食品体系中泡沫的稳定性及其影响因素研究进展

陈玉峰，巫丽君，严红云，孙 怡，高肖静，刘书来，丁玉庭，周绪霞

（浙江工业大学食品科学与工程学院，浙江省深蓝渔业资源高效开发利用重点实验室，国家远洋水产品加工技术研发分中心（杭州），浙江 杭州 310014）

泡沫是气体分散在液体或半固体中的分散体系，因其独特的性质被广泛应用于多种行业领域，如食品、化妆品、清洁、能源矿产、金属加工、医疗卫生等[1-4]。以界面为主导的食品结构与泡沫密切相关，如稀奶油、慕斯、冰淇淋、蛋糕、奶昔、啤酒和软饮料，泡沫的存在赋予这些食品独特的口感、质地和外观[5-6]。将发泡技术应用于界面主导食品还可以降低产品密度与热能摄入、降低成本、改善流变特性和增加比表面积，同时泡沫状态也是评价其品质的关键性指标[7]。

食品中的泡沫包括水基泡沫和油基泡沫，并且可以产生泡沫的物质很多，例如卵磷脂、酪蛋白、乳清蛋白、溶菌酶等都被视为起泡性质优良的物质。近年来，从鳕鱼、蘑菇和土豆等来源中制得的卵磷脂和明胶也可作为发泡剂，代替鸡蛋和奶油制备食品级泡沫[8-10]，同时越来越多的研究表明，以多糖与蛋白质等材料制备的微纳米颗粒同样具有起泡和稳定泡沫的能力[11-12]。然而，食品中的泡沫属于典型的热力学不稳定体系，在没有表面活性剂、食品乳化剂或微纳米颗粒的情况下，泡沫高度不稳定，为减少气-液界面表面积，界面较高的自由能自发降低的趋势会促使发生排液、聚结和歧化等现象[13]。同时，由于食品体系中不同物质本身的物化特性、加工助剂、加工处理条件及技术等也会影响食品中泡沫的形成与稳定，因此，对于不同食品体系中泡沫稳定的影响机制需要从多角度来阐释。

基于此，本文主要介绍食品中泡沫的失稳机制和不同物质的泡沫特性，概述不同界面主导食品中泡沫的稳定机制，并重点从气-液界面分析表面活性剂或加工助剂、界面间固体颗粒对食品中泡沫稳定性的影响，最后基于加工处理条件和技术对泡沫界面和分散性的影响进行阐述，以期为推动泡沫在食品工业中的应用提供理论依据与技术指导。

1 食品中泡沫失稳的机制

泡沫是气体分散在连续液体或半固体中高度浓缩的分散体[14]，根据将能量输入连续相产生泡沫的方式，发泡技术可分为物理发泡、化学发泡和生物发泡3 种[8]。泡沫属于热力学不稳定体系，易受环境因素影响而被破坏，并最终导致两相分离。为进一步阐明泡沫的失稳机理，许多研究尝试建立不同方法进行解释。从微观到宏观大致可分为4 类：界面、液膜间、多个气泡间和气泡层（图1）。

图1 不同角度研究泡沫失稳的方式[15-16]Fig. 1 Ways of studying foam instability from different angles[15-16]

从微观角度，单个泡沫的失稳受多种因素影响，包括稠度系数、静态和动态屈服应力、零剪切黏度、损耗模量、复模量、表面张力等[17-18]。此外，表面活性剂或固体颗粒在泡沫气-液界面的吸附行为也是影响泡沫失稳性的因素[19]。而液膜间泡沫的稳定以液膜间作用力和高原边界吸力等为主，相邻气泡间由高原边界和液体薄膜（液膜）组成，理想的气泡为正十二面体。如图2所示，液膜夹在两个高原边界（图中多个泡沫包围形成的三角区域）中间，液膜压力P1与气泡内压力相等（液膜呈平面界面），高原边界处的压力P2小于液膜压力P1，液体会从液膜向两侧高原边界流失，液膜逐渐变薄直至两气泡相触破裂或歧化，这种切向力称为高原边界吸力。高原边界吸力与气泡的曲率半径成反比，曲率半径越小则高原边界吸力越大，排液速度就越快，同时因重力发生的排液也会通过液膜和高原边界向下流动，引起泡沫层整体排液[13]。相邻两个气泡间隔一层液膜，这些作用在液膜间的径向力同样也会影响气泡的稳定性，许多研究用液膜间分离压力∏描述液膜间单位面积的力，其为DLVO理论的分离压力（由范德华引力∏van和静电斥力∏dl组成）和其他分离压力∏non-DLVO（空间斥力等）之和[20]，表达式如下式所示。

