尺寸可控乳清蛋白微凝胶的流变-摩擦学测量与训练感官小组质地感知

《Food Hydrocolloids》：Rheo-tribological measurements and trained sensory panel texture perception across size-controllable whey protein microgels

　　

流变-摩擦学测量（Rheo-tribological measurements）与训练感官小组（trained sensory panel）对尺寸可控乳清蛋白微凝胶（size-controllable whey protein microgels）的质地感知（texture perception）
•微凝胶浓度（microgel concentration）能有效控制厚度感知，同时保持光滑度。
•微凝胶粒径（microgel particle size）可针对性地增强光滑度并降低颗粒感感知。
•流变学测量（rheological measurement）与感知厚度表现出强相关性。
•摩擦学几何结构（tribological geometry）的选择可使摩擦系数与厚度、光滑度及颗粒感感知相关联。
•20 μm微凝胶在乳制品样品中表现出增强的稳定性，从而改善口感。

《尺寸可控乳清蛋白微凝胶的流变-摩擦学测量与训练感官小组质地感知》论文解读

质地是决定消费者喜好和产品接受度的关键因素，直接影响对质量、新鲜感和放纵感的感知，并强烈影响购买决策。随着消费者向更健康、可持续的食品配方（如减脂或植物基替代）转变，复制和维持理想的质地特性成为食品制造商面临的重大挑战。仪器技术（如流变学、摩擦学）能够客观、可重复地测量液体或半固体食品的流动行为和表面润滑，其中流变学（rheology）量化体相机械性能（如粘度），与厚度、坚实度等感知相关；摩擦学（tribology）测量两接触表面之间的摩擦、润滑和磨损，可能与人感知的奶油感、光滑度、颗粒感、涩感等复杂感官品质相关。然而，这些相关性研究仍处于新兴领域，缺乏标准化方案。训练描述性感官分析仍是质地评价的金标准，但耗时且存在人为差异。因此，弥合仪器与感官数据的鸿沟是食品质地研究的关键目标。

蛋白质基微凝胶（microgels）因较低的热量（4 kcal/g vs 脂肪9 kcal/g）和潜在的脂肪样口感而成为有前景的脂肪替代物。微凝胶是可包埋大量水的软生物聚合物交联蛋白颗粒。通过相分离和加热内凝胶化，可制备粒径可控（1、6、20 μm）的乳清蛋白微凝胶，其具有增加体相粘度、剪切变稀和润滑增强等特性。然而，尚无研究系统地将流变-摩擦学测量与训练感官小组结合应用于蛋白微凝胶，特别是在乳制品基质中。因此，本研究旨在评估不同粒径微凝胶在乳饮料中的仪器测量与训练感官知觉之间的关联，以建立流变-摩擦学-感官关系，理解其作为脂肪模拟物和质地增强剂的能力。该论文发表在《Food Hydrocolloids》。

研究采用的主要技术方法包括：基于乳清蛋白分离蛋白与海藻酸钠的相分离和加热内凝胶化制备尺寸可控的微凝胶；使用激光衍射、Zeta电位和共聚焦激光扫描显微镜表征微凝胶在乳基质中的粒径、表面电荷和微观结构；招募来自阿尔伯塔大学的学生、员工和教师，筛选出15人（最终13人）组成训练感官评价小组，采用15 cm线标评价厚度、光滑度、颗粒感、奶油感和涩感，并完成Check-All-That-Apply（CATA）任务；使用Discovery Hybrid Rheometer测量剪切粘度（10、50、100 s^?1）；采用不锈钢环-板（覆盖手术胶带）和自定义PDMS三球-板两种摩擦学几何测定摩擦系数；通过Pearson相关、线性回归和多元回归分析仪器与感官数据的关系。样本队列来源为大学参与者的感官训练小组。

