利用豌豆蛋白和甜菊糖苷复合物稳定的植物油乳液来提高脱脂酸奶的质量

《Journal of Dairy Science》：Enhancing the quality of milk fat-free yogurt with vegetable oil emulsion stabilized by pea protein and steviol glycosides complexes

　　文王|张敏|赵茹|谢冠新|张铁华|王翠娜
吉林大学食品科学与工程学院食品科学系，长春，130062，中国

**摘要**
研究了由豌豆蛋白分离物（PPI，2%）和甜菊糖苷（STE，0.1%～0.8%）稳定的大豆油乳液对无脂酸奶的物理化学性质、流变性质、微观结构及感官特性的影响。与对照组无脂酸奶相比，含该乳液的酸奶表现出更小的颗粒尺寸、更高的持水能力、改善的质地参数以及更强的粘弹性。挥发性化合物分析显示，含乳液的酸奶中的风味化合物更为丰富且浓度更高。这些改进还伴随着更明亮的外观和更高的感官接受度评分。乳液基酸奶的质量取决于STE的浓度，测量参数显示出随STE浓度增加而改善的趋势。其中，含有0.4% STE的乳液的酸奶整体质量最佳，其质地、颜色和流变性能最为理想。总之，PPI-STE乳液是提升无脂酸奶质量的有效成分，为生产高品质乳制品提供了有前景的策略。

**引言**
随着健康意识的提高，人们对低脂酸奶的需求日益增长。然而，低脂配方往往存在风味减弱、质地不佳和乳清分离等质量问题。本研究通过向酸奶中添加由豌豆蛋白（PPI）和甜菊糖苷（STE）复合物稳定的植物油乳液，评估了其对酸奶物理化学性质、流变性质、微观结构和感官特性的影响。希望这项研究能为优化PPI-STE乳液在高品质、清洁标签乳制品中的应用提供理论基础，具有实际应用价值。

**酸奶是一种营养丰富的发酵乳制品，提供必需的营养成分并具有公认的健康益处。近年来，随着健康意识的提升，低脂酸奶的需求不断增加。然而，低脂配方常存在风味减弱、质地不佳和乳清分离等缺陷（张等人，2025年），因为牛奶脂肪在乳脂质风味化合物的传递和酸奶制造过程中蛋白质网络的形成中起着关键作用。为了解决这些问题，采用了多种技术策略来提升无脂酸奶的整体质量，包括使用脂肪替代品（里布斯等人，2021年）、增加总固形物含量（艾哈迈德等人，2024年）以及添加稳定剂（埃尔·菲赫里等人，2026年）。其中，基于乳液的脂肪替代品被广泛采用（李等人，2022年；李等人，2023年），因为它们可以有效模拟脂肪的物理化学和感官功能，抑制脂质氧化，掩盖不良风味，从而改善质地、风味和整体可接受性。此外，基于乳液的脂肪替代品还可以作为功能性成分的载体，提高其生物利用度（古姆斯和加里布扎赫迪，2021年）。**

植物油乳液是一种多功能复合系统，其中乳化剂在稳定油/水界面和维持液滴完整性方面起着关键作用。吸附的乳化剂层还起到物理屏障的作用，保护油滴免受活性氧的氧化（古姆斯和加里布扎赫迪，2021年）。常用于此类系统的植物油富含不饱和脂肪酸，可以提高最终产品的营养价值。食用这些油与降低肥胖、心血管疾病和脑血管疾病的风险有关（贾伟等人，2025年）。然而，大多数植物油的熔点较低，在室温下呈液态，导致加工和储存过程中出现相分离、液滴聚集和溢油等问题。预乳化有助于防止液滴聚集，促进脂质滴在酸奶基质中的均匀分布，从而更好地模拟天然牛奶脂肪球的结构和功能特性（李等人，2023年）。因此，乳液系统可以功能性地模拟天然牛奶脂肪球，提高酸奶的整体质量。**

豌豆蛋白源自丰富的植物资源，以其低致敏性、均衡的氨基酸组成和良好的营养价值而受到认可（泰勒等人，2021年）。由于其两亲结构，豌豆蛋白可以在油/水界面吸附，形成通过静电排斥和空间位阻稳定乳液滴的粘弹性膜（李等人，2024年）。其在乳液系统中的功能已在多种形式中得到验证，包括纳米乳液（杨等人，2023年）、皮克林乳液（魏等人，2025年）和高内相乳液（李晓玲等人，2022年）。然而，单独使用豌豆蛋白分离物（PPI）在界面上的吸附速度较慢，往往产生的乳液滴尺寸较大。将豌豆蛋白与表面活性剂结合使用可以增强界面层的稳定性，弥补蛋白质表面活性弱和单独使用表面活性剂薄膜的机械不稳定性的不足，从而提高乳液的短期和长期稳定性（夏等人，2024年）。**

