《Foods》：Molecular Sensory and GC-MS/MS Profiling of Key Aroma Compounds in Sauce-Flavor Base Baijiu
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本研究考察了果胶浓度（0.038%–0.462%）与均质化压力（5.85–34.1 MPa）对奶基可可饮料物理及微观结构稳定性的协同效应。研究人员采用中心复合旋转设计（Central Composite Rotatable Design, CCR
摘要专业翻译
本研究考察了果胶浓度（0.038%–0.462%）与均质化压力（5.85–34.1 MPa）对奶基可可饮料物理及微观结构稳定性的协同效应。研究人员采用中心复合旋转设计（Central Composite Rotatable Design, CCRD）优化上述参数，评估了持水力（water-holding capacity, WHC）、沉降率、乳析指数（creaming index）、表观黏度及胶体稳定性等关键质量属性。为阐明潜在稳定机制，研究整合了分子对接模拟，以评估果胶（D-半乳糖醛酸）与主要乳蛋白之间的热力学结合亲和力。数值优化确定0.40%果胶与10 MPa均质化压力为最佳配方及工艺条件。在该条件下，饮料获得最大WHC（86.04%），宏观相分离完全消除（沉降与乳析均未检出），表观黏度为67.39 mPa·s。机制层面，分子对接揭示了果胶与乳蛋白间强烈的多重氢键及静电相互作用，其中β-乳球蛋白表现出最强的预测热力学结合亲和力（?6.3 kcal/mol）。该大分子复合作用促进了显著的空间位阻与静电稳定效应，由高度负值的zeta电位（?30.8 mV）及扫描电子显微镜-能谱分析（SEM–EDS）所观察到的增强微观结构均匀性所佐证。严格的9个月储存研究表明其具有延长的动力学稳定性：结构完整性基本保持，尽管储存期间存在时间依赖的流变重排，宏观相分离仍被显著延缓。此外，感官分析显示消费者接受度较高，尤其在顺滑度与均匀性方面，优化配方优于所评估的商业对照产品。综上，这些发现证明了果胶在此类饮料体系中的有效性，并为改善复杂乳基分散体系的理化稳定性及货架期提供了实用的配方与加工策略。
论文解读文章
一、研究背景与目的
奶基可可饮料因其营养价值和感官吸引力而广受消费者青睐，但物理稳定性始终是乳品工业面临的核心技术挑战。这类饮料属于复杂胶体体系，包含乳蛋白、脂肪球、可可颗粒及溶解性碳水化合物。可可粉富含不溶性成分，在含水体系中极易引发相分离；同时，可可颗粒与连续乳相之间的固有密度差异可导致加工和储存过程中的沉降、乳析及相分离，从而降低产品质量和消费者接受度。沉降问题主要源于亲水胶体用量不足、胶体选择不当、可可粉粒径过大、脂肪和蛋白含量降低以及灌装温度过高等因素。
尽管已有研究证实多种稳定剂（如卡拉胶、结冷胶、羧甲基纤维素等）在巧克力奶饮料中的应用效果，但柑橘来源的果胶作为天然稳定剂的潜力尚未被系统评估。果胶是一种结构异质的多糖，由重复糖单元组成，其大分子结构主要包含三个结构域，以富含甲酯化D-半乳糖醛酸残基的链为特征。果胶的分子特性受植物来源、提取方法和条件、储存及后续加工处理等因素的强烈影响。此外，除配方中稳定剂体系外，生产工艺对最终产品质量同样至关重要。超高压均质化（UHPH）已被引入作为生产风味奶的方法，相比传统热处理具有更好的卫生保存和胶体稳定性。然而，果胶浓度与均质化压力对奶基可可饮料稳定性的联合影响尚未被系统研究。
