热处理对山羊奶和牛奶中酪蛋白胶束结构以及酸凝和凝乳酶凝胶特性的影响——采用SESANS方法进行研究

《Food Hydrocolloids》：Effect of heat treatment on casein micelle structure and acid and rennet gel properties in goat and cow milk – a SESANS approach

　　鸡蛋白泡沫通过四种非淀粉亲水胶体（黄原胶、羧甲基纤维素、 alginate和驼峰豆胶）稳定，其流变学特性基于Derec模型分析。研究发现，大多数体系表现出应变软化特性，而OVA与驼峰豆胶组合的泡沫呈现应变硬化特性。通过Lissajous曲线分解和Chebyshev系数分析（e3和w3系数），揭示了泡沫的非线性粘弹性行为及其与胶体浓度的关联。

　　鸡蛋白（OVA）基泡沫在非淀粉类水合胶体的稳定作用下，表现出类似软玻璃材料的特性。这类泡沫在食品工业中具有广泛的应用，其流变特性不仅影响泡沫的形成和稳定性，还决定了其在加工、储存和消费过程中的行为。本研究旨在利用Derec模型来描述由四种不同的非淀粉类水合胶体（黄原胶、羧甲基纤维素、藻酸盐和槐豆胶）稳定形成的OVA泡沫的流变特性演变过程，特别是其粘弹性塑性行为。通过分析模型参数，进一步探讨不同水合胶体对泡沫稳定机制的影响。

泡沫是一种典型的多相系统，通常由气泡和连续液相组成。由于其结构的不稳定性，泡沫容易发生破裂和合并，因此需要有效的稳定剂来延缓这一过程。水合胶体因其独特的物理化学性质，如高分子量、复杂的链结构以及与蛋白质的相互作用，常被用作泡沫稳定剂。在食品体系中，泡沫的稳定机制通常涉及两种途径：一种是通过表面活性剂分子改变界面性质，另一种是通过增加连续相的粘度来减少气泡的移动和合并。本研究主要关注后者，即水合胶体在连续相中的作用。

Derec模型是一种用于描述非线性流变行为的数学模型，它结合了单个Maxwell模型和一个描述流体结构变化的动能方程。该模型的核心在于通过流体性参数（fluidity parameter）D来反映泡沫结构随时间的变化，而D的演变则由动能方程中的参数控制。模型的参数可以被解释为与泡沫稳定机制相关的物理特性，例如泡沫的结构含量、结构的重组能力以及外部剪切力对内部结构的影响。通过对模型参数的分析，可以揭示泡沫在不同剪切条件下的响应特性，以及水合胶体如何影响泡沫的结构稳定性。

本研究采用大振幅振荡剪切（LAOS）方法来测量泡沫的流变特性，并利用Lissajous曲线的几何分解技术对数据进行分析。Lissajous曲线是一种用于描述非线性流变行为的图形工具，它能够将复杂的应力-应变关系分解为弹性部分和粘性部分。通过计算Chebyshev系数，可以进一步量化泡沫的非线性粘弹性行为，从而更深入地理解泡沫的结构变化和能量耗散机制。研究发现，大多数分析的泡沫体系表现出应变软化行为，而OVA与槐豆胶形成的泡沫则表现出应变硬化行为。这一结果表明，不同的水合胶体对泡沫的结构稳定性具有不同的影响，其中槐豆胶在增强泡沫结构方面表现出更强的能力。

在泡沫体系中，能量的积累和耗散是其流变行为的重要特征。能量积累主要发生在气泡界面处，表现为气泡形状的变化；而能量耗散则发生在气泡的运动和结构重组过程中，这与流体的粘弹性特性密切相关。泡沫的粘弹性塑性行为可以通过其流变曲线来体现，例如在剪切应力-应变曲线中出现的应力平台或应变软化/硬化现象。这些现象通常与泡沫结构的破坏或重组有关，是泡沫在加工过程中发生流动或变形的关键表现。因此，对泡沫流变特性的研究不仅有助于理解其结构稳定性，还能为食品加工技术的优化提供理论依据。

