骆驼奶的界面特性及其对微泡稳定性的影响

《Food Hydrocolloids》：Interfacial properties of camel milk and their influence on microfoam stability

本研究通过流变学和泡沫特性分析，比较了骆驼奶与牛奶在空气-水界面性能及其对泡沫流变性的影响。结果表明，骆驼奶蛋白扩散更快（Kd=0.399 mN/m s??.?），表面活性更强，形成更稳定的泡沫（泡沫黏度～4000 Pa·s），其非线性能源耗散比（φ）和弹性模量（E'）显著高于牛奶，表明其在发泡应用中可作为牛奶的替代品。

　　
本研究系统对比了骆驼奶（CM）与牛乳（BM）在空气-水界面性能及泡沫流变学特性的差异，揭示了骆驼奶作为新型泡沫介质的应用潜力。研究通过表面张力动力学、流变学分析及泡沫结构表征三维度展开，发现CM在界面蛋白扩散、吸附及重构效率上显著优于BM，其泡沫体系表现出更优的力学性能与稳定性。

在表面动力学方面，CM蛋白质（α-乳白蛋白为主）展现出更快的扩散速率（3.99×10?1 mN/m s??.?）和吸附速率（2.6×10?3 s?1），较BM分别提升57%和72%。这种快速界面响应源于CM特有的蛋白质组成：α-乳白蛋白浓度达2.3 g/L（为BM的2倍），同时缺乏β-乳球蛋白，而BM中β-乳球蛋白占比达9.8 g/L。CM的界面张力在低浓度（0.0001 mg/mL）下稳定在72.6 mN/m，经3500秒测试后仍维持68-72 mN/m区间，而BM在此条件下表面张力下降至65 mN/m，显示CM的界面膜更持久稳定。

流变学分析显示CM界面膜具有显著的非线性特性。通过Lissajous曲线分析发现，CM在应变0.3-0.5区间出现明显的应变硬化现象（S因子达0.334），而BM在相同应变下仅达到0.225。能量耗散比（φ）数据显示，CM在低应变（0.05-0.1）时φ值仅为0.19，显著低于BM的0.46，表明CM界面膜在初始变形阶段更易保持弹性储能。当应变超过0.2时，CM的φ值持续上升至0.49，而BM在相同区间内φ值波动较大（0.46-0.72），显示BM的界面膜结构在变形过程中更不稳定。

泡沫形成机制方面，蒸汽注入法使两种奶液均形成单峰分布（60 μm）的微米级气泡。CM泡沫在临界应力（6.6 Pa）以下表现出更高的粘弹性，其屈服应力（τ?）达4.48 Pa，是BM（3.78 Pa）的1.18倍。动态泡沫分析仪显示，CM泡沫在初始10分钟内液体含量（LC）从40%降至24%，而BM从37%降至29%，但两者在后续排水速率（每小时减少量约7%）和最终气体分数（83% vs 85%）上无显著差异。值得注意的是，CM泡沫的粘弹性特性使其在剪切应力超过临界值后表现出更快的剪切稀化（从4000 Pa·s骤降至142 Pa·s），而BM泡沫的粘度衰减呈渐进式（186→1175 Pa·s）。

微观结构分析揭示CM的脂肪球直径（2.78 μm）较BM（4 μm）小62%，其表面膜中α-乳白蛋白与血清白蛋白形成的交联网络密度更高（17个二硫键/分子）。通过气泡运动轨迹追踪发现，CM泡沫中气泡上升速度（0.49 mm/s）较BM（0.68 mm/s）低29%，但气泡最小面积（5.2 μm2）较BM（5.8 μm2）小10%，这种"慢速-紧凑"的气泡运动模式有效维持了泡沫结构的均匀性。特别在蒸汽注入温度（65°C）下，CM的α-乳白蛋白热稳定性（最佳功能温度63-65°C）使其能更好抵抗热变性，而BM在此温度下β-乳球蛋白的 unfolding 会导致界面膜强度下降。

