FH|南京农业大学占福朝副教授:油桥介导的毛细管泡沫稳定化:乳清分离蛋白颗粒与油相性质的界面协同作用

肥胖是全球重大公共卫生问题，降低膳食能量密度是肥胖防控的有效策略，其中充气食品通过增加体积而不改变能量，可促进饱腹感。然而，传统充气食品泡沫存在热力学不稳定性，小分子表面活性剂和蛋白质稳定剂难以形成长期稳定的界面膜，易受胃肠道环境破坏。前期研究发现乳清蛋白颗粒（WPs）与微量椰子油（CO）可形成“毛细管泡沫”，但颗粒与油脂特性如何协同影响泡沫形成和稳定的机制尚不明确，亟需系统研究以推动其在食品中的应用。

毛细管泡沫的形成分为两个关键阶段

研究发现，毛细管泡沫的形成过程主要包括两个阶段：首先，“油桥”连接颗粒形成网络结构；其次，生成由颗粒稳定的油膜包裹的气泡。通过偏光显微镜观察，在pH 5时（接近乳清蛋白等电点），乳清蛋白颗粒因表面电荷降低形成厚的粘弹性吸附层，作为支架锚定椰子油液滴，形成结晶油脂外壳包裹气泡，且过量的蛋白-油复合物在 Plateau 边界积累，增加连续相粘度，抑制液体排出。同时，界面张力和流变学结果显示，油脂的加入使界面从气-水界面转变为油-水或油-气界面，促进颗粒吸附，未吸附颗粒通过“油桥”形成渗透网络，为气泡提供空间限制，共同构建稳定的泡沫结构。

颗粒粗糙度显著增强泡沫稳定能力

研究表明，颗粒表面粗糙度对毛细管泡沫稳定性起关键作用。通过TEM和AFM表征，在pH 5时乳清蛋白颗粒形成聚集体，表面粗糙度最高（显著高于pH 3和pH 7的颗粒）。粗糙颗粒通过增强机械互锁作用，提高泡沫网络的稳定性。原子力显微镜图像显示，pH 5时颗粒宽度约50 nm-1 μm，高度20-120 nm，聚集体结构因二硫键作用保持稳定，这种粗糙结构使颗粒在界面吸附更牢固，且在外部变形下（如振幅扫描实验中），含油体系的界面扩张模量下降幅度小于纯蛋白体系，表明粗糙颗粒与油脂协同增强了界面网络的结构韧性，减少了变形导致的结构破坏。

油脂粘度是调控泡沫稳定性的决定性因素

研究发现，油脂粘度对毛细管泡沫的形成和稳定起决定性作用。低粘度油脂（50-100 mPa·s，如椰子油、葵花籽油）能有效沿气泡表面扩散，形成连续油膜，增强界面膜强度，提高泡沫稳定性；而高粘度油脂（如蓖麻油，粘度约1150 mPa·s）则难以扩散，易以油滴形式聚集在 Plateau 边界，导致液膜变薄、界面膜完整性破坏，显著降低泡沫稳定性。通过共聚焦激光扫描显微镜观察，低粘度油脂可均匀包裹气泡表面，而高粘度油脂在泡沫中形成离散油滴。此外，油脂极性对泡沫稳定性影响较小，不同极性油脂（极性指数8-15 mN/m）在低粘度条件下均能形成稳定泡沫，进一步证实粘度是关键调控因素。

颗粒和油脂浓度对泡沫性能有显著影响

研究表明，颗粒浓度和油脂浓度通过不同机制影响泡沫性能。颗粒浓度方面，随着乳清蛋白颗粒浓度从1%增加到4%，泡沫ability从约50%提升至200%以上，泡沫稳定性显著增强。当颗粒浓度为4%时，几乎所有颗粒参与形成界面网络，无明显颗粒沉降，气泡直径5-40 μm，符合延长饱腹感所需的结构要求（气泡直径<50 μm，体积膨胀>150%）。油脂浓度方面，泡沫ability随椰子油浓度增加而降低（0.1%时泡沫ability最高），但泡沫稳定性先降低后升高，最佳油脂浓度（0.1%）可平衡泡沫形成与稳定，过高油脂浓度（如5%）会形成凝胶状乳液而非泡沫，因过量油滴破坏气泡结构。

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