甜菊糖苷（STE）是一类从甜菊叶中提取的植物化学品，具有抗炎、抗肥胖、降血压、降血糖和抗龋齿等作用（黄等人，2024年）。由于其极强的甜味（比蔗糖甜200～300倍）、零热量和高热稳定性的特点，STE成为日常食品的理想天然甜味剂，特别适合苯丙酮尿症或糖尿病患者（王等人，2025年；王等人，2024年）。作为允许的膳食补充剂，STE被添加到各种无糖酸奶配方中，以提高口感和消费者接受度，同时也有助于健康（纳拉亚南等人，2014年；王等人，2025年）。从结构上看，STE具有两亲性质，由疏水性的甜菊酮核和亲水性的糖基团组成（杨等人，2022年）。先前的研究表明，STE与大豆蛋白之间存在协同效应，可提高乳液的长期稳定性和对抗环境压力的能力（张等人，2021年）。在我们的初步研究中，制备了PPI和STE的非共价复合物并用于稳定植物油乳液；观察发现这些乳液的物理化学性质和稳定性取决于STE的浓度（未发表数据）。研究表明，将此类乳液加入低脂酸奶中可改善持水能力、质地和流变性质。同时，乳液中的STE可能改善无脂酸奶的风味和感官接受度。然而，关于PPI和STE复合物稳定的植物油乳液在无脂酸奶系统中的应用研究仍有限，特别是STE浓度如何调节这些复合乳液在无脂酸奶中的行为尚需进一步研究。**

因此，本研究旨在配制不同浓度的PPI和STE稳定的大豆油乳液，并评估其对无脂酸奶的质地、流变性质、微观结构和感官特性的影响。这些发现有望为开发口感良好、清洁标签和促进健康的无脂乳制品提供理论基础。**配置了5 g的触发力。
**颜色评估**
使用CM-2300d分光光度计（柯尼卡美能达，日本）获得了酸奶的色度值（L*、a*、b*）。经过标准白板的校准后，对每种酸奶进行了测量。白度指数（W*）根据以下公式计算：

\[2\]W* = 100 - (100 - L*)^2 + a*^2 + b*^2
**流变学测定**
根据Levy等人（2022年）的方法，使用流变仪测定了酸奶样品的流变特性，包括储存模量（G‘）、损耗模量（G”）和表观粘度。具体来说，酸奶样品在直径5厘米、高2.2厘米的塑料杯中发酵。为了进行流变分析，使用刮刀小心地从杯子中取出凝胶并转移到流变仪板上。进行了应变扫描实验（0.01%～10%，1 Hz），以确定每个样品的线性粘弹性（LVE）区域。确认0.1%的应变位于LVE区域内，并用于所有后续的频率扫描测试（0.1～10 Hz）。在恒定应变0.1%的情况下进行了动态频率扫描（0.1～10 Hz），以表征G’和G”。进行了稳态剪切速率扫描（0到100 s^-1），以确定表观粘度。所有测量均在中温25°C下进行。

**扫描电子显微镜（SEM）**
酸奶在-80°C下冷冻24小时。冷冻后，使用Ninbo Scientz Biotechnology Co., Ltd.（宁波，中国）的真空冷冻干燥设备干燥超过48小时。然后使用Emitech Ltd.（阿什福德，英国）的K550溅射镀膜机在制备的样品上涂覆金层。使用扫描电子显微镜（SEM2100，国仪量子科技有限公司，合肥，中国）以1800倍倍率进行了微观结构评估。

**风味挥发物的测定**
基于Bao等人（2025年）描述的方法并进行了少量修改，通过顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）分析了酸奶中的风味挥发物。简要来说，将5克酸奶转移到10毫升平底顶空瓶中，并加入癸酸乙酯作为内标。在40°C下平衡10分钟后，使用50/30 μm的DVB/CAR/PDMS纤维提取挥发物40分钟。在DB-Wax毛细管柱上进行了色谱分离（程序化温度：40°C（3分钟），然后是120°C（6°C/分钟），接着是200°C（5°C/分钟），最后是220°C（10°C/分钟）。进样器和离子源温度分别设定为250°C，并在电子撞击模式下以70 eV运行。通过与NIST质谱库匹配来鉴定挥发物，并通过内标法进行定量（μg/g），并进行了空白校正。

**感官评估**
招募了7名志愿者（年龄20-30岁，均为食品科学学院的成员）参与感官评估。所有参与者都是酸奶的常规消费者。在评估过程中，每位参与者在最小外部干扰的条件下单独进行评估，所有站点的温度和光照保持一致。样品以随机顺序在10°C下提供。每次样品评估之间向每位参与者提供纯净水用于漱口。

根据之前的研究（Li等人，2023年）设计了一种定量描述性感官分析方法，并进行了部分修改（表1），并通过在线方式进行了评估。问卷是根据酸奶的假设特性开发的。使用9点描述性量表评估了七个感官属性，每个参数都有定制的锚点：
- **颜色均匀性**（1 = 不均匀或暗淡，9 = 完全均匀）
- **外观**（1 = 粗糙或有大量乳清分离，9 = 光滑且无乳清分离）
- **风味**（1 = 无酸奶风味，9 = 强烈酸奶风味）
- **植物蛋白气味**（1 = 强烈的豆味/谷物味，9 = 无）
- **口味**（1 = 过酸或过甜，9 = 酸甜平衡）
- **润滑感**（1 = 明显的颗粒感，9 = 光滑）
- **粘性**（1 = 无粘性/高流动性，9 = 中等粘性/低流动性）

