《Foods》：Microencapsulated Spent Coffee Grounds Extracts Inhibit Enzymatic Browning In Vitro and In Silico
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亲水性蔗糖酯（hydrophilic sucrose esters, SEs）广泛用于搅打奶油，但其分子结构、界面行为和搅打性能之间的关系尚不清楚。本研究研究了三种亲水性蔗糖酯S1170、S1570和P1570在酪蛋白酸钠（sodium caseinate,
亲水性蔗糖酯（hydrophilic sucrose esters, SEs）广泛用于搅打奶油，但其分子结构、界面行为和搅打性能之间的关系尚不清楚。本研究研究了三种亲水性蔗糖酯S1170、S1570和P1570在酪蛋白酸钠（sodium caseinate, SC）稳定的奶油体系中。界面测量表明，蔗糖酯浓度强烈影响油/水（oil/water, O/W）界面的吸附行为和粘弹性。低浓度产生与形成更具弹性的混合界面一致的流变响应，而过量添加则与竞争吸附、界面蛋白覆盖率降低和界面粘弹性减弱相关。蔗糖酯的分子结构进一步影响此过程：S1170具有较高的聚酯含量，表现出与更强界面相互作用一致的行为，而P1570则表现出更大的界面模量下降。这些界面差异与搅打行为的变化相关。在0.10 wt%时，蔗糖酯减缓了脂肪部分聚结（fat partial coalescence, FPC），延长了最佳搅打时间，并增加了膨胀率（overrun）。在0.50 wt%时，研究人员发现它们加速了早期聚结并增加了血清损失（serum loss），尤其是P1570。这些发现表明，选择合适的蔗糖酯类型和剂量对于平衡界面稳定性、脂肪部分聚结和搅打奶油质量至关重要。
**论文解读：亲水性蔗糖酯结构对酪蛋白酸钠稳定奶油体系界面性质与搅打性能的调控机制**
**研究背景与问题**
搅打奶油是一种典型的充气乳液体系，其质地、膨胀率（overrun）和稳定性依赖于搅打过程中脂肪-空气网络的动态形成。脂肪部分聚结（fat partial coalescence, FPC）是该过程的核心，它决定了稳定气泡所需的半固态网络结构。然而，搅打过程涉及空气掺入、界面失稳和脂肪晶体相互作用的复杂耦合，使得配方调整时难以实现可控且可重复的搅打行为。低分子量乳化剂（low-molecular-weight emulsifiers, LMWEs）通过修饰脂肪球界面性质来调控FPC，但乳化剂与蛋白质的竞争或协同吸附会形成不同的界面结构，从蛋白主导的膜到混合吸附层再到乳化剂主导的界面，这些转变强烈影响界面粘弹性和分子交换动力学，进而与FPC行为密切相关。界面扩张流变学（interfacial dilatational rheology）是表征这些界面行为的有效手段，但界面吸附行为与宏观搅打性能之间的关联机制仍不充分。蔗糖酯（sucrose esters, SEs）作为重要的非离子乳化剂，其脂肪酸组成和酯化度显著影响界面行为和搅打性能。以往研究多聚焦于单个蔗糖酯、HLB值、脂肪结晶或最终搅打性能，但酯化度与脂肪酸组成对蛋白-乳化剂界面行为的单独影响尚不清楚。因此，本研究通过比较不同酯化度和脂肪酸组成的亲水性蔗糖酯（S1170、S1570、P1570），旨在建立蔗糖酯结构-界面流变学-脂肪部分聚结-搅打奶油质量之间的关系，为搅打奶油体系的界面工程调控提供理论依据。该论文发表在《Foods》。
**主要关键技术方法**
研究人员采用滴形分析仪（drop shape analyzer）测量油/水界面张力及界面扩张流变学，包括频率扫描（0.02–0.20 Hz）、振幅扫描（5%–20%）及Lissajous图分析，用以表征蔗糖酯-酪蛋白酸钠（sodium caseinate, SC）复合体系的界面粘弹性。使用高压均质机制备乳液，以激光粒度仪（Malvern Mastersizer 2000）测定液滴尺寸分布，通过凯氏定氮法（Kjeldahl method）测定界面蛋白浓度。采用Wilhelmy铂板法（Dataphysics tensiometer DCAT 21）监测脂肪球在气/水界面的吸附行为。搅打实验使用厨师机（KM060）于160 rpm下进行，测定最佳搅打时间（top）、部分聚结度（通过粒度分布二次峰面积占比量化）、膨胀率、硬度（TA-XT2i质构仪）、微观结构（光学显微镜）及稳定性（血清损失和切面外观）。所有样品为实验室制备，无临床队列来源。
**研究结果**
**3.1 界面性质**
通过滴形法研究SE-SC系统在油/水界面的行为。
**3.1.1 界面张力**：单独SE系统中，P1570（含更多短链棕榈酸单酯）在0.010 wt%时界面张力（γ
ow）最低（2.63 mN/m），S1170（含更多聚酯）最高（6.93 mN/m）。SE-SC复合系统中，低浓度SE（<0.005 wt%）时γ
ow低于单独SE或SC，表明共吸附；当SE浓度>0.010 wt%时，γ
ow介于两者之间，指示竞争吸附；约0.10 wt%时，γ
ow接近单独SE，表明SE主导界面。
