食品體系中泡沫的穩定性及其影響因素研究進展

陳玉峰，巫麗君，嚴紅云，孫 怡，高肖靜，劉書來，丁玉庭，周緒霞

（浙江工業大學食品科學與工程學院，浙江省深藍漁業資源高效開發利用重點實驗室，國家遠洋水產品加工技術研發分中心（杭州），浙江 杭州 310014）

泡沫是氣體分散在液體或半固體中的分散體系，因其獨特的性質被廣泛應用于多種行業領域，如食品、化妝品、清潔、能源礦產、金屬加工、醫療衛生等[1-4]。以界面為主導的食品結構與泡沫密切相關，如稀奶油、慕斯、冰淇淋、蛋糕、奶昔、啤酒和軟飲料，泡沫的存在賦予這些食品獨特的口感、質地和外觀[5-6]。將發泡技術應用于界面主導食品還可以降低產品密度與熱能攝入、降低成本、改善流變特性和增加比表面積，同時泡沫狀態也是評價其品質的關鍵性指標[7]。

食品中的泡沫包括水基泡沫和油基泡沫，并且可以產生泡沫的物質很多，例如卵磷脂、酪蛋白、乳清蛋白、溶菌酶等都被視為起泡性質優良的物質。近年來，從鱈魚、蘑菇和土豆等來源中制得的卵磷脂和明膠也可作為發泡劑，代替雞蛋和奶油制備食品級泡沫[8-10]，同時越來越多的研究表明，以多糖與蛋白質等材料制備的微納米顆粒同樣具有起泡和穩定泡沫的能力[11-12]。然而，食品中的泡沫屬于典型的熱力學不穩定體系，在沒有表面活性劑、食品乳化劑或微納米顆粒的情況下，泡沫高度不穩定，為減少氣-液界面表面積，界面較高的自由能自發降低的趨勢會促使發生排液、聚結和歧化等現象[13]。同時，由于食品體系中不同物質本身的物化特性、加工助劑、加工處理條件及技術等也會影響食品中泡沫的形成與穩定，因此，對于不同食品體系中泡沫穩定的影響機制需要從多角度來闡釋。

基于此，本文主要介紹食品中泡沫的失穩機制和不同物質的泡沫特性，概述不同界面主導食品中泡沫的穩定機制，并重點從氣-液界面分析表面活性劑或加工助劑、界面間固體顆粒對食品中泡沫穩定性的影響，最后基于加工處理條件和技術對泡沫界面和分散性的影響進行闡述，以期為推動泡沫在食品工業中的應用提供理論依據與技術指導。

1 食品中泡沫失穩的機制

泡沫是氣體分散在連續液體或半固體中高度濃縮的分散體[14]，根據將能量輸入連續相產生泡沫的方式，發泡技術可分為物理發泡、化學發泡和生物發泡3 種[8]。泡沫屬于熱力學不穩定體系，易受環境因素影響而被破壞，并最終導致兩相分離。為進一步闡明泡沫的失穩機理，許多研究嘗試建立不同方法進行解釋。從微觀到宏觀大致可分為4 類：界面、液膜間、多個氣泡間和氣泡層（圖1）。

圖1 不同角度研究泡沫失穩的方式[15-16]Fig. 1 Ways of studying foam instability from different angles[15-16]