**表1. 含有或不含乳化剂的酸奶的感官描述和评分标准**

**统计分析**
数据以平均值±标准偏差（SD）表示，至少来自2次独立实验，每次实验重复三次（n ≥ 6）。使用SPSS统计软件（版本27，IBM公司，阿蒙克，纽约，美国）进行单因素方差分析（ONE-WAY ANOVA），随后进行最小显著差异（LSD）事后检验。p值小于0.05被认为是统计学上显著的。

**结果与讨论**

**PPI-STE复合物稳定的乳液颗粒大小和Zeta电位**
脂肪滴可以在酸奶凝胶网络中充当结构填充物或破坏者，其颗粒大小影响凝胶的致密性和连续性，从而影响模拟天然脂肪颗粒的能力（Trujillo-Ramirez等人，2022年）。因此，测量了不同STE浓度下由PPI-STE复合物稳定的乳液的颗粒大小和多分散指数（PDI）（图1A）。所有乳液的颗粒大小在359至749纳米之间，明显小于天然牛奶脂肪颗粒的大小（大约4微米）。与仅含PPI的乳液（749纳米）相比，将STE浓度从0.1%增加到0.6%逐渐减小了PPI-STE稳定乳液的滴粒大小和PDI，表明分散更加细小和均匀（Giannopoulou等人，2025年）。这可以归因于PPI和STE的协同作用：小的STE分子快速吸附并降低界面张力；由此产生的PPI-STE复合物显示出增强的吸附动力学和界面亲和力；PPI的构象灵活性可能增加，使得界面排列更加紧凑和有序。PPI-STE稳定乳液的较小滴粒大小可以减小凝胶网络中的孔径（H. J. Li等人，2022年），从而改善酸奶的质地。然而，当STE浓度超过其临界胶束浓度（CMC；在本系统中确定为0.6%）时，STE分子在水相中自组装成纳米级胶束（Yang等人，2024年），增加了系统的复杂性。当STE浓度超过0.6%时，尽管滴粒大小稳定，PDI显著增加（p < 0.05），表明由于竞争性吸附和异质群体的共存而降低了均匀性。较高的PDI反映了更宽的滴粒大小分布和较低的乳液均匀性，这增加了凝聚和相分离的风险。在酸奶生产和储存过程中，这种不稳定性可能会促进奶油分离和脂肪聚集，最终损害质地。

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**图1. 含有30%油脂且由PPI-STE在不同STE浓度下稳定的乳液的颗粒大小（A）和Zeta电位（B）。注：完全不同的字母表示样本之间存在显著差异（P < 0.05）。**

**天然脂肪颗粒通常具有负表面电荷，这是由于外层存在阴离子磷脂（磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇）和特定的膜蛋白（Obeid等人，2019年）。如图1B所示，所有制备的乳液都显示出负Zeta电位，表明它们能够模拟天然脂肪颗粒的表面特性。此外，相对较高的Zeta电位值通过增强滴粒之间的静电排斥来帮助稳定乳液，从而减少聚集（Qi等人，2025年）。值得注意的是，PPI-STE乳液显示出比仅含PPI的乳液更高的绝对Zeta电位值，这可能归因于PPI与STE相互作用时的构象变化。这种结构改变可能暴露出更多带负电荷的氨基酸残基，从而增加系统的整体电负性。**

**乳液对酸奶发酵过程的影响**
为了评估PPI-STE乳液对酸奶发酵的影响，监测了整个过程中的pH变化（图2A）。由于起始培养物代谢乳糖产生乳酸，所有酸奶的pH值持续下降（Zhu等人，2023年）。与报道乳清蛋白乳液可以提供易获得的氮和碳源以刺激细菌生长的研究相反（Qi等人，2025年），添加PPI-STE乳液导致酸化速率变慢。在整个发酵过程中，CY的pH值始终低于添加乳液的酸奶，表明CY的酸化过程相对较快。这种差异可以归因于添加乳液提供的缓冲能力。PPI含有相对较高比例的酸性氨基酸，这些氨基酸可以结合乳酸发酵过程中释放的氢离子（Luo等人，2025年）。此外，最终发酵pH接近PPI的等电点（pH 4.7–4.9）（Stone等人，2015年），此时其缓冲效果特别强。此外，乳液滴的存在可能引入了空间障碍，减少了乳酸菌与乳糖之间的接触。因此，含有乳液的酸奶显示出比CY更高的最终pH值。

