穩(wěn)作用（圖1），從而減小體系的吉布斯自由能，如時間足夠長，體系的油相和水相會趨于完全分離。研究表明，不同的失穩(wěn)作用間存在交互作用，如聚集、聚結(jié)或奧氏熟化引起的脂肪球粒徑增大會增加乳析的可能性，而乳析發(fā)生后，上層油相中脂肪球發(fā)生聚集、聚結(jié)和部分聚結(jié)的概率也相應(yīng)增加，因此稀奶油體系呈現(xiàn)的不穩(wěn)定性現(xiàn)象不一定是由最初的失穩(wěn)作用引起的。分析引起稀奶油失穩(wěn)的主要原因至關(guān)重要，可根據(jù)失穩(wěn)原因有針對性地提高稀奶油的穩(wěn)定性。

圖1 稀奶油乳液常見的失穩(wěn)機(jī)制示意圖[8]Fig. 1 Schematic representation of the common mechanisms for cream emulsion destabilization[8]

1.1 乳析

靜態(tài)條件下，乳析是稀奶油乳液最易發(fā)生的失穩(wěn)作用之一，其是由脂肪球和連續(xù)相的密度差引起的。乳析易導(dǎo)致油相析出，嚴(yán)重影響稀奶油產(chǎn)品的品質(zhì)。乳析速率對脂肪球粒徑極為敏感，對于油相密度在0.9 g/mL左右的乳液，脂肪球直徑超過1 μm時，就易發(fā)生乳析。由Stokes定律可知，乳析速率與脂肪球粒徑呈正相關(guān)，與體系黏度呈負(fù)相關(guān)。因此通過改變?nèi)榛瘎┗虻鞍椎臐舛燃胺N類從而調(diào)節(jié)脂肪球粒徑和體系黏度，可以降低乳析速率，改善穩(wěn)定性。Loi等報道，不飽和單,雙甘油酯的添加可減小脂肪球的粒徑，降低乳析速率，增加體系穩(wěn)定性，而飽和單,雙甘油酯減小粒徑的能力較弱，對穩(wěn)定性的影響不顯著。Zhou Xilong等研究發(fā)現(xiàn)，隨著乳清蛋白添加量的增加，脂肪球粒徑和體系黏度分別呈下降和增加趨勢，乳析速率下降，穩(wěn)定性相應(yīng)增加。也有研究報道，根據(jù)加速實驗中脂肪球粒徑和體系黏度的變化趨勢可建立預(yù)測乳液長期穩(wěn)定性的方法。需要注意的是，乳液常具有一定的黏彈性，表明體系的脂肪球間存在交互作用，脂肪球的運動會受到相鄰脂肪球的影響，因而體系的乳析速率除與粒徑和黏度有關(guān)外，還與體系黏彈性有關(guān)。高曉星發(fā)現(xiàn)卡拉膠可增加乳液體系的彈性，增強(qiáng)脂肪球間的交互作用，降低稀奶油的乳析速率。

1.2 聚集（絮凝）、聚結(jié)和部分聚結(jié)

聚集（絮凝）、聚結(jié)和部分聚結(jié)是3 種由脂肪球碰撞導(dǎo)致的失穩(wěn)作用。其中，聚集（絮凝）也是稀奶油貯藏過程中常見的失穩(wěn)作用，是指兩個或多個脂肪球黏附在一起形成較大的脂肪球簇，其中每個脂肪球仍保持原有結(jié)構(gòu)，界面膜未破裂的現(xiàn)象。當(dāng)脂肪球間的黏附不可逆時用聚集表示，黏附可逆時用絮凝表示。通常在實際應(yīng)用中，二者可互相替代。金燕等研究發(fā)現(xiàn)，乳化劑的親水親油平衡（hydrophilic lipophilic balance，HLB）值在3.8～10.0時，HLB值的變化對脂肪球的聚集無顯著影響，HLB值進(jìn)一步增加時，脂肪球聚集程度增加，穩(wěn)定性下降。聚結(jié)（完全聚結(jié)）是乳液制備過程中最主要的失穩(wěn)作用。兩個脂肪球接觸時，脂肪球間形成液橋，油相通過液橋融合，乳化劑在脂肪球界面重新組裝，形成一個新的脂肪球。一般情況下，聚結(jié)常發(fā)生在聚集或濃縮的乳液中以及有外力作用的情況下。部分聚結(jié)與聚結(jié)相似，但因為脂肪球內(nèi)結(jié)晶脂肪的存在，脂肪球無法完全融合，此時兩個脂肪球形成一個新的不規(guī)則的脂肪球。部分聚結(jié)會導(dǎo)致稀奶油乳液穩(wěn)定性下降，但其對攪打特性至關(guān)重要，是決定稀奶油能否形成穩(wěn)定泡沫結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。