從微觀角度，單個泡沫的失穩受多種因素影響，包括稠度系數、靜態和動態屈服應力、零剪切黏度、損耗模量、復模量、表面張力等[17-18]。此外，表面活性劑或固體顆粒在泡沫氣-液界面的吸附行為也是影響泡沫失穩性的因素[19]。而液膜間泡沫的穩定以液膜間作用力和高原邊界吸力等為主，相鄰氣泡間由高原邊界和液體薄膜（液膜）組成，理想的氣泡為正十二面體。如圖2所示，液膜夾在兩個高原邊界（圖中多個泡沫包圍形成的三角區域）中間，液膜壓力P1與氣泡內壓力相等（液膜呈平面界面），高原邊界處的壓力P2小于液膜壓力P1，液體會從液膜向兩側高原邊界流失，液膜逐漸變薄直至兩氣泡相觸破裂或歧化，這種切向力稱為高原邊界吸力。高原邊界吸力與氣泡的曲率半徑成反比，曲率半徑越小則高原邊界吸力越大，排液速度就越快，同時因重力發生的排液也會通過液膜和高原邊界向下流動，引起泡沫層整體排液[13]。相鄰兩個氣泡間隔一層液膜，這些作用在液膜間的徑向力同樣也會影響氣泡的穩定性，許多研究用液膜間分離壓力∏描述液膜間單位面積的力，其為DLVO理論的分離壓力（由范德華引力∏van和靜電斥力∏dl組成）和其他分離壓力∏non-DLVO（空間斥力等）之和[20]，表達式如下式所示。

由上述公式可知，正向的∏值有利于泡沫穩定，在一定范圍內，∏數值越大，泡沫越穩定。∏van會使兩氣泡相互趨近并聚結，兩氣泡距離越小，∏van絕對值越大，則不利于穩定。但當兩氣泡靠近到一定距離時會產生∏dl，阻止氣泡進一步趨近，因此分離壓力∏DLVO的大小取決于∏van和∏dl的共同作用。另外其他分離壓力∏non-DLVO，如空間斥力也會影響∏的數值，改變泡沫的穩定性。

圖2 泡沫微觀圖像[21]及其結構示意圖Fig. 2 Microscopic image of foam[21] and schematic diagram of its structure

從多個氣泡間相互作用的角度出發，將泡沫不穩定機制分為以下3 種類型：排液（液體因重力作用向下流出泡沫）、聚結（兩氣泡合并成一個大氣泡）和歧化（小氣泡合并入大氣泡）[22-23]（圖3）。泡沫的排液、歧化和聚結相互作用：隨著液體從泡沫中排出，液膜變薄并促使氣泡聚結，而氣泡聚結將導致進一步排液，歧化可以通過控制氣泡的尺寸影響排液，反之排液導致的液體體積分數變化也會影響歧化速率[3,24-26]。

圖3 多個氣泡間泡沫的不穩定機制Fig. 3 Three mechanisms for foam instability

不少學者也嘗試從宏觀角度來闡釋泡沫穩定的機制，泡沫柱動力學描述了泡沫整體的瞬間行為，包括泡沫的生長、排液和坍塌，具體表現為泡沫頂層破裂前后的泡沫體積分數變化，Rafael等[27]建立不同的泡沫柱動力模型，嘗試通過模型預測泡沫的生長速度和最終平衡高度，從宏觀尺度描述泡沫失穩機制，為工業化控制泡沫提供依據；而Hartland等[28]推測，泡沫的最終平衡高度會隨密度、表面張力和膜厚度的增大而減小，隨液體黏度、氣流速度和氣泡尺寸的增大而增大。不同發泡方法之間較難比較，因此，不少學者借用能量密度衡量其對泡沫容量、直徑和界面面積的影響[16]。能量密度是指輸入系統的能量，單位為J/m3，可以用于描述攪打和噴射過程中新界面區域的形成[29]。

2 不同食品體系中的泡沫

2.1 食品中具有泡沫特性的物質

食品體系中較為穩定的發泡現象往往是多種物質共同參與形成的結果。食品中具有發泡特性的一大類物質多來自于蛋白質，其中牛乳蛋白（酪蛋白和乳清蛋白）和雞蛋蛋白（卵清蛋白和溶菌酶）以其優異的發泡特性而廣泛應用于食品系統[30]。卵清蛋白是一種公認的起泡劑，具有良好的起泡性和泡沫穩定性，在糕點和甜品中均有應用，然而由于泡沫破裂或收縮，通常需要添加多糖（果膠、黃原膠、卡拉膠等）增加連續相的黏度從而維持其泡沫穩定性[31-33]。乳清蛋白具有優異的表面活性，因此非常適合泡沫結構的形成和穩定[34]，相較于乳清蛋白，酪蛋白酸鈉穩定的泡沫具有更高的體積膨脹率，然而，由于排液和氣泡聚結的綜合作用酪蛋白酸鈉會使泡沫體積分數減小[35]。