**乳液对酸奶颗粒大小分布的影响**
酸奶是一种复杂的胶体系统，由脂肪颗粒、蛋白质颗粒和细菌细胞组成，这些成分温和地聚集成微凝胶（Heck等人，2021年）。该系统内的颗粒大小分布是感官质量的关键决定因素，包括视觉外观、风味和口感。较大的颗粒通常赋予颗粒感或粗糙的质地，而较小的颗粒大小通常提高产品稳定性（Chen等人，2024年）。如图2C所示，所有酸奶都显示出特征性的双峰大小分布，与之前的报道一致（Espinosa-Andrews等人，2024年）。次要峰值位于0.5至1微米之间，占比不到2%，对应于游离的细菌细胞和细小的蛋白质片段。主要峰值范围在10至300微米之间，反映了聚集的酪蛋白胶束和嵌入的脂肪颗粒，它们共同构成了凝胶的主要结构框架（Espinosa-Andrews等人，2025年）。值得注意的是，PY和PSY的D[4,3]较小，其分布比CY更均匀（图2B和2C）。在添加乳液的酸奶中，油滴被PPI-STE的保护性界面层包裹，该界面层与周围的酪蛋白胶束相互作用，促进它们均匀地整合到蛋白质网络中。此外，随着STE浓度的增加，乳液的滴粒大小逐渐减小，直接导致D[4,3]的降低（Díaz-Ruiz等人，2022年）。同时，由于乳液的存在，发酵过程中的pH下降速度较慢，这可能抑制了大型不规则酪蛋白聚集的形成，反而促进了更细小、更均匀的凝胶网络的发展。如表2所示，CY、PY和PSY之间的Span值有显著差异（p < 0.05）。PY和PSY较低的Span值表明其颗粒大小分布比CY更窄、更均匀。鉴于酸奶凝胶网络由使用的酪蛋白胶束链和聚集物组成（Brüls-Gill等人，2024年），更均匀的颗粒分布促进了连续且一致的蛋白质矩阵的形成，这与观察到的微观结构一致。总之，这些结果表明，加入PPI-STE乳液有效地减小了颗粒大小并提高了酸奶的结构均匀性。PPI-STE乳液对酸奶颗粒大小分布的影响

empty Cell (0.1) /μm
0.5) /μm
0.9) /μm
Span
CY
11.65 ± 0.33a
60.06 ± 1.14a
123.86 ± 1.75a
1.87 ± 0.02a
PY
8.08 ± 0.37b
39.31 ± 0.56b
76.30 ± 0.78b
1.74 ± 0.01b
PSY
15.58 ± 0.20c
32.76 ± 0.71c
61.28 ± 1.24c
1.70 ± 0.01b
PSY
24.98 ± 0.21c
31.00 ± 0.44d
57.65 ± 0.65d
1.70 ± 0.02b
PSY
43.82 ± 0.15d
27.15 ± 0.42e
50.47 ± 0.49e
1.72 ± 0.03b
PSY
63.42 ± 0.34d
26.60 ± 0.16e
49.10 ± 0.68e
1.72 ± 0.03b
PSY
83.52 ± 0.26d
25.18 ± 0.57e
47.00 ± 1.03e
1.73 ± 0.01b

注：完全不同的字母表示样本之间存在显著差异（P < 0.05）。

乳液对酸奶持水能力（WHC）的影响
作为凝胶稳定性的关键指标，持水能力（WHC）反映了三维蛋白质网络捕获和固定水的能力。乳液的添加提高了酸奶的WHC，其改善程度明显依赖于STE浓度（图2D）。具体来说，WHC随着STE含量的增加而增加，直到0.4%（PSY4），之后在0.6%和0.8% STE时有所下降。WHC主要受凝胶微观结构控制；孔隙较小的密集网络通常对应较高的水分保持能力（Zhang等人，2024年）。在这个系统中，均匀分散的乳液滴整合到蛋白质基质中，物理上限制了水的移动，从而提高了WHC（Li等人，2023年）。此外，随着发酵过程中pH值的下降，酪蛋白的净负电荷由于氨基和羧基的质子化状态变化而减少。同时，pH值接近豌豆蛋白分离物的等电点（PPI），使其电荷从负变为正。这些变化可能促进了PPI和酪蛋白之间的静电吸引，而两种蛋白质之间的疏水相互作用可能进一步增强了结合。由此产生的蛋白质交联形成了更紧密的凝胶网络（图5A），更有效地限制了水的移动。相反，PSY4之后WHC的减少表明在较高STE浓度下凝胶结构变弱。这种下降可能是由于PPI上的结合位点被STE分子饱和，限制了PPI和酪蛋白之间的进一步交联，从而导致WHC降低。

图5. PPI-STE乳液对不同酸奶的扫描电子显微镜（1800×）图像（A）和宏观外观（B, C）的影响。白色箭头表示空隙/孔隙，蓝色箭头表示聚集的蛋白质基质。的比例尺为10 μm。

