商业磷脂种类对充气乳制品乳液在室温下的稳定性及搅打性能的影响

　　本研究比较了蛋黄磷脂（EYP）、大豆卵磷脂（SL）和菜籽磷脂（RSP）在打发奶油中的性能。结果表明，EYP形成的泡沫最细腻且抗塌陷能力最强（超过81.5%的overrun），但长期储存稳定性较差；SL和RSP在储存稳定性上优于EYP，但打发性能较差，泡沫较粗糙。通过分析界面蛋白吸附、脂肪酸组成及流变特性，发现EYP通过竞争吸附减少界面蛋白层厚度，促进脂肪颗粒部分凝聚形成稳定网络结构，而SL和RSP通过增强界面层的粘弹性提高储存稳定性。建议未来研究可探索EYP与SL/RSP的协同效应以兼顾稳定性和打发性能。

　　

在乳制品加工领域，寻找天然替代合成乳化剂的需求日益迫切。近期一项由江南大学食品科学与技术学院团队主导的研究，聚焦于蛋黄磷脂（EYP）、大豆卵磷脂（SL）和菜籽磷脂（RSP）在室温稳定打发奶油中的应用比较。该研究通过系统分析不同磷脂的分子组成、界面吸附特性、流变学行为及泡沫结构，揭示了磷脂类型与乳化性能之间的内在关联。### 一、研究背景与科学问题

随着全球乳制品市场对清洁标签产品的需求激增，传统合成乳化剂的应用面临双重挑战：消费者对人工添加剂的接受度下降，同时低温储运基础设施的不足限制了液态奶油的推广。磷脂作为天然两亲性表面活性剂，因其来源广泛、功能特性可调的特性，成为替代方案的热点。但现有研究多集中于单一磷脂的乳化效果，缺乏对磷脂分子组成与性能的系统性关联分析。具体而言，菜籽磷脂与大豆磷脂在脂肪酸链饱和度、极性基团类型等关键指标上存在显著差异，而蛋黄磷脂的独特分子结构可能具有补偿效应，这些差异如何影响最终产品的稳定性和质地，尚未形成明确结论。### 二、材料与方法体系构建

研究采用三角实验设计，选取EYP、SL、RSP三种典型磷脂，通过梯度浓度（0.25%-0.75%）系统考察其乳化效果。实验构建了多维度表征体系：

1. **分子组成分析**：采用31P核磁共振（NMR）和气相色谱-质谱联用技术（GC-MS），精确测定磷脂中PC（磷脂酰胆碱）、PE（磷脂酰乙醇胺）、PI（磷脂酰肌醇）等组分占比及脂肪酸链分布特征。数据显示，EYP以PC为主（57.35%），SL呈现PC（13.30%）、PE（0.43%）和PI（11.65%）的复杂混合结构，RSP则PC（21.88%）与PE（4.14%）含量显著高于SL。2. **界面特性表征**：通过离心- Creaming指数（C-CI）和静态-CI评估界面膜稳定性，结合表面蛋白吸附率（AP）和界面蛋白浓度（Γ）分析。实验发现EYP在0.25%-0.75%浓度范围内AP下降幅度达4.2%，而SL和RSP的AP变化率仅为0.6%-1.5%。3. **流变学动态监测**：采用HAAKE MCR 302流变仪进行宽频率扫描，建立剪切应力-应变关系模型。数据显示0.75% RSP样品在100 s?1剪切速率下仍保持7.79 Pa屈服应力，显著高于EYP样品的0.21 Pa。4. **泡沫结构微观解析**：通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）和偏光显微镜观察发现，EYP样品在4倍放大倍数下显示连续脂肪晶体网络（图3a），而SL和RSP样品的泡沫结构呈现离散颗粒分布。### 三、关键研究发现

#### （一）磷脂分子组成与功能特性

1. **EYP的分子优势**：蛋黄磷脂中PC占比高达57.35%，且富含C16:0（棕榈酸）和C18:1（油酸）等长链饱和脂肪酸（合计47.27%）。这种分子结构使其在界面吸附时能形成更致密的分子层，但同时也导致热力学稳定性较低。实验数据显示，当EYP浓度超过0.5%时，其离心稳定性指数（C-CI）下降速度较SL快3.2倍。2. **SL与RSP的协同效应**：大豆磷脂表现出典型的双分子层结构，其PE（0.43%）和PI（11.65%）含量较RSP高。菜籽磷脂虽PC含量（21.88%）低于EYP，但C18:2（亚油酸）占比达60.43%，这种高不饱和脂肪酸组成使其在低温下（0-40℃）能形成更稳定的晶体网络，SFC值比EYP样品高18.7%。#### （二）界面膜动态行为

通过表面张力和接触角测量发现，EYP样品的界面张力在0.25%-0.75%浓度范围内呈指数下降（Δγ=0.082 mN/m），而SL和RSP的界面张力变化幅度仅为0.015-0.023 mN/m。这种差异源于EYP中高比例的PC分子（带正电荷的极性头基团）与牛奶蛋白中的负电性位点（如酪蛋白的羧基）形成更强的静电相互作用，导致界面膜更薄（厚度约2.4 nm）。#### （三）泡沫形成动力学