脂肪球發(fā)生聚集、聚結(jié)和部分聚結(jié)的概率與脂肪球間的碰撞頻率和碰撞效率有關(guān)。碰撞頻率為單位時間、單位體積內(nèi)脂肪球的碰撞次數(shù)，與體系內(nèi)脂肪球的布朗運動、外加應(yīng)力或重力有關(guān)。脂肪球粒徑較小時，靜態(tài)貯藏過程中引起脂肪球碰撞的主要作用力為布朗運動。脂肪球粒徑較大且分布范圍較寬時，若脂肪球和連續(xù)相密度差較大，則引起脂肪球碰撞的主要驅(qū)動力為重力。羅潔對比了粒徑為1.907 μm的小脂肪球和粒徑為4.277 μm的大脂肪球發(fā)生碰撞失穩(wěn)的概率，結(jié)果表明小脂肪球發(fā)生此類失穩(wěn)作用的可能性較低，可能是因為小脂肪球的移動速率較慢，碰撞頻率較低。碰撞效率即引起聚集、聚結(jié)和部分聚結(jié)的碰撞次數(shù)占總碰撞次數(shù)的百分比，其與脂肪球界面膜性質(zhì)有關(guān)。Hinderink等報道，蛋白質(zhì)量濃度為0.1～1.0 g/L時，氧化24 h大豆蛋白所制備乳液的聚結(jié)程度較低，而未氧化或僅氧化3 h大豆蛋白所制備乳液的聚結(jié)程度較高，進(jìn)一步分析認(rèn)為長時間氧化蛋白形成的界面膜較為均勻，碰撞過程破裂的概率較低。此外，對于攪打稀奶油而言，脂肪球的碰撞效率還與脂肪的結(jié)晶特性有關(guān)，結(jié)晶特性的改變也會引起部分聚結(jié)程度的變化。

1.3 奧氏熟化

奧氏熟化是指較小脂肪球的體積不斷減小直至消失，較大脂肪球的體積不斷增加的過程。水包油乳液中脂質(zhì)的溶解度隨著脂肪球粒徑的下降而增加，因此小粒徑脂肪球中脂質(zhì)的濃度大于大粒徑脂肪球，這種濃度梯度會促進(jìn)小分子由較小的脂肪球向較大的脂肪球擴(kuò)散，從而導(dǎo)致大粒徑脂肪球體積進(jìn)一步增加，小粒徑脂肪球體積進(jìn)一步減小。一般來說，當(dāng)油相為水溶性脂質(zhì)（如香精、精油）時，乳液的奧氏熟化現(xiàn)象較為明顯。甘油三酯在水相中的溶解度極低，因而以甘油三酯為油相的乳液貯藏過程發(fā)生此失穩(wěn)作用的概率較低。

