《Food Hydrocolloids》：Interface behavior, whipping properties and storage stability of aerated emulsions: Effect of interaction between milk protein and sucrose ester
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牛奶蛋白与蔗糖酯界面相互作用对膨胀奶油结构和性能的影响研究。通过系统分析MP-SE复合物的形成机制及浓度依赖性，发现低浓度（≤0.30 wt%）时协同吸附增强界面粘弹性，降低表面张力，形成小颗粒、高稳定性的乳液，延长发泡时间并降低硬度；高浓度（＞0.30 wt%）下竞争吸附导致界面结构松散，乳液稳定性下降，发泡性能劣化。研究揭示了氢键和疏水作用主导的复合机制，为清洁标签乳制品开发提供理论依据。
Jinge Wang|Hongfang Cao|Biying Wang|Jian He|Caiyun Wang|Yuwei Wang|Qiangzhong Zhao|Mouming Zhao
华南理工大学食品科学与工程学院，广州，510640，中国
摘要
近年来，亲水乳化剂与蛋白质之间的界面相互作用在制备高质量打发奶油方面的研究受到了越来越多的关注。本研究系统地探讨了牛奶蛋白（MP）与蔗糖酯（SE）之间的相互作用对乳液界面性质、乳化性能、打发性能以及乳液储存稳定性的影响，并进一步分析了这些作用与打发奶油质量之间的关联。MP和SE通过氢键和疏水相互作用形成了稳定的复合物。在较低的SE浓度（≤0.30 wt%）下，MP和SE的协同吸附增强了界面粘弹性并降低了界面张力，这种协同效应有助于形成颗粒更小、粘度更低且稳定性更好的乳液。然而，在较高浓度（>0.30 wt%）下，界面结构变得松散，界面粘弹性减弱，同时出现竞争性吸附现象，界面张力降低，导致乳液颗粒增大、粘度增加，稳定性下降，从而使得打发奶油的硬度增加且结构不稳定。总体而言，本研究揭示了MP-SE相互作用的机制，为调节乳液的结构和打发性能提供了新的策略，具有在清洁标签食品和乳制品系统中的应用潜力。
引言
打发奶油是一种典型的水包油乳液，主要由脂肪、牛奶蛋白、低分子量乳化剂（LMWEs）和亲水性胶体组成。基于乳脂的打发奶油因其丰富的风味、细腻的质地以及不含反式脂肪酸而受到越来越多的关注（Yan等人，2025年）。然而，其塑性通常不如植物脂肪基奶油，这主要是由于乳脂的熔点和结晶温度较低。此外，乳脂含量较高，使其容易发生分层、絮凝、部分聚结甚至完全聚结等不稳定现象（Liang等人，2014年）。作为热力学不稳定的体系，乳液需要添加稳定剂来防止脂肪聚结等不稳定现象（Liu等人，2021年）。
打发奶油的稳定性依赖于界面蛋白质膜和部分聚结的脂肪晶体网络，形成半固态、高度延展的结构（Chen等人，2025年）。牛奶蛋白（主要是酪蛋白和乳清蛋白）在打发前吸附在油水界面，通过空间位阻和静电排斥作用维持乳液稳定性（Wang等人，2025年）。在充气过程中，这些蛋白质进一步迁移到油水空气界面，与脂肪晶体共同形成弹性界面膜，支持泡沫的形成和稳定性（Yan等人，2025年）。然而，由于酪蛋白的柔韧性和动态结构，它们可能从界面脱附，从而在储存或打发过程中削弱界面膜的完整性（Wang等人，2024年）。
低分子量乳化剂（LMWEs）作为乳液中的关键成分，通过调节脂肪结晶和界面吸附动力学来改善打发性能和泡沫稳定性（Yan等人，2025年）。蔗糖酯（SE）是一类通过将蔗糖与脂肪酸酯化合成的非离子型乳化剂，被认为是环保且可生物降解的替代品（Zeng等人，2024年）。此外，它们在调节界面性质和调控脂肪结晶行为方面的双重功能引起了广泛关注（Cholakova和Tcholakova，2024年）。亲水乳化剂，尤其是那些熔点较低的乳化剂，往往难以有效调节脂肪结晶。近期研究主要集中在LMWEs与蛋白质在界面上的竞争性或共存吸附行为上，这些行为直接影响复杂乳化系统的稳定性（Jiang等人，2018年；Liu、Zhao和Shehzad，2023年；Xie等人，2023年；Zeng等人，2022年）。然而，关于这两种物质相互作用对乳液质量影响的研究仍然有限。
最新研究表明，SE可以通过氢键、静电相互作用和疏水相互作用与大豆蛋白形成具有改变物理化学性质的可溶性复合物（Zhang等人，2023年）。蛋白质与乳化剂之间的相互作用会显著影响界面流变学特性，进而影响整个系统的稳定性（Liu等人，2024年）。然而，以往的研究主要集中在简单的乳液或乳液-凝胶体系上。由于引入了空气相，乳化液的界面动力学更为复杂，且需要三相稳定性控制。目前，关于储存过程中打发性能和泡沫稳定性的影响仍不明确，需要进一步探索。
因此，本研究旨在探讨SE与MP之间的相互作用对界面吸附行为的影响，并评估这种界面行为如何在不同储存期间影响乳液的稳定性和打发性能。同时，分析了其与打发奶油质量的相关性，为设计稳定和高性能的乳液提供了新的见解。
材料
蔗糖酯（SE，HLB = 16.0，棕榈酸（C16）：硬脂酸（C18）= 4:6）由三菱化学株式会社（日本东京）提供。牛奶蛋白（MP，≥70.0 wt%）由Lead Global Group LLC Co., Ltd.（美国加利福尼亚州洛杉矶）提供。奶油（脂肪含量42.0 wt%，蛋白质含量2.0 wt%）购自哈尔滨飞鹤股份有限公司。脱脂牛奶购自中国广州的超市。所有使用的化学试剂均为分析级。
复合物间的相互作用力
普遍认为，NaCl、尿素和SDS溶液分别会破坏复合物之间的静电相互作用、氢键和疏水相互作用（Wang等人，2025年）。不同SE浓度下MP的表观浊度、粒径和PDI的变化如图1A–D所示。总体而言，所有MP-SE复合物的粒径没有显著差异（p > 0.05），PDI始终低于0.30，表明
结论
本研究阐明了MP与SE之间的相互作用对乳液界面行为、乳化性能、打发性能以及储存稳定性的影响，以及这些作用与打发奶油质量之间的关系。具体而言，MP-SE之间的相互作用主要通过氢键和疏水相互作用发挥作用，不仅调节了界面吸附行为，还在复合系统的动态响应中起到了关键作用。
CRediT作者贡献声明
Jinge Wang：撰写初稿、方法学设计、实验研究、数据分析、概念构建。
Hongfang Cao：方法学设计、数据分析。
Biying Wang：数据分析。
Jian He：方法学设计、实验研究。
Caiyun Wang：项目管理工作。
Yuwei Wang：数据分析。
Qiangzhong Zhao：撰写修订稿、监督工作、资金筹集。
Mouming Zhao：资源协调。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢国家乳品技术创新中心（编号：2024-JSGG-004）的财政支持。