乳液对酸奶质地特性的影响
质地是酸奶的关键质量属性，显著影响消费者的接受度和产品的功能性。CY、PY和PSY的质地参数总结在图3中，包括硬度、粘性、粘附性、弹性、胶性和咀嚼性。图3A显示，乳液的添加对酸奶的硬度没有显著影响（P > 0.05）。Li等人也有类似报告，含有植物油乳液凝胶颗粒的酸奶硬度与无脂酸奶相当（H. J. Li等人，2022年）。这可能是由于引入的液态植物油乳液无法完全模仿固体乳脂颗粒提供的结构支持（Li等人，2023年）。乳脂富含饱和脂肪酸，在室温下由于其多样化的三酰甘油组成和广泛的结晶范围而形成多晶态固液结构（Viriato等人，2018年）。它可以有效地与酸奶蛋白质基质交联，从而提高硬度（H. J. Li等人，2022年）。相比之下，大多数植物油主要由不饱和脂肪酸组成，在室温下保持液态（Li等人，2023年）。因此，形成的凝胶网络较弱，导致酸奶质地没有显著改善。吞咽酸奶所需的努力反映在其咀嚼性上，咀嚼性通常与硬度呈正相关（K. N. Wang等人，2024年）。与此一致，不同酸奶样本之间的咀嚼性没有显著差异（P > 0.05）（图3F）。

随着乳液STE浓度的增加，酸奶的粘性（图3B）、弹性（图3D）和胶性（图3E）明显改善，在PSY4时达到峰值。作为活性填充剂的PPI-STE涂层的油滴弥补了天然乳脂颗粒的缺失。它们与酪蛋白的相互作用增加了酸奶基质内部的摩擦力，从而增强了凝胶结构的粘性（Du等人，2021年）。随着STE浓度的增加，添加的乳液颗粒大小减小，而比表面积增加，可能提高了颗粒间的碰撞频率和接触面积。这增强了内部摩擦力，使得酸奶更浓稠，粘性和胶性更高。同时，形成了更密集且连续的网络结构，提高了乳液酸奶的抗变形能力，增强了其粘性和弹性。然而，在0.6%和0.8%的STE浓度下，这些质地参数显著下降。引入过多的外源性物质会在系统中引起空间阻碍。STE胶束的形成可能增加了空间阻碍，从而破坏了酸奶凝胶网络的连续性，导致质地变弱。

乳液对酸奶颜色参数的影响
颜色是直接影响消费者对食品产品接受度的关键质量属性。酸奶的颜色参数总结在表3中。含有乳液的酸奶表现出更高的L*值，表明颜色更浅。先前的研究表明，酸奶中的脂肪和蛋白质浓度会影响L*，因为脂肪颗粒和蛋白质聚集体的大小和分布会影响光的反射和散射（Grasso等人，2020年）。使用较小的乳液滴增强了光的分散，使颜色更白。因此，与PY相比，PSY的L*值更高，并且随着STE浓度的增加而增加。所有酸奶都表现出负的a*值，表明有轻微的绿色调，这与早期报告一致（Qin等人，2024年）。CY显示出最低的b*值，对应于更明显的黄色调，而添加乳液的酸奶具有更高的W*值，表明白色度更高。这种向更白色外观的转变，以及黄色强度的减少，可以归因于蛋白质涂层油滴的主导光散射效应和乳液的固有颜色。这些仪器颜色测量结果与视觉观察结果一致（图5B），证实了含乳液酸奶与对照组之间的颜色差异是可见的。

表3. PPI-STE乳液对酸奶颜色参数的影响

empty Cell
L*
a
b*
W*
CY
86.76 ± 1.29d
?2.07 ± 0.13a
1.48 ± 0.92b
86.65 ± 1.16b
PY
95.84 ± 0.31c
?2.2 ± 0.01a
7.05 ± 0.51a
91.61 ± 0.25a
PSY
196.13 ± 0.09bc
?2.15 ± 0.05a
6.88 ± 0.56a
91.80 ± 0.43a
PSY
295.58 ± 0.49bc
?2.19 ± 0.04a
6.07 ± 0.57a
91.89 ± 0.25a
PSY
497.29 ± 0.29ab
?2.13 ± 0.07a
6.91 ± 0.55a
92.55 ± 0.51a
PSY
697.4 ± 0.11a
?1.99 ± 0.09a
6.81 ± 0.47a
92.63 ± 0.35a
PSY
897.84 ± 0.51a
?1.94 ± 0.13a
6.83 ± 0.42a
92.83 ± 0.47a

注：完全不同的字母表示样本之间存在显著差异（P < 0.05）。

乳液对酸奶流变行为的影响
酸奶的稳态剪切粘度反映了其流动行为，与口感和风味释放等感官属性密切相关。如图4A所示，所有酸奶都表现出剪切稀化行为，即粘度随着剪切率的增加而降低，这是由于在剪切应力下蛋白质网络的对齐和破坏（Khubber等人，2021年）。乳液的添加显著改变了流变特性。在低剪切率下，PY和PSY样本的表观粘度较高，且粘度下降更为平缓，其中PSY4最为显著。这种行为可以归因于乳液滴整合到酸奶基质中，PPI-STE的界面层与酪蛋白相互作用，促进了交联并增强了凝胶网络，从而提高了流动阻力。此外，据报道较高的脂肪含量会增加酸奶的粘度（Ahmadi等人，2021年）。