近年來，植物蛋白也表現出優越的泡沫特性，且因環保健康理念的興起備受推崇。花椒仔仁、大米中均可以提取得到有利于泡沫穩定的蛋白[36-37]。小扁豆類豆科蛋白的等電點約為4.6，親水性（～38%）和疏水性（～40%）殘基平衡，具有高表面疏水性和溶解度。因此，小扁豆類豆科蛋白在pH值分別為5.0和7.0時表現出良好的起泡能力和穩定性，同時還有研究將小扁豆類豆科蛋白在不同pH值下與瓜爾膠、黃原膠、果膠混合，發現添加多糖對蛋白質的起泡能力沒有顯著影響，但在pH 3.0和5.0時，泡沫穩定性大大增強[38]。Aquafaba是一種由鷹嘴豆制成的純素蛋清替代品，這種植物基液體在與食品相關的pH值和氯化鈉濃度條件下，既能作為發泡劑又能作為乳化劑，是良好的蛋清替代品[39]。除此之外，卵磷脂也是一種廣泛使用的發泡劑，它主要存在于蛋黃和大豆中，但天然來源的卵磷脂對酸性條件敏感，在高溫下起泡能力也會下降[9]。

2.2 不同食品中泡沫的穩定機制

水基和油基泡沫均賦予各類食品獨特的口感，同時也是檢驗其品質的代表性指標之一，尤其是酒、甜品、咖啡、奶制品、冰淇淋。表1列舉了不同食品體系（氣-水兩相體系和氣-水-油三相體系）的發泡方式及其促進起/發泡的關鍵性物質。

表1 不同食品體系的發泡方式及促進其起/發泡的關鍵性物質Table 1 Foaming methods for different foods and key substances which promote foaming

泡沫是啤酒、香檳等各類起泡酒的關鍵評價指標。有研究表明阿拉伯木聚糖在小麥啤酒泡沫特性的維持中發揮重要作用[45]。大麥蛋白、酒花酸和非淀粉多糖吸附于氣泡的氣-水界面是啤酒泡沫形成和維持穩定的主要因素；此外，添加樹膠、果膠、藻酸鹽、藻酸丙二醇酯等也可維持泡沫的穩定性。然而，飲料的酸堿度、氣體在液體中的溶解度和擴散率以及液體黏度等其他因素也會影響泡沫穩定性，其中脂類還會破壞泡沫的穩定性[40,46]。

咖啡頂部的泡沫層是高品質咖啡的標志，泡沫層可以保留揮發性芳香物質，防止濃縮咖啡冷卻過快，提高感官品質[47]。在濃縮咖啡飲料的頂部泡沫中，具有界面表面活性化合物的化學結構及其相互作用機制尚未完全闡明，但已知兩類具有表面活性的可溶性化合物——多糖（半乳甘露聚糖和阿拉伯半乳聚糖）和類黑素可促進泡沫的穩定[21]。速溶咖啡和濃縮咖啡的成分有所區別，濃縮咖啡中存在少量可溶性固體和親脂性成分，但速溶咖啡中不含可溶性固體和親脂性成分，因此，速溶咖啡泡沫的穩定性主要是通過咖啡中其他成分在水分蒸發過程中不可逆聚集形成固體顆粒并吸附在氣-水界面，增加了界面黏度，從而穩定氣泡[48]。

冰淇淋是一種冷凍充氣乳狀液（水包油型），冰淇淋中氣體體積分數可達10%～50%，泡沫主要由部分聚結的脂肪球、氣泡和冰晶在氣-液界面形成的剛性結構來穩定，其中還包括高分子質量多糖、礦物鹽和蛋白質[49-51]。為提高冰淇淋品質，許多學者尋找不同的添加助劑改善泡沫特性。研究發現，吐溫-20、蔗糖酯、酪蛋白酸鈉等乳化劑可以促進冰淇淋中脂肪和蛋白質的相互作用，抑制聚結；羧甲基纖維素、阿拉伯樹膠等增稠劑可以替代脂肪在結構中的作用，在界面吸附并形成網絡，賦予氣泡良好的穩定性，并在冰淇淋融化過程中抑制排液[42,52-53]。