主要研究结果如下：

3.1 蛋白质微凝胶表征
通过粒径分布、Zeta电位和溶胀率测量发现，微凝胶在乳基质中粒径分布变宽，负电荷从?35~?40 mV降低至?15~?20 mV，溶胀率随粒径增大而增加（20 μm > 6 μm > 1 μm）。共聚焦显微镜显示较小微凝胶（1和6 μm）更易聚集，而20 μm微凝胶分布均匀，表明其更高的水合层和空间稳定作用增强了分散性。

3.2 训练感官小组表征
训练小组评价显示，厚度感知主要受微凝胶浓度影响，所有微凝胶样品均显著厚于脱脂乳对照（M0），高浓度（45%）显著加厚；光滑度与颗粒感呈强负相关（r=?0.977），6 μm微凝胶因聚集导致光滑度最低、颗粒感最高，20 μm微凝胶相对光滑且低颗粒感；奶油感在2%脂肪乳（M2）中最高（10.2），微凝胶样品与脱脂乳对照相近，其中20 μm 45%浓度有提高趋势；涩感无显著差异，但主成分分析显示小组存在两极分化。CATA分析表明，低浓度微凝胶（15%）与“稀薄”、“水样”等属性接近，高浓度（30%、45%）与“油腻”、“滑”等脂肪特征聚集，6 μm微凝胶呈现“块状”、“粘稠”等负面特征。

3.3 流变学表征
粘度随微凝胶浓度增加而升高，20 μm比6 μm微凝胶在低剪切速率下粘度更高，归因于20 μm微凝胶更厚的水化层和更好的稳定性。在10 s^?1、50 s^?1、100 s^?1下，粘度均与厚度感知显著相关，其中50 s^?1相关性最强（r=0.959）。

3.4 摩擦学表征
不锈钢几何中，2%脂肪乳摩擦系数最低，高浓度微凝胶在低中速区出现“堵塞”效应导致摩擦升高；PDMS几何中，摩擦系数整体高出约4倍，且高粘度微凝胶样品在高速区摩擦更低，20 μm微凝胶比6 μm微凝胶摩擦显著更低，说明PDMS对粒径和粘度更敏感。

3.5 训练感官小组质地感知与摩擦系数相关性
厚度感知与PDMS摩擦系数在100 μm/s下呈强负相关（r=?0.953），线性回归R²=0.909；光滑度和颗粒感与不锈钢几何在1000 μm/s下摩擦系数相关（r分别为?0.798和0.767），多元回归模型R²分别达0.989和0.992；奶油感与不锈钢在1000 μm/s下摩擦系数显著负相关（r=?0.856），加入光滑度变量的多元模型R²=0.957，表明奶油感是多维属性，光滑度贡献大于厚度。

讨论部分指出，粘度是厚度感知的主要驱动力，而摩擦学行为与光滑度、颗粒感和奶油感相关；不同摩擦学几何捕捉的润滑机制不同，不锈钢表面对颗粒相互作用敏感，PDMS更受体相粘度影响；奶油感的复杂性要求结合多种测量手段。未来研究需控制粘度变量、扩展食品基质和口腔模拟条件。

研究结论如下：乳清蛋白微凝胶有效修饰了脱脂乳的质地，粒径和浓度可作为调节感官感知的互补手段。低添加水平产生与低脂乳相当的质地特征，而较高浓度增加感知厚度和奶油感，证明微凝胶作为多功能可调脂肪模拟物的潜力。通过整合训练感官评价与流变-摩擦学测量，本研究为微凝胶系统中的质地感知机制提供了新见解。粘度被确定为感知厚度的主要驱动因素，而摩擦学测量提供了与光滑度、颗粒感和奶油感相关的补充信息。这些关系对摩擦学几何的依赖性进一步证明，预测感官感知时仔细选择仪器方法至关重要。更广泛地说，这项工作为蛋白微凝胶系统中的仪器与感官测量联系建立了框架。将这些关系扩展到不同食品基质和摩擦学配置，将有助于开发质地工程稳健的预测工具，并加速具有目标感官特性的减脂食品的设计。