**3.1.2 蔗糖酯浓度对界面流变性质的影响**（以S1570为例）：频率扫描显示，随着S1570浓度从0增至0.010 wt%，界面扩张复合模量（E）先增后减，在0.010 wt%时达最大值（32.8 mN/m at 0.2 Hz）；双对数拟合斜率从0.29降至0.10，后又升至0.55（>0.5），表明界面从弹性主导转向小分子乳化剂可逆吸附主导。损失角变化一致。振幅扫描显示振幅（5%–20%）对E和损失角无显著影响。Lissajous图表明，低浓度（0.005 wt%）时出现压缩应变硬化（strain-hardening）和扩张应变软化（strain-softening），高浓度（>0.010 wt%）时出现压缩应变软化，归因于界面网络结构变化。
**3.1.3 蔗糖酯类型对界面流变性质的影响**：S1170-SC系统在相同浓度下E值下降最慢（0.100 wt%时E=30.3 mN/m at 0.2 Hz），斜率在0.500 wt%时仍低于0.5（0.45），损失角始终低于45°，表明界面保持弹性。P1570-SC系统E值下降最快（0.100 wt%时E=12.0 mN/m），斜率在0.050 wt%时已超0.5（0.57），损失角高于45°，显示粘性主导。Lissajous图显示，在0.010 wt%时P1570-SC已出现压缩软化，而S1170-SC仍为应变硬化，归因于S1170更强的疏水相互作用。
**3.2 乳液性质**
**3.2.1 界面蛋白浓度**：未加SE时为1.74 mg/m
2；0.10 wt% SE时无明显变化；0.50 wt% SE时，S1170、S1570、P1570分别降至1.10、1.02、0.99 mg/m
2，表明高浓度SE竞争置换蛋白能力相似。
**3.2.2 脂肪球在气/水界面的吸附**：0.50 wt% SE样品的乳清相气/水界面张力（γ
AW）更低（如S1170: 43.85 mN/m），因液相蛋白浓度升高；注入乳液后，0.10 wt% SE样品γ
AW显著下降，表明脂肪球能进入界面，而0.50 wt% SE样品γ
AW无明显变化，表明高蛋白层阻止脂肪球吸附。
**3.3 搅打奶油质量**
**3.3.1 部分聚结度**：0.10 wt% SE时，整个搅打过程中FPC速率显著降低，最佳搅打时间更长但FPC度仍较低。0.50 wt% SE时，搅打初期（1 min）FPC度显著高于未加SE样品，归因于剪切诱导的界面膜弱化；3 min后，表面介导的FPC变慢，FPC度低于未加SE样品。三种SE中，P1570样品FPC度最高，S1170最低，与界面模量结果一致。
**3.3.2 界面蛋白浓度**：搅打后，界面蛋白浓度随SE浓度升高而降低（未加SE: 3.79 mg/m
2；0.10 wt% S1170: 1.93 mg/m
2；0.50 wt% S1170: 1.27 mg/m
2），同浓度下不同SE类型间无显著差异。
**3.3.3 最佳搅打时间**：0.10 wt% SE显著延长（p<0.05）top，0.50 wt% SE缩短，其中P1570最短（4.33 min）。
**3.3.4 膨胀率**：0.10 wt% SE未显著影响初始搅打速率，但因top延长，最终膨胀率更高；0.50 wt% SE单位时间膨胀率显著增加，最终膨胀率也更高；SE类型无显著影响。
**3.3.5 硬度**：随SE浓度升高而显著降低，同浓度下SE类型无显著差异，与FPC度和界面蛋白浓度降低及膨胀率升高相关。
**3.3.6 微观结构**：0.10 wt% SE产生更多大气泡，0.50 wt% SE因液相蛋白高导致更多大气泡，同浓度下SE类型差异不显著。
**3.3.7 稳定性**：血清损失随SE浓度升高而增加，切面结构更粗糙。0.50 wt%时，S1170样品血清损失最低（22.2%），P1570最高（29.4%），与界面粘弹性顺序一致：S1170-SC仍具高粘弹性，P1570-SC最低。
**总结讨论与结论**
讨论部分指出，界面性质差异可合理解释搅打行为差异：低浓度SE形成致密混合界面层，增强弹性，减缓FPC，延长搅打时间并提高膨胀率；高浓度SE发生竞争吸附，削弱界面膜，导致初期FPC加速，但后续表面介导的FPC受阻，最终稳定性下降。S1170因高聚酯含量带来的强疏水相互作用，维持了较高界面粘弹性，在搅打性能和存储稳定性间取得最佳平衡；P1570因短链单酯性质，界面模量低，搅打快但稳定性差。结论部分翻译如下：本研究证明了亲水性蔗糖酯的类型和浓度共同调控了酪蛋白酸钠稳定奶油体系的界面性质和搅打性能。在0.10 wt%时，流变结果与形成粘弹性增强的混合界面层一致，伴随脂肪部分聚结减缓与膨胀率增加。在0.50 wt%时，更强的竞争吸附降低了界面蛋白覆盖率，这与更弱且更易流动的界面膜、更快的早期部分聚结以及更差的存储稳定性一致。三种蔗糖酯中，S1170表现出与更强分子间相互作用一致的行为，并提供了界面粘弹性、搅打性能和血清稳定性的最佳组合。S1570呈现中间行为，而P1570缩短了搅打时间但导致更低的界面模量和更大的血清损失。这些界面差异与奶油体系不同的搅打和稳定性特征相关。综上，这些发现支持了合理的结构-界面-搅打关系，并为搅打奶油配方中蔗糖酯类型和剂量的理性选择提供了界面基础。