攪打稀奶油是一種經攪打充氣后制得的乳制品，因其獨特的口感在飲料、甜品中均有廣泛應用。奶油是以乳脂肪、蛋白質為原料制成相對穩定的水包油型乳液，再經攪打充氣后形成較為穩定的泡沫結構[54]。在動物奶油中，酪蛋白和乳清蛋白起到主要的表面活性作用，β-乳球蛋白和α-乳清蛋白會緩慢地吸附在氣-水-油三相界面上，形成一層黏彈性膜穩定泡沫[44,55]。

3 基于氣-液界面特性解析影響泡沫穩定性的因素

3.1 小分子表面活性劑或加工助劑

食品中泡沫的形成往往是多種因素共同作用的結果，泡沫的制備和穩定性與表面活性成分的性質有很大關系[56]。表面活性劑可通過改變液體表面張力、吸附動力、表面黏彈性和兩相/三相界面之間的相互作用實現穩定液膜和泡沫的目的[20]。表面張力的演變包括兩個過程：表面活性劑分子向表面擴散和表面活性劑分子在界面吸附[57]。表面活性劑的吸附對液膜行為起主要作用，可以抵抗排液過程中局部變薄的現象，即表面活性劑的黏彈性效應使液膜動態穩定，同時承受由排液產生的切向應力，使得液膜達到“臨界厚度”。

食品中用于充當表面活性劑的物質有很多，皂苷的表面活性已被廣泛報道，它是一種新型的天然表面活性劑，會形成具有高泡沫穩定性的亞穩態泡沫。皂苷的表面活性歸因于其兩親結構，由與三萜或類固醇苷元相連的高分子質量糖苷組成，苷元的類型及連接的糖殘基數量顯著影響泡沫的界面吸附性能[58]。研究表明，皂角根提取物（富含72 種皂苷的復雜混合物）表現出非牛頓行為（其黏度隨剪切時間/應力的增加而下降，剪切停止可恢復原有黏度），在剪切時會呈現低黏度形態，這有利于包裹進更多氣體，而停止剪切后黏度增大阻止氣體溢出，因此皂角根提取物能夠產生具有彈性、高泡沫穩定性和高泡沫容量的亞穩態固體狀泡沫，且氯化鈉、蔗糖、乙醇和低酸堿度對泡沫性能沒有顯著影響，適當加熱還會增加泡沫容量[30]。Santini等[59]也研究皂苷和皂苷殼聚糖混合溶液對體系的影響，發現皂苷在溶液中具有高表面活性，并使膨脹黏彈性有所提高。除天然表面活性劑外，還有很多人工合成表面活性劑，例如聚甘油脂肪酸酯、蔗糖酯、司盤類、吐溫類、丙二醇脂肪酸酯等，這類物質會在氣泡的氣-水或氣-水-油界面形成瞬間快速吸附在界面上，形成單分子膜保護氣泡，并降低表面張力[60]。

研究發現中性pH值下沒食子酸能誘導乳清蛋白二級結構變化，促進蛋白在界面聚集，減少泡沫聚結、歧化，提高其發泡性能[61]。沒食子酸還能夠修飾酪蛋白酸鈉的表面活性，降低其表面疏水性，減小液膜處的表面張力，而酪蛋白酸鈉與沒食子酸由疏水作用和氫鍵驅動形成的絡合物，可以穩定空氣-水界面，使氣泡具有更高的界面厚度，提高界面黏彈性，因此沒食子酸也可作為潛在的加工助劑用于改善食品中泡沫的穩定性[22]。除此之外，蘇恩誼等[62]還利用天然甜味劑甘草酸自組裝制備納米纖維作為起泡穩定劑，該納米纖維會快速吸附到氣-水界面并形成多層界面纖維膜，固定泡沫結構形成超穩態泡沫。這些加工助劑在泡沫穩定方面的效果也非常顯著。