研究创新性地将界面流变学与泡沫动力学结合分析：CM的界面膜在0.15应变下即进入非线性响应区，较BM的0.25应变提前65%；在最大应变（0.5）时，CM的储能模量（E'）仍保持40 mN/m，而BM已降至24 mN/m。这种差异源于CM特有的蛋白质组成：15.6 g/L的β-酪蛋白和0.8 g/L的κ-酪蛋白形成更致密的网络结构，同时2.3 g/L的α-乳白蛋白通过Ca2?交联作用强化界面弹性。当应变超过0.3时，CM的储能模量较BM高47%，这直接导致其泡沫在临界应力（6.6 Pa）时表现出更强的抗变形能力。

在工业应用层面，研究证实CM泡沫在保持结构完整性的同时，其屈服应力（4.48 Pa）和剪切稀化速率（4000→142 Pa·s）为食品加工提供了新选择。特别是在需要高粘弹性泡沫的领域（如乳制品加工、3D打印生物墨水），CM展现出更优的力学性能：其泡沫在剪切应力超过临界值后，粘度衰减幅度是BM的3.2倍（4000→142 vs 186→1175）。此外，CM泡沫的气泡分布密度（每平方毫米83个）较BM（65个）高28%，这种更密集的气泡结构有利于形成均匀质地和稳定泡沫层。

研究还发现CM的表面活性动力学与泡沫稳定性存在非线性关系。虽然两者泡沫的体积稳定性（10分钟内保持率）无显著差异（CM 80% vs BM 73%），但CM泡沫在初始阶段（0-60秒）的液体流失量仅为BM的65%，这与其界面膜在低应变下的高储能特性密切相关。特别值得注意的是，CM泡沫在剪切稀化阶段的粘度衰减曲线（142→65 Pa·s）较BM（186→117）更陡峭，表明其结构重组速度更快，这源于CM中更高浓度的表面活性蛋白（α-乳白蛋白占比达67%）。

在应用前景方面，研究证实CM泡沫的力学性能优于BM，这主要归因于三个关键因素：1）更高的α-乳白蛋白浓度（2.3 g/L vs 1.1 g/L）；2）更优的蛋白质-脂质相互作用（CM脂肪球直径小62%）；3）更强的分子交联能力（CM每个分子含17个二硫键）。这些特性使得CM泡沫在需要高粘弹性（如奶酪制作）和快速排水控制（如泡沫混凝土）的场景中具有显著优势。实验数据显示，CM泡沫在30%应变下的储能模量（E'）达到41 mN/m，是BM同应变下的1.7倍，这种差异在蒸汽注入温度（65°C）下尤为明显。

研究同时揭示了表面活性蛋白在泡沫形成中的主导作用：CM的α-乳白蛋白在界面吸附后形成致密的三维网络结构，其分子间距离（3.2 nm）较BM的4.1 nm更短，这种紧凑排列增强了膜的机械强度。在动态泡沫分析仪观察到的现象进一步验证：CM泡沫在60秒后仍保持85%的气体体积，而BM降至78%。这种差异直接来源于CM界面膜在0.3应变下的高强度表现（储能模量41 mN/m vs BM 24 mN/m），使得CM泡沫在相同剪切应力下能承受更大变形而不破裂。

综上所述，本研究不仅阐明了骆驼奶蛋白质在界面行为上的独特优势，还建立了从微观界面特性到宏观泡沫性能的完整构效关系。其创新性在于将流变学分析与泡沫结构动态结合，揭示了表面蛋白扩散速率（Kd）、储能模量（E'）和剪切稀化特性之间的定量关联。研究数据表明，当泡沫需要同时满足高粘弹性（如保持泡沫结构）和快速流动性（如加工过程）时，CM泡沫的屈服应力（4.48 Pa）与剪切稀化速率（4000→142 Pa·s）的组合特性更为理想，这为开发新型功能性泡沫产品提供了理论依据。