植物与乳清蛋白稳定卡布奇诺泡沫的构象变化及稳定性机制研究

针对植物基奶泡干燥僵硬、易坍塌的问题，研究者通过对比蒸汽注入与搅拌两种发泡方式，结合高乙酰结冷胶（gellan）增稠剂，揭示了泡沫稳定性主要受液相粘度（η）和气泡重组动力学（Ca/Wec ）调控，为改善植物基卡布奇诺泡沫品质提供了理论依据。

　　

早晨的一杯卡布奇诺，绵密的奶泡是灵魂所在。然而，当人们尝试用植物奶替代传统牛奶时，常常遭遇泡沫干涩、易塌陷的尴尬。这不仅影响口感，更成为阻碍消费者转向环保饮食选择的关键瓶颈。据统计，食品生产贡献了全球26%的温室气体排放，而植物基替代品被视为减排的重要路径。但若其感官体验无法媲美传统乳制品，可持续转型将举步维艰。

针对这一难题，由Nestlé S.A.等机构组成的研究团队在《Food Hydrocolloids》发表论文，首次系统解析了植物与乳清蛋白（WPI）稳定泡沫的差异机制。通过对比商业咖啡机蒸汽注入与家用搅拌两种发泡工艺，结合高乙酰结冷胶（high acetyl gellan）增稠策略，揭示了泡沫稳定性背后的流体力学与界面科学原理。

关键技术方法
研究采用蒸汽注入（模拟咖啡店）和机械搅拌（模拟家用）两种发泡方式，通过空气体积分数（φ_a
）和气泡尺寸分析评估发泡效率。利用高乙酰结冷胶调控液相粘度（η），结合圆二色谱（CD）检测蛋白质二级结构变化，同步监测泡沫排水动力学（基于Plateau边界理论）和气泡粗化（Ostwald ripening）过程。实验选用豌豆蛋白浓缩物（PPC）与乳清蛋白（WPI）作为植物/乳品模型。

研究结果

1. 发泡工艺的剪切场差异
蒸汽注入产生的湍流剪切（Ca=ηγr/γ）使气泡初始尺寸更小（d_m
≈50μm），但总空气体积分数（φ_a
=0.55）低于搅拌（φ_a
=0.68）。后者因涡流作用形成更粗大（~150μm）但更稳定的气泡网络。

2. 粘度对排水动力学的调控
添加0.1%高乙酰结冷胶使液相粘度提升3倍，显著延缓排水速度（τ_drain
∝η/ρgr_b
²
）。蒸汽泡沫因加热导致结冷胶构象变化，排水速率仍快于搅拌泡沫，证实低温剪切工艺的优势。

3. 蛋白质结构的次要作用
CD光谱显示发泡后β-折叠含量仅降低2%-5%，说明蛋白质聚集态变化并非泡沫稳定性差异的主因。这与传统认知中蛋白质表面活性主导的假设相悖。

4. 感官与流变学的关联
当φ_a

0.64（随机密堆积阈值）时，泡沫呈现屈服应力流体特性。植物泡沫因快速排水导致φ_a
迅速超过临界值，产生干涩质地；而增稠剂通过抑制排水维持φ_a
在0.6-0.7的理想区间，实现拿铁艺术所需的流变平衡。

结论与意义
该研究颠覆性地指出：植物奶泡的缺陷主要源于发泡工艺的剪切场差异（Ca/We_c
）与排水速度，而非蛋白质分子特性。通过剪切稀化型增稠剂（如gellan）调控液相粘度，可低成本解决植物泡沫稳定性难题。这一发现不仅为食品工业提供了明确的技术路径（优化剪切工艺+粘度控制），更从流体物理学角度重新定义了泡沫品质的评价维度，推动植物基产品向"感官可持续性"迈出关键一步。正如作者Tim Wooster强调："完美的非乳制卡布奇诺，始于对Plateau边界流动的精准掌控。"