《Food Hydrocolloids》：Whipping performance of partially crystalline emulsions stabilized by milk proteins: Effects of carrageenan blending with xanthan gum and/or guar gum
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部分结晶乳浊液（PCEs）的打发性能受角叉菜胶（CG）与黄原胶（XG）及/或瓜尔胶（GG）共混体系影响，研究显示CG单独使用打发时间短但泡沫稳定性差，而CG与XG及/或GG共混显著提高部分结晶率（57.28%-65.37%）和泡沫体积（159.80%-168.01%），其机制源于多糖间氢键及静电相互作用形成致密三维网络结构。
华旭|惠琳环|明翠黄|子薇高|龙飞刘|立敏崔|青哲金|兴国王|俊金
中国江南大学食品科学与技术学院食品科学与资源国家重点实验室，无锡，214122
摘要
部分结晶乳液（PCEs），如鲜奶油和冰淇淋，在其油水乳液状态下需要保持稳定，并通过搅打转化为三相（固-液-气）泡沫结构。本研究探讨了卡拉胶（CG）与黄原胶（XG）和/或瓜尔胶（GG）混合对PCEs搅打性能的影响。结果表明，尽管CG PCEs可以在短时间内（82.5-108.5秒）快速搅打形成稳定的泡沫，但由于严重的液滴絮凝和乳液凝胶化，其部分聚结率（53.75%-58.66%）和泡沫 overrun（144.72%-151.99%）较低。CG与GG和/或XG的组合略微延长了搅打时间（81.5-128.0秒），提高了部分聚结率（57.28%-65.37%），并显著增加了泡沫 overrun（159.80%-168.01%）。为了探索不同增稠剂组合的稳定机制，我们进一步研究了简化系统中的多糖-多糖和多糖-蛋白质相互作用。研究发现，XG和GG通过与CG的氢键作用形成了更连续的三维网络，使系统从强凝胶转变为弱凝胶，增加了持水能力，并降低了表面张力。与GG相比，XG还通过静电作用与CG相互作用，提高了复合颗粒的ζ电位，减轻了CG对酪蛋白胶束的荧光淬灭效应。
引言
部分结晶乳液（PCEs）通常是指以部分结晶脂肪作为分散相、水作为连续相的乳液，在剪切作用下可以形成泡沫；或者以部分结晶脂肪作为连续相、水和气体作为分散相的乳液（Andrade & Rousseau, 2021; Fuller, Considine, Golding, Matia-Merino, & MacGibbon, 2015; Fuller, Considine, Golding, Matia-Merino, MacGibbon, et al., 2015; Xu, et al., 2023; Xu, et al., 2024）。代表性的PCEs产品如鲜奶油和冰淇淋广泛应用于茶基饮料、蛋糕、甜点和烘焙食品中（Liu, et al., 2021; Matsumiya, et al., 2017）。这些产品在储存过程中需要保持稳定，但容易因搅打和剪切而变得不稳定，形成细腻稳定的泡沫系统（Xie, et al., 2025）。然而，过高的储存稳定性会增加搅打和剪切的强度，从而影响泡沫的形成和稳定性（Kovacova, Stetina, & Curda, 2010）。相反，储存稳定性不足可能导致保质期缩短和搅打性能下降，从而影响产品销售。因此，在储存稳定性、搅打不稳定性和泡沫重新稳定之间取得平衡对PCEs至关重要。增稠剂不仅提供高乳液粘度以减缓脂肪滴的运动和聚集，从而调节储存稳定性，还调节搅打和剪切的程度，抑制结晶脂肪的部分聚结，从而控制搅打不稳定。此外，增稠剂可以改变空气-水界面的界面张力和粘弹性，影响泡沫结构的稳定性。卡拉胶（CG）是PCEs中最常用的增稠剂，它可以通过静电作用与酪蛋白胶束结合形成凝胶网络结构，提高乳液粘度，有助于改善乳液和泡沫的稳定性（Ková?ová, ?tětina, & ?urda, 2010; Smith, Goff, & Kakuda, 2000）。然而，仅使用CG难以在乳液稳定性、搅打不稳定性和泡沫重新稳定性之间取得平衡。因此，人们尝试通过将CG与各种增稠剂混合来增强PCEs的功能特性。例如，Camacho等人（2005）报道将CG与槐豆胶混合可提高鲜奶油的乳液剪切稳定性。Gafour和Aly（2020）发现使用κ-卡拉胶和cremodan se 80稳定剂混合物可以改善鲜奶油的搅打性能、质地、粘度和感官特性。
在之前的研究中，我们研究了CG及其与黄原胶（XG）和/或瓜尔胶（GG）混合物对PCEs静态稳定性的影响（Xu, Yang, Xie, et al., 2022）。结果表明，CG与XG和/或GG的混合抑制了液滴聚集，减少了乳液凝胶化，并提高了储存稳定性。储存三个月后，CG+XG+GG乳液的储存稳定性更好，水分流失和聚集现象较少。除了相对较高的储存稳定性外，良好的搅打性能对PCEs同样重要。迄今为止，CG及其与XG和/或GG混合物对PCEs搅打性能的影响及其作用机制仍不清楚。因此，本研究旨在探讨四种不同增稠剂组合（CG、CG+XG、CG+GG和CG+XG+GG）对PCEs搅打性能的影响，并阐明这些增稠剂组合的作用机制。
材料
巴氏杀菌牛奶、专用黄油和玉米油在当地农贸市场（中国无锡）购买。卡拉胶（CG）、黄原胶（XG）和瓜尔胶（GG）从上海贝联生物技术有限公司（中国上海）购买。尼罗红和荧光素异硫氰酸酯（FITC）从Sigma-Aldrich Chemical Co. Ltd.（美国圣路易斯）购买。溴化钾（KBr）从中国药科大学试剂有限公司（中国上海）购买。所有其他试剂均为分析级，也来自中国药科大学。
搅打不稳定
在一定的剪切力下，搅打时间和部分聚结率是评估PCEs搅打不稳定过程的重要指标。搅打时间反映了泡沫形成的难易程度。如表1所示，在相同增稠剂浓度下，CG PCEs的搅打时间（82.5-108.5秒）短于CG+XG PCEs（81.5-128.0秒）、CG+GG PCEs（87.0-118.5秒）和CG+XG+GG PCEs（91-110.5秒）。搅打时间在很大程度上取决于部分聚结过程。
结论
本研究结果表明，CG与XG和/或GG的联合使用有效提高了PCEs的部分聚结率和泡沫 overrun，同时保持了最佳的装饰性能和泡沫稳定性。CG和GG通过氢键作用形成了更紧密的交联网络结构，有效减少了乳液絮凝和凝胶化程度，从而增强了泡沫 overrun。CG和XG可以形成更紧凑的三维结构。
CRediT作者贡献声明
兴国王：项目管理、资金筹集。俊金：写作——审稿与编辑、概念化、资金筹集、项目管理。青哲金：监督。华旭：写作——初稿、实验、数据分析。惠琳环：软件操作、数据管理。龙飞刘：数据管理。立敏崔：数据验证。明翠黄：数据管理、写作——审稿与编辑。子薇高：数据管理、数据分析
未引用参考文献
Fuller et al., 2015; Lin et al., 2024; Liu et al., 2019; Xu et al., 2022; Xu et al., 2024.
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国乳业协会乳品科学技术创新基金-蒙牛专项研究支持项目（CDIAKCJJ-MN-2025-001）、海南省科技专项基金（ZDYF2024XDNY170）以及呼和浩特市“揭榜挂帅”科技计划项目（2023-Unveiling and Commanding-Agriculture-2）的支持。