3.2 界面間固體顆粒

在泡沫穩定機制中，顆粒在氣-液界面的吸附被認為是泡沫實現高穩定性的必要環節，顆粒因其在氣-液界面上具有強不可逆的吸附性，實現了泡沫的穩定[12,63]。可用于制備食品級固體顆粒的物質大多為基于蛋白質的復合聚合物。大多數蛋白質都具有高表面活性，以此為基礎的蛋白質固體顆粒可以在氣-水界面吸附，但是許多其他材料，如多糖通常為非表面活性，需經過改性或與其他成分（如蛋白質）結合才能發揮作用[64]。如圖4所示，水流可在高原邊界內朝一定方向流動（水流方向受重力和壓差影響），高原邊界內固體顆粒的存在可以減緩水分流動，減少泡沫的排液行為，同時固體顆粒的剛性結構，也可在泡沫間的三維空間內形成機械屏障，阻止泡沫的聚結或歧化行為[65]。

圖4 氣泡間固體顆粒的穩定機制Fig. 4 Schematic diagram of the mechanism for the stability of solid particles between bubbles

3.2.1 蛋白質基固體顆粒

多數蛋白質可通過加熱、調節pH值或與其他物質反應等方式改性制得聚集態固體顆粒，并在穩定食品泡沫方面表現出優異的性能。酪蛋白膠束聚集體顆粒（casein micelle aggregates，CMAs）的存在以及膠粒的大小和結構決定了其所在分散體系的泡沫穩定性，完整的酪蛋白膠束結構和氣-水界面的膠束-膠束相互作用力是CMAs穩定泡沫的關鍵[55,66]，使CMAs能有效地將整個膜分割成半徑較小的膜單元，使膜破裂的臨界膜厚度減小。同時，CMAs顆粒有一定親水性，其在氣-水界面上的潤濕性會導致膜單元的曲率半徑變大，膜單位曲率半徑的改變進一步導致高原邊界與液膜間的局部壓差發生變化，從而降低排液速率，因此CMAs可用于提高乳制品泡沫的功能性，且泡沫穩定性隨CMAs濃度的增加而提高[67]。醇溶蛋白膠體納米顆粒可以通過改變pH值或溫度表現出更好的泡沫特性，其在氣-液界面的有序吸附可以明顯改善食品的發泡性和泡沫穩定性[5,68]。玉米醇溶蛋白顆粒（zein colloidal particles，ZCPs）加入到含多不飽和脂肪酸的鮮奶油中可以增強其泡沫穩定性，乳液中的粒子在液滴表面形成阻擋層，阻礙液滴進一步聚結，改善了氣-水-油三相體系的結構，ZCPs增強型攪打奶油在攪打過程中溢出率和泡沫穩定性更佳，并且表現出理想的硬度和形狀[69]。一些乳制品的發泡與蛋白顆粒的作用密切相關，牛乳中天然脂肪球的表面蛋白質組成影響泡沫穩定性[70]，乳清中的β-乳球蛋白具有獨特的三級和四級結構，熱處理和粒徑變化都會影響其表面疏水性，從而影響其聚集體在界面的覆蓋性能，進而影響泡沫穩定性[19,71]。除此之外，米糠蛋白通過在氣泡表面聚集形成界面膜，促進泡沫穩定；椰子蛋白通過脫酰胺反應使蛋白或肽的凈電荷數量增加從而促進起泡，并在膜內形成蛋白吸附層減少泡沫歧化；小麥蛋白通過減少粒子間靜電斥力和增加粒子間相互作用，減少泡沫排液和聚結。這些蛋白材料也可用于制備穩定泡沫的固體顆粒。