因此，本研究设定了三个主要目标：（1）评估果胶浓度对奶基可可饮料物理稳定性的影响，并深入理解其稳定机制；（2）考察加工条件（特别是均质化压力）对果胶功能性及其稳定效果的影响；（3）根据最终饮料的理想理化及质量特性优化配方与工艺条件。
二、主要技术方法
研究人员采用中心复合旋转设计（CCRD）系统考察果胶浓度（0.038%–0.462%）与均质化压力（5.85–34.1 MPa）的协同效应。核心技术手段包括：通过离心法测定持水力（WHC）、21天储存期内测定沉降率与乳析指数（creaming index）、旋转黏度计测定表观黏度与扭矩、Zetasizer测定zeta电位、Mastersizer测定粒径分布、冷冻干燥结合扫描电子显微镜（SEM）进行微观结构表征并辅以能谱分析（EDS）测定元素组成、基于灰度共生矩阵（GLCM）的定量图像分析评估结构有序性。此外，研究采用AutoDock Vina v1.2.7进行分子对接模拟，评估果胶主要结构单体D-半乳糖醛酸（D-GalA）与α-酪蛋白、β-酪蛋白、α-乳白蛋白及β-乳球蛋白的结合亲和力与相互作用模式。响应面优化采用Design Expert软件，感官评价由10名 trained 巧克力与饮料技术专家执行。
三、研究结果
3.1 奶基可可饮料的理化性质
WHC在11个实验组间差异显著，范围为67.00%至86.50%。最高WHC（86.50%）出现在高果胶浓度（0.462%）配合20 MPa均质化压力的Run 2中，表明WHC随均质化压力升高至一定程度而增加，但过高压力可能破坏果胶结构从而降低其WHC。响应面分析显示，增加果胶浓度对WHC具有显著正向效应，而增加均质化压力倾向于降低该参数。
乳析指数范围为1.43%至28.27%。最高乳析指数（28.27%）出现在0.25%果胶配合最高均质化压力（34.1 MPa）的Run 4中，而最低值（1.43%）出现在0.25%果胶配合最低压力（5.85 MPa）的Run 8中。结果表明，过高的均质化压力，特别是在稳定剂浓度不足以覆盖新生成界面面积时，可能促进乳析而非改善稳定性。这归因于过度均质化效应——强烈机械剪切产生大量小液滴并显著增加总界面面积，若果胶等表面活性成分不足以稳定这些新界面，不完整表面覆盖可能促进液滴间相互作用、絮凝及更大浮力聚集体的形成。
pH在所有处理组间无显著差异，维持在6.83–6.89的窄范围内，这归因于乳品固有的缓冲能力。
表观黏度范围为26.53至80.68 mPa·s，随果胶浓度增加而显著升高。果胶含有大量亲水位点（主要为半乳糖醛酸残基），通过氢键和静电作用捕获并保留水分；同时果胶可通过吸附和缔合作用与酪蛋白胶束相互作用，在分散颗粒周围形成空间位阻层，增大分散相有效流体动力学体积并限制颗粒迁移，从而提高表观黏度。均质化处理引起的黏度变化可能归因于粒径减小、可可和脂肪形成更均匀稳定的悬浮液以及果胶和其他大分子的结构修饰。
3.2 优化
以最大化WHC同时最小化沉降和乳析指数为目标函数，将表观黏度（70–90 mPa·s）、扭矩（0.30–0.45 mN·m）和pH约束在工业可接受范围内，采用期望函数法进行数值优化，获得整体期望值高达0.994。最佳工艺参数确定为果胶浓度0.40%、均质化压力10 MPa。验证试验（n≥3）结果与预测值高度吻合：WHC为86.04%，黏度为67.39 mPa·s，扭矩为0.293 mN·m，确认了CCRD优化模型的可靠性和准确性。
3.3 分子结合机制与对接模拟