2 影響稀奶油乳液穩(wěn)定性的因素

2.1 界面特性

2.1.1 界面張力

油-水界面特性質(zhì)對乳液的穩(wěn)定性有重要的影響。可通過界面張力反映乳液的粒徑，界面張力越小，乳液的粒徑也越小，理論上乳析速率越低。界面張力隨時間的動態(tài)變化可反映乳化劑分子的吸附過程，為界面膜結(jié)構(gòu)的分析提供一定的信息，還可一定程度上反映脂肪球發(fā)生聚結(jié)和聚集的概率。測定界面張力的方法包括力學(xué)法（如Wilhelmy吊板法）和光學(xué)法（如懸滴法）。其中Wilhelmy吊板法（圖2A）是將與微量天平相連的Wilhelmy吊板直接放置于油-水界面處，利用微量天平記錄界面張力的變化。圖2B為懸滴法原理示意圖，其通過周期性地采集液滴外形圖像，根據(jù)Young-Laplace方程計算界面張力。O’Sullivan等利用Wilhelmy吊板法分析超聲波處理對酪蛋白酸鈉、乳清蛋白分離物（whey protein isolation，WPI）、牛奶蛋白分離物（milk protein isolation，MPI）制備乳液穩(wěn)定性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，超聲波處理可增加MPI乳液的穩(wěn)定性。Amine等利用懸滴法分析兩種植物蛋白（豌豆蛋白、土豆蛋白）與乳蛋白（酪蛋白酸鈉）界面特性隨蛋白濃度和pH值的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，界面張力隨蛋白濃度的增加呈現(xiàn)先增加后保持不變的趨勢，與乳液粒徑的變化趨勢一致，證實界面張力與乳液粒徑及穩(wěn)定性間存在明顯的相關(guān)性。其他研究也報道過相似的結(jié)果。

圖2 兩種常見的界面張力測定方法的原理示意圖[28]Fig. 2 Schematic diagrams for the principles of two common analytical approaches used for the determination of interfacial tension[28]

2.1.2 界面流變

界面流變可反映界面膜的黏彈性，與界面張力相比，界面流變對界面上蛋白構(gòu)象的變化更為敏感。界面流變的測定方法包括界面剪切流變和界面擴(kuò)張流變。其中，界面剪切流變采用剪切流變儀測定，此法對界面上生物大分子間的側(cè)向相互作用敏感，可反映乳液的長期穩(wěn)定性。界面擴(kuò)張流變利用接觸角測量儀搭配振蕩模塊進(jìn)行測定，對蛋白或乳化劑的吸附和脫附動力學(xué)更為敏感，可反映乳化過程中脂肪球的穩(wěn)定性。Maldonado-Valderrama等報道-酪蛋白形成的油-水界面膜黏彈性與乳液穩(wěn)定性有一定關(guān)聯(lián)，其研究發(fā)現(xiàn)，隨著油相含量的增加，脂肪球粒徑增加，乳液的乳析穩(wěn)定性也有所增加，這與Stokes定律相悖。該學(xué)者推測可能是因為此時界面膜彈性增加使脂肪球聚結(jié)率下降，因而乳析穩(wěn)定性有所增加。Dickinson等研究發(fā)現(xiàn)，-乳球蛋白熱變性后所形成界面膜的黏彈性增加，乳液的聚結(jié)率下降，表明界面膜彈性與乳液的聚結(jié)穩(wěn)定性呈正相關(guān)。而Amine等報道乳液的穩(wěn)定性與界面彈性間的相關(guān)性并不明確。Bos等的研究也表明，較高的界面膜彈性并不是保證乳液穩(wěn)定的唯一條件，界面膜還應(yīng)具有一定的黏性（流動性）。Zhou Xilong等研究發(fā)現(xiàn)，天然乳清蛋白（WPI）所形成的界面膜的彈性低于熱變性的乳清蛋白，但WPI乳液的聚結(jié)率較低。該學(xué)者認(rèn)為在高速剪切力的作用下，WPI形成的界面膜發(fā)生軟化并具有一定的黏度，可能像小分子乳化劑一樣通過馬蘭戈尼機(jī)制穩(wěn)定乳液，即界面上的WPI分子可迅速遷移至新形成的油-水界面上防止脂肪球膜破裂。