3.2.2 蛋白質基復合固體顆粒

其他物質和蛋白質復合制得的固體顆粒在泡沫穩定性方面也表現出優異的性能。研究表明，果膠等多糖與蛋白質復合的固體顆粒能夠促進泡沫穩定，其作用機理為：多糖/蛋白質復合顆粒在氣泡的氣-液界面吸附后，形成了黏彈性界面網絡結構，導致氣體滲透率降低，并抑制氣泡聚結，而果膠等多糖膠體的存在增加了整個連續相體系的黏度，進一步降低了氣泡間的排液速率，從而發揮較好的泡沫穩定作用[11,26,72-73]。蛋白質-淀粉顆粒體系可作為有效的發泡劑和穩定劑，Asghari等[74]將辛烯基琥珀酸酐改性淀粉（質量分數0～5%）添加到泡沫中，由于淀粉與蛋白質界面層的相互作用形成顆粒，泡沫穩定性提高至未添加改性淀粉組的12 倍，且不損害泡沫容量，其中，熱處理后的淀粉-蛋白質顆粒可將氣-水界面的泡沫穩定性提高至對照組的8 倍，其主要作用機理為淀粉與蛋白質相互作用在界面形成軟木塞狀結構，抑制泡沫排液。瓜爾豆膠、黃原膠和果膠與小扁豆類蛋白形成聚集體吸附于氣-液界面，形成堅硬而厚實的凝膠狀界面網絡，從而避免泡沫歧化，減緩了排液速度，并顯著增加泡沫的表觀黏度，促進泡沫穩定[75]。玉米蛋白水解物與單寧酸通過絡合作用形成的復合物會在界面上形成強黏彈性界面網絡，減緩氣泡間的液體流動，從而減少氣泡排液，實現泡沫的長期穩定[76]。

3.2.3 多糖固體顆粒

一些由多糖或多糖與其他材料制得的復合顆粒在食品中表現出良好的泡沫穩定性[77]。絕大部分多糖本身不具有表面活性，在食品中，大多是利用多糖在氣-液界面形成凝膠態結構，通過提升界面剛性來穩定泡沫，如波斯膠作為天然水膠體與黃原膠混合加入到巴氏殺菌蛋清中，通過蛋白質和水膠體之間的物理相互作用在氣-液界面形成彈性結構，減少因重力引起的排液，改善泡沫結構并提高巴氏殺菌蛋清泡沫的穩定性[78]。Beatrice等[79]利用植物細胞壁制備納米纖維，再與木聚糖、木葡聚糖和果膠結合制備一種復合顆粒，該材料會聚集在氣泡附近，在水中形成網狀（凝膠）結構，可以減緩氣泡間排液，具有良好的保水能力，由此制得的泡沫高度穩定。還有研究通過淀粉納米晶體與蛋白質網絡的結合制備由淀粉納米晶體粒子群和蛋白質三維網絡構成的界面膜，利用空間位阻穩定泡沫[80]。

3.2.4 其他物質固體顆粒

因安全性的要求，除了蛋白質、多糖等本身可作為食品的原料外，能夠用于制備固體顆粒的材料十分有限，有學者對碳酸鈣粒子能否用于食品中穩定泡沫進行研究，發現碳酸鈣親水性粒子首先需要部分疏水，用乳化劑使顆粒表面活化后才能吸附在氣-水界面，最終制得超穩定的水性泡沫[81]。Jiang Xiaoyi等[82]用辛烯基琥珀酸酐對嗜酸乳桿菌進行改性，提高了嗜酸乳桿菌表面疏水性，改性后的細菌能很好地吸附在油-水或氣-水界面并穩定泡沫。

表2列舉了可用于食品中泡沫穩定的固體顆粒以及制備方法和可能的穩定機制。

表2 食品中用于穩定泡沫的固體顆粒及其制備方法Table 2 Solid particles used for stabilizing foam in foods and preparation methods

4 加工處理條件和技術對泡沫穩定性的影響

除了不同食品體系、表面活性劑及加工助劑、界面間固體顆粒等，不同的加工處理條件（壓力、溫度、pH值、時間等）和加工技術（傳統機械攪拌技術、空化技術和微流體技術等）對泡沫界面的表面張力、泡沫的顆粒和網絡結構所產生的影響，也會改變體系的泡沫穩定性。