图4. PPI-STE乳液对不同酸奶的表观粘度（A）、弹性模量（G′，B）和损耗模量（G″，C）的影响。

进行了频率扫描测试以评估酸奶的粘弹性特性。如图4B和4C所示，在0.1–10 Hz的频率范围内，所有样本的储存模量（G‘）始终高于损耗模量（G″），证实了固体样的、以弹性为主的凝胶结构（Bourouis等人，2024年）。G’的幅度反映了凝胶网络的交联密度（Lootens等人，2003年）。较高的G'值表示凝胶更强，数值越高表示凝胶越强。PY和PSY样本的G'值均高于CY，这可以归因于乳液滴的填充效应以及网络内额外的蛋白质-蛋白质相互作用位点的形成，这些效应在较高频率下更为明显。PSY样本的粘弹性特性优于PY，可能是因为PPI-STE乳液中的滴子分布更细且更均匀，促进了更密集、更均匀强化的蛋白质基质（Trujillo-Ramirez等人，2022年）。在PSY组中，G'和G”在0.4% STE时达到最大值，与质地结果一致。

乳液对酸奶微观结构的影响
在宏观和微观尺度上评估了酸奶的结构特性（图5）。扫描电子显微镜（SEM）图像显示所有样本都具有三维网络（图5A），其中灰色区域对应连续的蛋白质基质，黑色区域代表血清孔隙（Mary等人，2022年）。CY显示出连续但分支较松的蛋白质网络，孔隙空间较大，蛋白质聚集体较粗，整体微观结构较为开放。相比之下，含有乳液的酸奶显示出更紧密的凝胶结构，其特征是酪蛋白聚集体较小，孔径较小。这些微观结构的改善在宏观上也有体现：CY显示出明显的乳清分离，而添加了乳液的酸奶表现出显著较少的析水现象（图5B, 5C）。先前的研究表明，酸奶中酪蛋白聚集体的更均匀分布与改善的凝胶特性相关，包括更高的粘度和较大的储存和损耗模量（Li等人，2021年）。我们的流变数据表明，添加了乳液的酸奶与CY相比性能更优，这与这种关系一致。在含有不同STE浓度的乳液的酸奶中，随着STE含量的增加，蛋白质网络变得越来越密集，孔径分布也更加均匀。这种更坚固、更稳定的结构提高了质地、流变特性和WHC。然而，在较高的STE水平（PSY6和PSY8）下，酸奶的孔径较大，反映了整体质量的下降。

乳液对酸奶风味挥发物的影响
挥发性分析显示酸奶样品中存在40种不同的化合物，包括11种酮类、9种醇类、7种醛类、4种酯类、2种酸类、2种杂环化合物和1种酚类化合物，详细信息见表4。在CY、PY、PSY1、PSY2、PSY4、PSY6和PSY8酸奶中分别检测到8、20、21、21、24、20和23种挥发性风味化合物。如图6A和6B所示，不同酸奶中的挥发性化合物的组成和浓度存在显著差异。乳液的添加增加了发酵后挥发性化合物的多样性和丰度。