除界面張力和界面流變外，界面膜厚度會決定脂肪球間空間位阻及界面膜破裂所需的吉布斯自由能，因而也對脂肪球的聚集和聚結(jié)有較大的影響。有研究發(fā)現(xiàn)，可通過增加界面膜厚度抑制由疏水作用及范德華力引起的脂肪球聚集和聚結(jié)。Tcholakova等報道，脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的乳液中，-乳球蛋白濃度高于其剛好完全覆蓋油-水界面的濃度時，脂肪球表面可形成多層界面膜結(jié)構(gòu)，從而增加脂肪球間的空間位阻，降低聚結(jié)程度。雖然乳液的界面特性對乳液的穩(wěn)定性有較大影響，但關(guān)于二者的相關(guān)性，尤其是在食品乳液中相關(guān)性的研究仍不充分，二者的相關(guān)性尚不明確。

2.2 脂肪球間的交互作用

稀奶油乳液中脂肪球發(fā)生聚集、聚結(jié)和部分聚結(jié)的概率與脂肪球間相互作用力有關(guān)。以相互作用勢能（（））表征兩個相鄰脂肪球間的相互作用力，即兩個脂肪球由無限遠(yuǎn)移動到表面距離為時所需要消耗的自由能。在沒有外力的作用下，相互作用勢能是范德華作用力、空間位阻、排斥絮凝、疏水作用、靜電作用等多種作用力的綜合結(jié)果。（）與脂肪球間距的關(guān)系如圖3所示，脂肪球間主要吸引力為范德華力；主要排斥力包括長程斥力（靜電斥力）和短程斥力（空間位阻）。當(dāng)兩個脂肪球間距足夠遠(yuǎn)時，二者間無明顯的作用力，此時乳液穩(wěn)定性良好。脂肪球間距減小，二者間的作用力主要為范德華力。在第二最小值（2°Min）處，若相互作用勢能大于熱能，則兩個脂肪球發(fā)生聚集；反之則不發(fā)生聚集。脂肪球間距進(jìn)一步減小，相互作用力以靜電斥力為主。當(dāng)能量障（）被克服時，兩個脂肪球才可近一步靠近，相互作用力轉(zhuǎn)化為以范德華力為主。在第一最小值（1°Min）處，若相互作用勢能（|（）|）＞20 kT，則可阻止兩個脂肪球的進(jìn)一步靠近；反之脂肪球會發(fā)生嚴(yán)重聚集現(xiàn)象，此時兩個脂肪球界面膜有重疊部分。此后脂肪球間的相互作用力主要為空間位阻，較大的空間位阻可阻止脂肪球進(jìn)一步靠近，避免聚結(jié)的發(fā)生，而空間位阻較小時聚集的脂肪球會發(fā)生聚結(jié)。

圖3 脂肪球相互作用勢能與間距的相互關(guān)系示意圖[19]Fig. 3 Schematic representation of the relationship of the interaction potential and the distance between two emulsion droplets[19]

可以看出，阻止相鄰脂肪球靠近的主要作用力為靜電斥力及界面膜的空間位阻。這兩種作用力對乳液穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)與界面蛋白或其他生物大分子的性質(zhì)密切相關(guān)。分子質(zhì)量較小的蛋白（如-乳球蛋白）所形成的油-水界面膜的厚度較小，因而靜電斥力對乳液穩(wěn)定性的影響占主導(dǎo)；而對于酪蛋白酸鈉或大豆蛋白等分子質(zhì)量較大的蛋白，靜電斥力和空間位阻對乳液的穩(wěn)定性都有重要的影響。研究還發(fā)現(xiàn)，對于蛋白穩(wěn)定的乳液，離子強(qiáng)度增加可屏蔽脂肪球間的靜電斥力，引起脂肪球聚集，且高價態(tài)離子對脂肪球聚集程度的影響更顯著。例如，引起脂肪球聚集的KCl和CaCl的臨界濃度分別為250～300 mmol/L和3～4 mmol/L。此外，需要注意的是，球蛋白穩(wěn)定的乳液中，因為加熱造成疏水基團(tuán)或巰基暴露，可引起不同脂肪球界面蛋白間的交聯(lián)或連續(xù)相蛋白與界面蛋白間的交聯(lián)，導(dǎo)致常見的熱誘導(dǎo)絮凝現(xiàn)象。Cheng Jinju等報道，在巴氏殺菌過程中，大豆分離蛋白的添加可顯著增加脂肪球的聚集程度。