在食品体系中，泡沫的稳定性受到多种因素的影响，包括水合胶体的种类、浓度以及剪切条件等。不同类型的水合胶体因其分子结构和相互作用机制的不同，对泡沫的稳定效果也存在差异。例如，黄原胶、藻酸盐和羧甲基纤维素属于离子型多糖，它们的稳定性机制可能与电荷相互作用有关；而槐豆胶则可能通过增强连续相的粘度来提高泡沫的稳定性。因此，研究不同水合胶体对泡沫流变特性的影响，有助于选择更合适的稳定剂，以满足特定食品加工或产品开发的需求。

在本研究中，采用的Derec模型结合了流体性参数D和结构参数r，其中r表示泡沫中分散相的含量与临界值之间的关系，决定了泡沫从“静止”流体向塑性状态转变的阈值。当r大于零时，泡沫表现出塑性行为；当r小于零时，泡沫则表现出弹性行为。这一参数的取值反映了泡沫结构的复杂性，以及其在外部剪切力作用下的响应能力。此外，模型中还引入了其他参数，如u、λ、ν和ε，它们分别代表外部剪切力对结构变化的影响、弹性模量的变化率、粘性模量的变化率以及结构重组的指数等。这些参数的综合分析有助于揭示泡沫在不同剪切条件下的流变行为，并为泡沫的稳定性预测提供支持。

在实验过程中，研究人员通过改变水合胶体的浓度和剪切条件，系统地研究了OVA泡沫的非线性流变特性。结果表明，水合胶体的添加显著改变了泡沫的流变行为，其中槐豆胶对泡沫结构的增强作用最为明显。通过分析不同体系的Lissajous曲线和Chebyshev系数，研究人员发现，OVA与槐豆胶形成的泡沫在剪切过程中表现出应变硬化行为，而其他体系则表现出应变软化行为。这一结果可能与槐豆胶的高粘度特性以及其与OVA之间的相互作用有关。此外，模型参数的计算还表明，泡沫的流变特性受到剪切速率和应变幅度的显著影响，这进一步支持了泡沫作为非线性粘弹性塑性体系的观点。

本研究的结论表明，OVA泡沫是一种典型的粘弹性塑性系统，其流变特性在小应变范围内表现出线性粘弹性行为，而在大应变范围内则表现出非线性粘弹性塑性行为。这一特性在泡沫的流变曲线中得到了充分体现，特别是在剪切模量曲线（G''）中出现的最大值，反映了泡沫结构在剪切过程中的重组现象。此外，模型中所包含的参数，如r、υ和D，不仅能够描述泡沫的结构特性，还能反映其在不同剪切条件下的响应能力。因此，Derec模型为理解OVA泡沫的非线性流变行为提供了一个有效的工具，同时也为食品工业中泡沫稳定剂的选择和优化提供了理论支持。

本研究还强调了水合胶体在泡沫稳定中的重要作用。通过引入不同的水合胶体，研究人员能够观察到泡沫结构的变化，以及这些变化如何影响其流变特性。这不仅有助于理解泡沫的物理化学机制，还能为食品加工中的泡沫形成和稳定性控制提供指导。例如，在食品制造过程中，选择适当的水合胶体可以有效提高泡沫的稳定性，从而改善产品的质地和感官特性。此外，通过调整水合胶体的浓度和剪切条件，可以进一步优化泡沫的流变行为，使其更符合实际应用的需求。

综上所述，本研究通过对OVA泡沫在不同水合胶体稳定作用下的非线性流变特性进行系统分析，揭示了泡沫稳定机制的复杂性。Derec模型的应用使得研究人员能够从数学和物理的角度理解泡沫的结构变化和能量耗散过程，而Lissajous曲线的分解和Chebyshev系数的计算则为泡沫的非线性粘弹性行为提供了直观的解释。这些研究成果不仅深化了对食品泡沫体系的理解，还为食品工业中泡沫稳定剂的选择和优化提供了重要的理论依据。未来的研究可以进一步探讨不同水合胶体与蛋白质之间的相互作用机制，以及这些相互作用如何影响泡沫的稳定性和流变特性。此外，还可以结合更多的实验数据和先进的建模技术，以提高模型的预测能力和应用范围。