分子对接结果显示，α-酪蛋白与D-GalA的相互作用由氢键和静电作用共同介导，与Gln170形成一个氢键（2.76 ?），并与Arg166形成两个盐桥（4.13和4.49 ?），预测结合能为?4.2 kcal/mol。β-酪蛋白与D-GalA形成四个氢键网络（涉及Val216、Gly218和Phe220），结合能为?3.7 kcal/mol，为所研究蛋白中最低亲和力。α-乳白蛋白与D-GalA形成三个氢键（Glu49、Leu105和Ala106），结合能为?5.3 kcal/mol。β-乳球蛋白表现出最优预测结合亲和力（?6.3 kcal/mol），由涉及Trp19、Tyr42、Gln59、Cys160和His161的七个预测氢键网络稳定。这些结果表明D-GalA能够通过氢键和盐桥与酪蛋白及乳清蛋白相互作用，有助于解释优化配方中观察到的增强物理稳定性。
3.4 Zeta电位与胶体稳定性
优化配方饮料的平均zeta电位为?30.80 mV，表明胶体体系稳定。果胶因其负电荷以及与带正电组分（如乳铁蛋白或酪蛋白）通过静电作用和氢键相互作用的能力而增强zeta电位，增加颗粒间静电排斥，防止聚集。
3.5 微观结构
3.5.1 扫描电子显微镜（SEM）
无亲水胶体对照组在所有放大倍数下均呈现高度异质和破碎的结构，存在大而不规则的孔隙和不均匀表面形貌。优化配方则呈现显著致密且均匀的微观结构网络，孔隙尺寸明显减小，结构组分空间分布均匀。这主要归因于果胶高效吸附于乳蛋白表面，以及优化均质化压力促进增强的蛋白-多糖相互作用。果胶作为强阴离子多糖，通过“空间稳定”机制在蛋白颗粒表面形成保护层，阻止紧密空间接触和自发聚集。商业产品虽比无胶体对照致密，但仍可见显著异质性和局部聚集。
3.5.2 能谱分析（EDS）元素组成
两种样品中碳（C）、氧（O）和氮（N）为主导元素，反映乳-可可基质的有机本质。优化配方中磷和氧含量显著高于无胶体配方，可能归因于果胶与酪蛋白胶束的静电相互作用促进胶束重排，改善含磷结构域的保留和空间分布。钠、氯和钙含量在优化配方中显著较低，表明微观结构更均匀、局部矿物质积累减少。
3.6 感官评价
优化配方在顺滑度、口感、均匀性和整体接受度方面显著高于无胶体样品，而风味无显著差异，表明亲水胶体主要影响物理属性而非改变可可饮料的固有风味特征。改善的均匀性和减少的颗粒聚集有助于更顺滑的质构和更佳口感。
3.7 储存稳定性
9个月储存监测显示双相稳定特征。储存前3个月WHC保持统计不变（85.50%–83.55%），第5个月起显著下降至79.80%，第9个月末降至76.75%。沉降在最初2个月统计上不可检出，第3个月开始出现（0.23%），第4个月显著升至2.25%，第9个月达14.50%。乳析指数第2个月即出现统计显著升高（1.15%），第9个月达5.13%。pH在整个储存期保持稳定（6.87–6.58）。表观黏度从第3个月起持续升高（75.88 mPa·s），第9个月达104.55 mPa·s，归因于果胶-酪蛋白复合物在储存期间的微观结构重排导致更紧密堆积，增强颗粒间相互作用。扭矩变化与黏度趋势一致，第5个月显著升高（0.377 mN·m），第9个月达0.469 mN·m。
四、讨论与结论
研究证实果胶浓度与均质化压力在增强奶基可可饮料物理稳定性方面具有协同潜力。0.4%果胶通过静电网络与乳蛋白相互作用，提高黏度和WHC，同时减少沉降和乳析；10 MPa的中等均质化压力促进可可均匀分散和微观结构均质性。优化配方在感官属性（外观、风味、口感）和9个月储存性能方面均优于商业对照产品，储存期间黏度和相分离的渐进变化归因于长期果胶-蛋白重排而非完全失稳。这些发现确证果胶可作为天然替代稳定剂，在工业加工条件下成功应用于生产稳定、均匀且消费者可接受的饮料产品。未来研究可探索果胶与其他亲水胶体的协同作用，或采用先进加工技术进一步缓解长期不稳定性问题。