3 稀奶油的攪打特性

攪打特性是攪打稀奶油的另一個重要品質(zhì)，在外源剪切力的作用下，脂肪球迅速失穩(wěn)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包裹氣泡。評價攪打特性的指標(biāo)包括起泡率、硬度和乳清泄漏率，其中起泡率表征體系包裹氣泡的能力，一般起泡率在100%～300%，硬度和乳清泄漏率表征泡沫的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，攪打過程分為3 個階段：1）“蛋白泡沫階段”，即引入體系的氣泡由液相蛋白包裹的快速充氣階段，此時少量剪切誘導(dǎo)的部分聚結(jié)脂肪球也可能會吸附到氣泡表面。2）“中間階段”，體系中氣體總量（起泡率）增加幅度降低，氣泡處于形成-破裂-聚結(jié)的動態(tài)變化中。此階段不斷增加的氣泡表面積為脂肪球的吸附提供了必要的界面環(huán)境。吸附于氣泡表面的脂肪球釋放液體脂肪，隨之液體脂肪在氣泡表面鋪展，誘導(dǎo)相鄰脂肪球部分聚結(jié)（即界面誘導(dǎo)部分聚結(jié)）。3）“網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成階段”，部分聚結(jié)的脂肪球形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定氣泡，并賦予泡沫一定的硬度?？梢钥闯觯厩虻牟糠志劢Y(jié)對泡沫結(jié)構(gòu)的形成及穩(wěn)定至關(guān)重要。調(diào)節(jié)攪打稀奶油體系組成及工藝參數(shù)可通過影響結(jié)晶特性和界面特性進(jìn)而影響部分聚結(jié)程度，從而使攪打特性改變。

近年來有研究發(fā)現(xiàn)，攪打后稀奶油的泡沫也可由聚集的微?；蛑厩蚍€(wěn)定。Cao Zhenyu等研究發(fā)現(xiàn)，玉米蛋白顆粒及脂肪球共同形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可穩(wěn)定攪打稀奶油的泡沫。也有研究提出酪蛋白聚集體也可穩(wěn)定泡沫，因此推測可引起酪蛋白聚集的因素（如Ca、pH值或-葡萄糖內(nèi)酯）均可用于調(diào)節(jié)稀奶油泡沫的穩(wěn)定性。但微?；蚶业鞍拙奂w形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與部分聚結(jié)脂肪球形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有明顯的不同，此方面的研究尚未推廣至攪打稀奶油的工業(yè)化生產(chǎn)中。

4 影響稀奶油攪打特性的因素

4.1 脂肪結(jié)晶特性

4.1.1 脂肪結(jié)晶形成

適量的結(jié)晶脂肪是攪打過程中脂肪球發(fā)生部分聚結(jié)形成穩(wěn)定泡沫結(jié)構(gòu)的前提條件，其形成方式包括均相成核、異相成核和二次成核。均相成核是指當(dāng)體系中無雜質(zhì)催化時，通過冷卻導(dǎo)致相過飽和并克服自由能勢壘從而形成穩(wěn)定的結(jié)晶核，這種成核方式在天然乳脂中較少見。天然乳脂在達(dá)到均相成核所需過冷度前，體系中存在的雜質(zhì)或較小的甘油三酯可作為成核位點從而誘導(dǎo)異相成核，這種方式主要發(fā)生在油-水界面上。二次成核是以生長中的晶體由于碰撞或剪切形成的碎片充當(dāng)結(jié)晶核，這種成核方式可促進(jìn)較小結(jié)晶體的形成。當(dāng)乳液脂肪含量相同時，脂肪球粒徑越小，數(shù)量越多，其異相成核的概率越低，界面結(jié)晶的含量越低，攪打過程中發(fā)生部分聚結(jié)的概率也有所降低。也有研究表明，快速降溫有利于結(jié)晶成核而不是結(jié)晶生長，因而可形成較多的小晶體，這有利于稀奶油的貯藏，但對其攪打特性有不利影響。