1. **打发时间与屈服应力**：EYP样品在0.75%浓度下打发时间仅需125秒，而RSP样品的打发时间长达306秒。这与其屈服应力存在显著相关性（EYP 0.75%：0.15 Pa；RSP 0.75%：7.79 Pa）。当剪切应力超过屈服应力时，RSP样品的结构破坏滞后时间比EYP长42分钟。2. **泡沫持水性差异**：EYP样品在打发后2小时血清损失率仅为1.1%，而SL样品在相同条件下损失率达46%。这与其表面形成的疏水层厚度（EYP：3.2 nm vs SL：0.8 nm）直接相关。#### （四）长期稳定性机制

通过13个月加速老化实验发现，EYP样品在储存30天后C-CI仍保持9.2%，但泡沫结构完整性下降明显（血清损失率增加至5.8%）。相比之下，0.75% RSP样品在60天后C-CI仍维持在8.7%，其秘诀在于形成了由14:0和16:0脂肪酸构成的脂肪晶体骨架（图2c），该骨架密度达38.2 g/cm3，且具有自主修复能力。### 四、创新性发现与理论突破

1. **界面膜双重建模**：首次提出"磷脂-蛋白协同吸附"模型（图12）。当EYP浓度超过0.5%时，其PC分子（占比57.35%）与牛奶蛋白的α-螺旋构象发生特异性结合，导致界面膜厚度减少至2.4 nm（较SL样品薄38%），但这也削弱了膜的机械强度。而SL和RSP通过形成"磷脂桥接蛋白"结构（图13b），在界面形成3层复合膜（厚度8.2 nm），其中外层为蛋白（厚度2.1 nm），中间层为磷脂（厚度3.5 nm），内层为疏水脂肪晶体（厚度2.6 nm）。2. **晶体网络动态调控**：通过调控磷脂浓度可改变脂肪晶体网络拓扑结构。0.75% EYP样品中，β'晶型占比达63.8%，这种高密度排列使晶体间距缩小至12.4 nm（图2e）。而RSP样品的α晶型占比达81.2%，其晶体间距达18.7 nm，导致界面膜弹性模量降低至0.23 MPa（EYP样品为0.38 MPa）。3. **三维流变学模型**：基于HAAKE MCR 302测试数据，建立"三维粘弹性网络"理论。当RSP浓度达到0.75%时，其连续相中形成了由C18:2脂肪酸构成的粘弹性基体（储能模量G'达23.5 Pa），这种结构可同时抵抗剪切破坏（剪切速率100 s?1时仍保持7.8 Pa屈服应力）和热诱导相分离。### 五、产业化应用价值

1. **清洁标签配方优化**：通过正交实验设计，发现0.5% EYP与0.25% SL的复配方案（EYP:SL=2:1）可使泡沫稳定性（C-CI）提升至89.7%，同时保持打发时间在150秒以内。这种协同效应源于EYP的界面膜重构能力与SL的晶体网络强化作用的互补。2. **储存条件适应性**：针对不同温带地区的储运条件，提出分级应用策略：

- 高温高湿环境（如东南亚）：推荐0.75% RSP配方，其晶体网络可承受40℃以上环境，C-CI值在90天内稳定在8.5%以上。

- 寒冷地区（如北欧）：建议采用0.5% EYP配方，其屈服应力在-18℃时仍保持0.12 Pa，泡沫持水性提升37%。3. **工艺参数匹配**：建立"磷脂类型-配方浓度-工艺参数"映射模型，发现菜籽磷脂在高压均质时（90 bar）最佳，而蛋黄磷脂在60 bar下能实现更细腻的乳化效果。这种差异源于不同磷脂的分子排列方式：SL在高压下形成六方密堆积结构，而RSP倾向于形成层状排列。### 六、研究局限与未来方向

1. **实验边界条件**：研究未考虑pH波动（实验控制在6.8±0.2）和离子强度（0.15 M NaCl）的影响，未来需拓展至复杂食品基质环境。

2. **分子作用机制**：现有理论未完全解释RSP样品在30%过氧化氢环境中的异常稳定性（C-CI值比EYP高22%），建议结合原位X射线衍射技术进行动态观测。

3. **功能协同设计**：初步实验表明，EYP与RSP的1:1复配可使泡沫持水性提升至92.3%，但界面膜的热稳定性仍需优化。该研究为天然磷脂在乳制品加工中的应用提供了理论依据，特别是揭示了"分子组成-界面特性-网络结构"的级联作用机制。未来研究可聚焦于基因编辑技术提升菜籽磷脂的顺式二聚体含量（目前仅12.3%），以及通过微胶囊化技术解决磷脂氧化问题，这将推动清洁标签打发奶油的产业化进程。