表4. PPI-STE乳液对酸奶中风味挥发物含量的影响

No.
RT（分钟）
风味挥发物
CAS
含量（μg/g）
CY
PY
PSY1
PSY2
PSY4
PSY6
PSY8
1
14.29
乙酸
64–19
–70.2
17.5
9
8.75
4.15
4.5
13.28
5.65
2
18.22
丁酸
30
70–6
–7
–5
ND
ND
ND
ND
ND
ND
0.07
3
14.48
丙酸，2-氧代-，甲酯
60
0–2
–6
0.01
ND
ND
ND
ND
ND
0.07
3
10.93
乙酸，甲酯
79–2
–0
–9
ND
ND
ND
0.23
0.23
0.13
ND
5
3
1.52
甲基2-呋喃酸乙酯
61
1–13
–2
ND
ND
ND
0.05
ND
ND
ND
6
4
1.62
5-氧代四氢呋喃-2-羧酸，乙酯
11
26–5
1–8
ND
0.41
ND
ND
ND
ND
7
3.71
2,3-丁二酮
43
1–3
–8
ND
0.72
0.72
0.51
0.40
0.40
8
5.34
2,3-戊二酮
60
0–14
–6
0.01
0.54
0.21
0.13
0.09
0.12
0.11
9
10.62
丙酮
51
3–8
–6
0.04
1.40
1.62
0.94
1.01
0.77
0.89
10
10.92
2-丙酮，1-羟基-
11
6–9
–6
0.01
0.49
0.40
ND
ND
0.43
1
11
1.54
3-庚烯-2-酮
11
19–4
–4
ND
ND
0.20
ND
ND
ND
1
2
0.83
4-己烯-3-酮
24
97–2
1–4
ND
0.22
ND
ND
ND
ND
1
3
20.84
1-戊烯-3-酮，2-甲基-
2
50
44–4
–1
ND
ND
0.11
0.14
1
4
23.09
1,2-环戊二酮
30
08–4
–0
ND
ND
0.20
ND
0.10
0.27
15
37
2
3-乙酰戊基
96–4
–8
0.01
ND
ND
ND
ND
1
6
39
1-丙酮，1-苯基-
9
3–5
–5
ND
ND
0.10
0.06
0.06
0.57
17
30
6
0
麦芽酚
11
8–7
–1
8
ND
0.18
0.19
ND
0.05
18
1
1.56
2-庚烯醛，(E)-
18
82
9–5
–5
ND
0.28
0.37
0.53
0.39
0.32
0.21
19
14.53
3-呋喃醛
49
8–6
–2
0.01
0.31
0.25
0.18
0.12
0.11
0.18
2
16
85
3-甲基-1H-吡唑-4-羧醛
10
0
48
4–37–3
ND
ND
ND
1
63
9
1-丙酮，1-苯基-
9
3–5
–0
ND
ND
0.10
0.06
0.06
0.57
17
30
6
0
maltol
11
8–7
–1
8
ND
0.1与对照组（CY）相比，乳液的加入增强了关键酮类的形成。2,3-丁二酮、2,3-戊二酮和丙酮等化合物在含有乳液的酸奶（PY和PSY）中的浓度更高，这些酮类为发酵乳制品带来了特有的黄油香气（Gurkan & Hayaloglu, 2017）。1-羟基-2-丙酮在乳化酸奶中的含量也高于CY，这种化合物具有轻微的甜味和焦糖类似的味道。在PSY样品中，1,2-环戊二酮为酸奶增添了焦糖和枫糖般的甜味，而1-丙酮和1-苯基化合物则赋予了果实和花香的口感，进一步提升了酸奶的风味。此外，还检测到了几种具有独特风味特性的其他酮类：3-庚烯-2-酮和4-己烯-3-酮，这些可能与脂肪酸的氧化有关；1-戊烯-3-酮和2-甲基-1-戊烯-3-酮则可能带来不希望出现的豆类和青草味，这可能与豌豆蛋白有关。醇类是一类由多不饱和脂肪酸氧化产生的挥发性风味化合物（Liu et al., 2022）。虽然在CY中未检测到醇类，但在PY和PSY中发现了几种醇类，但由于它们的感知阈值较高（Bao et al., 2025），因此对整体风味的影响可能较小。在检测到的醇类中，1-己醇和3-庚烯-1-醇赋予了酸奶青草和草本的味道（Yang et al., 2021），而1-辛烯-3-醇和3-辛烯-1-醇则带来了蘑菇和泥土的气息，这可能与豌豆蛋白的特性有关。此外，乳液的加入还赋予了其他令人愉悦的风味。3-呋喃甲醇在PY和PSY酸奶中都有检测到，它赋予了酸奶焦糖般的风味，从而增强了酸奶的风味复杂性和丰富性。

醛类通过脂质氧化或氨基酸降解产生，由于其较低的嗅觉阈值而对风味有显著影响。不含乳脂的CY仅含有一种醛类——3-糠醛，它赋予了酸奶焦糖和坚果风味。在PY和PSY中检测到了(E)-2-庚烯醛和戊醛，它们带来了青草和草本的味道，但这些味道可能会带来不希望出现的豆类风味（Yang et al., 2021）。值得注意的是，随着非脂乳糖酶（STE）含量的增加，这些醛类的浓度逐渐降低，这表明STE可能有助于抑制这些不良风味。在巴氏杀菌过程中，还检测到了几种由美拉德反应产生的醛类，包括呋喃醛、3-甲基-1H-吡唑-4-甲醛和5-羟基甲基呋喃醛，它们丰富了酸奶的焦糖和坚果香气。苯甲醛是奶酪和酸奶中常见的挥发性化合物，可能在酸奶中赋予了杏仁和坚果香气（Dan et al., 2018）。

酯类和内酯类是另一类重要的风味挥发物，它们对酸奶的独特风味有贡献。在检测到的酯类中，甲基乙酸酯仅出现在PSY2、PSY4和PSY6中，赋予了酸奶果香和清新的香气。与CY相比，含有乳液的酸奶中的内酯类含量显著更高。主要的内酯化合物2(5H)-呋喃酮为酸奶带来了奶油和焦糖般的香气。这些发现表明，乳液的加入有效地增强了无脂酸奶的果香和奶油风味。

酸度是影响酸奶风味接受度的关键因素，也是酸奶低pH值的原因之一。醋酸是酸奶中的主要酸类之一，在所有挥发性化合物中浓度最高，主要带来了尖锐的醋酸味。丁酸与奶酪气味相关，仅出现在PSY8酸奶中（Chen et al., 2025）。

杂环化合物仅在PSY6和PSY8中检测到。其中，2-戊基呋喃赋予了酸奶豆类和青草味，这可能是由于在高浓度STE的PPI乳液中，PPI在界面处的吸附减少，而PPI在主体相中带来了更多的豆类气味。相反，2-甲基-1,2,4-三唑(2,3-a)吡嗪则带来了令人愉悦的坚果、烘焙、咖啡或可可般的香气。