4.1.2 脂肪結(jié)晶在體系中的分布

脂肪晶體在稀奶油體系中的分布與其黏附張力有關(guān)，可用結(jié)晶的潤濕性表征，通過測定結(jié)晶與油相及液體表面間的接觸角確定。通過式（1）計算黏附張力。

式中：、、分別為油-水、油-結(jié)晶、結(jié)晶-水的界面張力；為接觸角。

黏附張力與油-水界面張力關(guān)系如圖4所示，其中油相為無水乳脂，乳化劑為十二烷基硫酸鈉。為0°時，脂肪結(jié)晶完全不被油相潤濕；0°＜＜90°時，脂肪結(jié)晶沒有被油相潤濕的傾向，優(yōu)先被水相潤濕，位于油-水界面外側(cè)，此時相鄰脂肪球間可能發(fā)生橋連絮凝，而并不形成部分聚結(jié)；90°＜＜180°時，脂肪結(jié)晶有被油相潤濕的傾向，根據(jù)界面的彎曲程度和結(jié)晶尺寸，晶體的邊緣可能較界面凸出幾十納米，此時相鄰脂肪球碰撞則可發(fā)生部分聚結(jié)；為180°時，結(jié)晶脂肪完全被油相潤濕。研究報道，稀奶油乳液中脂肪結(jié)晶的在120°～160°之間。脂肪結(jié)晶的黏附張力也與結(jié)晶速率有關(guān)，因而通過調(diào)整冷卻速率或復(fù)配不同熔點油相調(diào)整結(jié)晶速率可改變脂肪結(jié)晶的黏附張力，從而改變攪打特性。Ergun研究發(fā)現(xiàn)降溫速率為5 ℃/min或10 ℃/min時，脂肪結(jié)晶可被油相完全潤濕；結(jié)晶速率為3 ℃/min或1 ℃/min時，脂肪結(jié)晶被油相和水相兩相潤濕；結(jié)晶速率為0.1 ℃/min時，結(jié)晶主要被水相潤濕。

圖4 黏附張力與界面張力間的相關(guān)性[62]Fig. 4 Relationship between adhesion tension and interfacial tension[62]

4.1.3 脂肪結(jié)晶形態(tài)

脂肪結(jié)晶的晶形對脂肪球部分聚結(jié)效率的影響較為顯著。脂肪球中可能存在O、N（N1、N2）、L、M、K型5 種結(jié)晶類型（圖5）。其中，O型中無脂肪結(jié)晶或脂肪結(jié)晶較小無法觀察。N型為細(xì)長的“針狀”結(jié)晶形成的層狀結(jié)晶聚集體，其均勻地分布于脂肪球界面內(nèi)側(cè)。N型結(jié)晶對部分聚結(jié)效率的影響與高出界面脂肪結(jié)晶的數(shù)量有關(guān)；N1型中僅有一個脂肪結(jié)晶高出界面，部分聚結(jié)概率為1×10，而N2型中部分聚結(jié)概率因為結(jié)晶數(shù)量的增加而增加，在1×10～1之間。L型為“片狀”結(jié)晶，脂肪球的部分聚結(jié)效率與結(jié)晶的潤濕性有關(guān)。當(dāng)＞90°時，脂肪結(jié)晶優(yōu)先被油相浸潤，但晶體邊緣可能會位于界面外側(cè)，較界面膜突出幾十納米，此時碰撞效率為1×10；＜90°時，結(jié)晶優(yōu)先被水相浸潤，位于油-水界面外側(cè)，此時結(jié)晶可誘導(dǎo)脂肪球間橋聯(lián)絮凝的發(fā)生，但引起部分聚結(jié)的概率較低。M型為L型和N型的綜合體。當(dāng)體系中存在水溶性乳化劑時，脂肪球內(nèi)常形成K型結(jié)晶，此時碰撞后引起部分聚結(jié)的概率為1。