4.1 不同加工處理條件對泡沫界面的影響

加工處理條件的不同會顯著影響體系泡沫穩定性，例如pH值、壓力、溫度、時間等。此外，實現體系的泡沫穩定也要考慮體系自身的特性。醇溶蛋白對啤酒的泡沫特性起主導作用，Peng Dengfeng等[5]用不同pH值（3.0～5.8）處理醇溶蛋白納米顆粒發現，隨著pH值下降，醇溶蛋白納米顆粒粒徑減小，氣-液界面初始吸附速率減慢，無法在氣-液界面及時形成能夠抑制氣泡聚結的膜，界面穩定能力下降，起泡性和泡沫穩定性也顯著降低。壓力也會改變兩相間蛋白質聚集體的結構并影響體系的泡沫穩定性，有研究表明高壓射流工藝中的壓力變化對脫脂牛乳發泡和乳化性能有一定影響，當加工壓力大于300 MPa時脫脂牛乳黏度顯著增加，蛋白質大量聚集在氣-水界面，可以抑制泡沫聚結，這是因為高壓引起蛋白質膠束二級結構變化，聚集在界面的蛋白質形態發生改變并形成更大的聚集體，顯著提高了牛乳的起泡性[86]。此外，加工溫度對脂質晶體控制泡沫特性的體系的泡沫性質影響顯著。例如，加工溫度影響全脂牛乳中乳脂球的結晶狀態，在10～30 ℃時全脂牛乳的泡沫穩定性最低，這是因為此時乳脂的結晶狀態不利于其在氣-液界面上的吸附[87-88]。Heymans等[89]采用不同回火工藝處理食品級單甘酯時發現，加工時間和溫度對油凝膠性能影響很大，油相泡沫通過油脂晶體顆粒固定，溫度的變化首先影響界面油脂晶體的結晶和黏度，油脂晶體顆粒會形成較穩定的結晶網絡抑制氣泡聚結、歧化和排液。此外，奶油中油脂含量較高，油脂結晶網絡是控制奶油泡沫穩定性的關鍵，奶油加工中的急冷工藝使奶油迅速降溫，促使油脂晶體迅速微粒化，通過溫度控制界面晶體狀態以達到最佳的泡沫特性[90]。

然而，食品體系中的泡沫特性變化通常不是由單一因素直接造成，當溫度等因素對體系的泡沫穩定性影響有限時，選用不同的加工工藝所產生的效果不同。有研究表明，用亞臨界技術代替傳統熱水處理大豆分離蛋白，120 ℃亞臨界水處理后的大豆分離蛋白在氣-水和油-水界面表現出更高的表面活性、較低的聚集度和更靈活的構象，因此可以更好地吸附于界面，形成的密集界面層使泡沫容量和穩定性得到顯著改善[91]。類似地，超聲處理可以改變雞蛋卵白蛋白二級結構，并一定程度上提升其起泡穩定性[92]。由上述研究可知，加工處理條件的變化會對食品中的泡沫穩定界面產生較大影響（可能是改善也可能是削弱），但是不同的食品體系相差較大，單一的加工工藝和條件并不適用于所有食品，泡沫特性需要考慮多種因素的綜合影響，針對不同的食品探尋最適宜的工藝條件。

4.2 不同加工技術對泡沫分散性的影響

氣泡間壓差造成的泡沫歧化是造成泡沫體系崩塌的誘因之一。傳統的泡沫可通過轉子-定子混合、湍流混合和蒸汽噴射制得，雖然應用廣泛但無法控制氣泡大小，產生的氣泡粒徑分布高度分散，不利于泡沫穩定，因此生產結構盡可能均勻的單分散泡沫有助于泡沫穩定[93]。

傳統的物理發泡方式，例如利用最常見的機械攪拌裝置——廚房攪拌器進行發泡，其基于空氣夾帶和剪切作用下系統性氣泡破裂的原理：攪拌器先將空氣帶入混合液體產生大氣泡，大氣泡在連續剪切作用下破裂形成小氣泡，空氣夾帶和氣泡破裂相互作用導致氣體體積分數逐漸增加，平均氣泡尺寸減小直到達到平衡，獲得的氣泡尺寸可以在幾十微米到幾毫米之間，呈高度分散的狀態[94]。相比之下，澆注和插入噴射法產生的湍流行為會使進料溶液包裹更多的空氣，產生類似緊密堆積的六角單分散球體的理想泡沫，有利于泡沫穩定，目前在飲料中應用較多[15]。