通过热图（图6D）可视化了不同酸奶之间的挥发性成分差异，结果显示PPI和PPI-STE乳液显著影响了挥发性化合物的类型和浓度，使其与CY形成明显的区分。主成分分析（PCA）（图6C）进一步证实了这一点，前两个主成分（PC1和PC2）解释了87.4%的方差，表明模型的可靠性（Bao et al., 2025）。PC1占总体方差的64.5%，是区分样品的主要维度。在PC1上，PY、PSY1、PSY2和PSY4位于正区域，相关风味化合物使它们具有更明显的乳脂感、微酸性和坚果味。相比之下，CY位于PC1的负区域，并与乙酰戊酸有很强的相关性。PCA得分图清楚地显示了7种酸奶之间的差异，没有重叠，反映了它们各自独特的风味特征。总之，PPI-STE乳液的加入可以提高无脂酸奶的风味复杂性。

评估了酸奶在颜色、外观、风味、植物蛋白气味、酸甜平衡、顺滑度和稠度方面的感官接受度。雷达图分析（图6E）显示，CY的感官评分最低，而含有0.4% STE的乳液配方酸奶（PSY4）最受青睐。与CY相比，含有乳液的酸奶在质地、口感和视觉吸引力方面有所改善，同时减少了乳清分离。这些改善可以归因于多个相互关联的因素。乳液滴在酪蛋白网络中起到结构填充剂的作用，而PPI与酪蛋白之间的交联增强了酸奶的顺滑度和稠度。此外，发酵过程中的脂质和蛋白质水解产生了游离脂肪酸和氨基酸，前者是风味活性化合物的前体（Xiang et al., 2023）。油/水乳液系统还限制了空气与油脂的接触，从而减少了脂质氧化。STE有助于平衡酸奶的酸度并掩盖了PPI特有的豆类气味，提高了整体接受度。然而，在较高浓度下，STE可能会导致过甜的口感和苦味（Muenprasitivej et al., 2022），这解释了PSY6和PSY8的感官评分低于PSY4的原因。总体而言，PPI-STE乳液的加入显著提高了无脂酸奶的感官质量，显示出增强消费者偏好和整体产品质量的巨大潜力。

通过皮尔逊相关分析阐明了乳液颗粒大小与酸奶颗粒大小、质地、颜色和感官属性之间的关系（图7）。结果表明，乳液颗粒大小作为关键结构参数，与酸奶的质地性能、感官评分和颜色参数呈负相关。这表明较小的颗粒大小有助于形成更密集、更紧凑的三维网络，从而协同改善了产品的质地强度和视觉白度。此外，所有质地参数之间存在着强烈的正相关性，表明它们共同决定了酸奶的整体质地。仪器测量结果与感官评价一致；颜色参数可靠地预测了感官颜色评分。此外，质地的改善似乎有效地掩盖了植物蛋白的独特风味，表明结构修改可以间接增强风味感知。

图8展示了乳液增强无脂酸奶质量的机制示意图。在发酵过程中，酪蛋白胶束因酸的作用而聚集，而细分散的PPI-STE乳液滴在凝胶基质中起到结构填充剂的作用。它们融入酪蛋白网络中，有助于形成更加连续和均匀的三维微结构，PPI与酪蛋白之间的交联进一步强化了这一结构。这些结构变化解释了含有乳液的酸奶在W.H.C.（水分保持能力）、质地和流变性能方面的改进。重要的是，乳液中的STE浓度显著影响了酸奶的质量。使用较低STE浓度制备的复合乳液的颗粒尺寸比仅用PPI稳定的乳液更小。当这些更细的颗粒被加入酸奶时，它们加强了凝胶网络并提高了整体质量。相反，在高STE浓度下，尽管颗粒大小仍然较小，但STE微粒和过量分子的存在破坏了网络完整性，最终削弱了凝胶结构，降低了酸奶的质量。

总之，这项研究系统评估了PPI-STE乳液在改善无脂酸奶质量方面的有效性。结果表明，乳液在酸奶基质中均匀分布，有效地减小了颗粒大小，并促进了更密集、更加紧密的三维凝胶网络的形成。这些结构上的改进带来了更好的质地性能、更高的W.H.C.和更强的凝胶稳定性。特别是含有0.4% STE的酸奶（PSY4）表现出最小的颗粒大小、最高的W.H.C.和最理想的质地属性，以及更高的凝胶刚性和剪切阻力。此外，PSY4还含有最多样化的挥发性风味化合物，有效地增强了所需的香气，同时抑制了与豌豆蛋白相关的豆类异味。总之，PPI-STE乳液有效地增强了无脂酸奶的凝胶结构和机械性能，显示出作为脂肪替代品的巨大潜力，并为开发高质量、清洁标签的低脂乳制品提供了有用的参考信息。然而，关于乳液强化酸奶的长期稳定性以及消化率和生物利用度的研究仍需进一步探索。未来的体外和体内消化研究可能有助于评估PPI-STE酸奶的消化和吸收特性。