圖5 不同結(jié)晶類型脂肪球的示意圖[23]Fig. 5 Schematic representation of semi-crystalline globules with different types of crystal clusters[23]

脂肪球內(nèi)結(jié)晶類型與脂肪種類、乳化劑類型、結(jié)晶歷史及結(jié)晶溫度有關(guān)。Moens等發(fā)現(xiàn)相同條件下，無水乳脂形成密集的針狀晶體網(wǎng)絡(luò)，而棕櫚油和棕櫚仁油形成較大的結(jié)晶簇。Davies等的研究表明，不同飽和度的單甘酯對質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%花生油乳液結(jié)晶特性的影響不同。添加單油酸甘油酯后體系可形成少量的針狀結(jié)晶，單硬脂酸甘油酯和單棕櫚酸甘油酯的添加誘導(dǎo)體系形成較大的結(jié)晶，這些脂肪結(jié)晶雖位于油-水界面，但無明顯的針狀結(jié)晶，剪切后無法形成部分聚結(jié)。Liu Chunhuan等研究發(fā)現(xiàn)，貯藏溫度（4、20 ℃）對晶形及結(jié)晶片狀結(jié)構(gòu)的影響較小，但對結(jié)晶動力學(xué)的影響較大，4 ℃和20 ℃時，脂肪結(jié)晶分別呈現(xiàn)出N型和L型結(jié)晶簇。目前尚無能清晰觀測微米級脂肪球內(nèi)結(jié)晶形態(tài)的成像技術(shù)，一般研究中主要通過結(jié)晶動力學(xué)擬合或同步輻射X射線技術(shù)推測脂肪球內(nèi)部的結(jié)晶形態(tài)。

4.1.4 固體（結(jié)晶）脂肪含量

固體脂肪可阻止脂肪球完全聚結(jié)形成新的脂肪球，液體脂肪可降低界面膜空間位阻或降低脂肪球間斥力從而促進(jìn)脂肪球間的黏附，因此僅當(dāng)稀奶油體系的固體脂肪含量在一定范圍內(nèi)時脂肪球才可發(fā)生部分聚結(jié)。Pawar等發(fā)現(xiàn)固體脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)（）為15%時，脂肪球剛性較小，與相鄰脂肪球接觸過程中在拉普拉斯壓力的作用下易完全聚結(jié)形成新的脂肪球。固體脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～45%時，脂肪球剛性的增加可部分抵消拉普拉斯壓力誘導(dǎo)的形變，脂肪球發(fā)生部分聚結(jié)，在此范圍內(nèi)，脂肪球形變程度隨固體脂肪含量的增加而下降。固體脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時，脂肪球的剛性可完全抑制形變，因而不會發(fā)生部分聚結(jié)（圖6）。

圖6 固體脂肪含量對脂肪球部分聚結(jié)程度的影響[19]Fig. 6 Effect of solid fat content on the partial coalescence degree of two fat droplets[19]