空化技術在泡沫生產中也應用廣泛，其原理包括超聲波空化和流體動力空化（人為瞬間降壓），前者生產效率低，因此后者成為近年來的研究熱點，其原理是通過泡沫液體的快速流動，瞬間產生巨大壓降，從而產生空化氣泡，生產出微米級的理想氣泡[95]。微流體技術被認為是制備單分散泡沫的有效方式之一，微流體裝置可通過剪切力或自發破裂形成尺寸均一的單個氣泡，從而得到分散性較理想的泡沫，根據剪切裝置形狀的不同，可將其大致分為T形接頭、流量聚焦和共流裝置3 種，由此制得的氣泡大小一致，可減少歧化[93]。Muijlwijk等[96]使用微流控技術設計一種裝置，包括一個T型接頭，兩相在此處相遇并形成氣泡或液滴，通過微流體聚結通道分別探究聚結和液滴形成情況（圖5），該裝置有助于更好地了解乳化過程中的流體界面穩定性。

圖5 微流體裝置產生氣泡示意圖[96]Fig. 5 Schematic diagram of bubble generation in microfluidic device[96]

產生氣泡的技術還有很多，例如生物發酵、電解發泡、發泡劑發泡等[8]，此類發泡方式往往針對不同體系，無法作統一類比，因此應根據不同食品的要求，選擇合適的發泡技術以得到分散性好、尺寸形狀理想的泡沫，從而更有利于食品中泡沫的穩定。

5 結 語

在食品體系中，任一因素均可能影響泡沫穩定性，可在食品中應用的具有泡沫特性的物質有限，且需要在一定條件下多種物質聯合參與才能實現較好的泡沫穩定性。本文從食品中泡沫穩定的角度出發，介紹了泡沫失穩的機制，并探究了物質種類、界面行為、加工技術與處理條件等因素對食品體系泡沫穩定性的影響及機理。小分子加工助劑可以降低界面的表面張力，界面間固體顆粒可以吸附于液膜表面減少排液、聚結，加工處理條件與技術在宏觀上對體系內蛋白質等微觀物質產生影響，從而改變泡沫穩定性。基于此，本文提出了以下幾點展望：1）泡沫賦予了不同食品體系獨特的風味和口感，因此，可進一步挖掘不同食品穩定劑在風味泡沫/營養泡沫中的應用潛力，同時結合口腔摩擦學研究泡沫的存在對不同食品體系感官感知的影響。2）基于氣-水或氣-水-油等不同界面行為，尋求更為有效的食品級泡沫穩定劑仍是未來研究的一大重點。例如，可考慮同時降低泡沫表面張力和泡沫間排液，開發新型蛋白質/表面活性劑（例如卵清蛋白與皂素）固體顆粒，發揮雙重作用。3）表面活性劑晶體顆粒穩定泡沫在泡沫浮選等非食品領域的研究較多，但也為食品中油性泡沫的穩定提供了一個很好的方向，有望拓展油性泡沫穩定劑的選擇種類。例如，在十二烷基硫酸鈉中添加氯化鉀，高濃度的鹽會使表面活性劑在氣泡表面沉淀，并在氣泡之間的空隙中形成晶體，晶體顆粒分散在液體中，當泡沫形成時吸附于氣-液界面并減緩氣泡歧化和聚結，而停留在液體通道中的大量晶體相互堆積抑制泡沫排液，起到穩定泡沫的作用[97-98]。

綜上，泡沫在食品中的作用不可忽視，研究泡沫在食品中的穩定機制尤為關鍵，食品中理想的泡沫產品是多種機制綜合作用的結果，需要適當和可靠的方法描述食品泡沫穩定的機制，并借此實現對產品品質的控制，未來仍需進一步加強食品體系中泡沫穩定性的研究。