4.2 界面特性

界面特性是影響攪打特性的另一關(guān)鍵因素，因為界面特性決定了脂肪球發(fā)生聚集和部分聚結(jié)的概率。在2.1.2節(jié)中已探討過體系無脂肪結(jié)晶時脂肪球界面特性與乳液穩(wěn)定性間的相關(guān)性，本節(jié)不再贅述。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)，低溫條件下界面特性還可通過影響界面結(jié)晶特性進(jìn)而對稀奶油的攪打特性產(chǎn)生影響，界面特性對結(jié)晶特性的影響主要與小分子乳化劑種類及其與蛋白的競爭吸附有關(guān)。小分子乳化劑可通過疏水作用誘導(dǎo)界面異相成核，使脂肪晶體平行于油-水界面，改變界面形態(tài)。Goibier等研究發(fā)現(xiàn)單甘酯可在油-水界面結(jié)晶，卻并未增加體系的部分聚結(jié)程度。Kim等發(fā)現(xiàn)單甘酯在油-水界面的結(jié)晶可增加稀奶油泡沫的硬度及起泡率，這可能與界面結(jié)晶會增加界面膜剛性及降低界面膜密度波動和排水速率有關(guān)。Davies等報道不飽和單甘酯可促進(jìn)油相在油-水界面結(jié)晶，增加脂肪球的部分聚結(jié)概率。Munk等報道單不飽和單甘酯可引起脂肪球聚集，增加脂肪球部分聚結(jié)概率。也有研究表明，界面特性與固體脂肪含量的交互作用也會對攪打特性產(chǎn)生影響。Fuller等報道油-水界面以酪蛋白吸附為主時，固體脂肪含量增加會降低部分聚結(jié)速率；界面以吐溫-20吸附為主時，固體脂肪含量的增加可提高部分聚結(jié)的速率?？傊?，脂肪球的界面膜既需對貯藏過程中的應(yīng)力具有穩(wěn)定性，攪打時又可與氣泡表面及脂肪結(jié)晶發(fā)生相互作用，如此攪打稀奶油才能具有良好的品質(zhì)。

4.3 液相蛋白特性

攪打起始階段氣泡首先由液相蛋白包裹，因而液相蛋白特性對攪打特性也有一定的影響。有研究報道，液相蛋白濃度增加，起泡率也相應(yīng)增加。隨后脂肪球在氣泡表面吸附，氣泡表面蛋白膜的破裂為脂肪球在氣泡表面的黏附提供必要的界面條件。研究認(rèn)為，氣泡界面蛋白膜的破裂與液相蛋白特性有關(guān)。Hotrum等報道，與-酪蛋白相比，-乳球蛋白和大豆球蛋白所形成的氣泡界面膜剛性更大，更易破裂。另一方面，脂肪球在氣泡表面的黏附也與液體油相在氣泡表面的潤濕鋪展有關(guān)，可根據(jù)式（2）計算鋪展系數(shù)（spreading coefficient，），當(dāng)＞0時，液體油相可以在氣泡表面鋪展，此時脂肪球可黏附于氣泡表面。液相蛋白在氣泡表面的過量吸附可降低，抑制液體油相在氣泡表面鋪展，最終影響稀奶油泡沫的形成。

式中：、和分別為氣-水、油-水及油-氣界面張力。

此外，液相蛋白可影響連續(xù)相黏度。研究發(fā)現(xiàn)，液相蛋白濃度越高，連續(xù)相黏度越大，攪打稀奶油泡沫抵抗脫水收縮的能力也越強(qiáng)，因而泡沫穩(wěn)定性有所增加。

5 結(jié) 語

我國攪打稀奶油的消費量增加迅猛，如何在保障其貨架期內(nèi)品質(zhì)穩(wěn)定的同時最大限度地改善其攪打特性是當(dāng)前乳品行業(yè)迫切需要解決的問題之一。攪打稀奶油體系組成復(fù)雜，不同成分間常存在交互作用，且其品質(zhì)對乳源和加工工藝敏感，因此不同研究中的結(jié)論不盡相同，不能很好地指導(dǎo)攪打稀奶油的工業(yè)化生產(chǎn)。本文介紹了影響攪打稀奶油穩(wěn)定性和攪打特性的因素，從機(jī)制層面闡述這些因素如何影響攪打稀奶油的品質(zhì)，可為解決攪打稀奶油生產(chǎn)過程中遇到的實際問題提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。