由上述公式可知，正向的∏值有利于泡沫稳定，在一定范围内，∏数值越大，泡沫越稳定。∏van会使两气泡相互趋近并聚结，两气泡距离越小，∏van绝对值越大，则不利于稳定。但当两气泡靠近到一定距离时会产生∏dl，阻止气泡进一步趋近，因此分离压力∏DLVO的大小取决于∏van和∏dl的共同作用。另外其他分离压力∏non-DLVO，如空间斥力也会影响∏的数值，改变泡沫的稳定性。

图2 泡沫微观图像[21]及其结构示意图Fig. 2 Microscopic image of foam[21] and schematic diagram of its structure

从多个气泡间相互作用的角度出发，将泡沫不稳定机制分为以下3 种类型：排液（液体因重力作用向下流出泡沫）、聚结（两气泡合并成一个大气泡）和歧化（小气泡合并入大气泡）[22-23]（图3）。泡沫的排液、歧化和聚结相互作用：随着液体从泡沫中排出，液膜变薄并促使气泡聚结，而气泡聚结将导致进一步排液，歧化可以通过控制气泡的尺寸影响排液，反之排液导致的液体体积分数变化也会影响歧化速率[3,24-26]。

图3 多个气泡间泡沫的不稳定机制Fig. 3 Three mechanisms for foam instability

不少学者也尝试从宏观角度来阐释泡沫稳定的机制，泡沫柱动力学描述了泡沫整体的瞬间行为，包括泡沫的生长、排液和坍塌，具体表现为泡沫顶层破裂前后的泡沫体积分数变化，Rafael等[27]建立不同的泡沫柱动力模型，尝试通过模型预测泡沫的生长速度和最终平衡高度，从宏观尺度描述泡沫失稳机制，为工业化控制泡沫提供依据；而Hartland等[28]推测，泡沫的最终平衡高度会随密度、表面张力和膜厚度的增大而减小，随液体黏度、气流速度和气泡尺寸的增大而增大。不同发泡方法之间较难比较，因此，不少学者借用能量密度衡量其对泡沫容量、直径和界面面积的影响[16]。能量密度是指输入系统的能量，单位为J/m3，可以用于描述搅打和喷射过程中新界面区域的形成[29]。

2 不同食品体系中的泡沫

2.1 食品中具有泡沫特性的物质

食品体系中较为稳定的发泡现象往往是多种物质共同参与形成的结果。食品中具有发泡特性的一大类物质多来自于蛋白质，其中牛乳蛋白（酪蛋白和乳清蛋白）和鸡蛋蛋白（卵清蛋白和溶菌酶）以其优异的发泡特性而广泛应用于食品系统[30]。卵清蛋白是一种公认的起泡剂，具有良好的起泡性和泡沫稳定性，在糕点和甜品中均有应用，然而由于泡沫破裂或收缩，通常需要添加多糖（果胶、黄原胶、卡拉胶等）增加连续相的黏度从而维持其泡沫稳定性[31-33]。乳清蛋白具有优异的表面活性，因此非常适合泡沫结构的形成和稳定[34]，相较于乳清蛋白，酪蛋白酸钠稳定的泡沫具有更高的体积膨胀率，然而，由于排液和气泡聚结的综合作用酪蛋白酸钠会使泡沫体积分数减小[35]。

近年来，植物蛋白也表现出优越的泡沫特性，且因环保健康理念的兴起备受推崇。花椒仔仁、大米中均可以提取得到有利于泡沫稳定的蛋白[36-37]。小扁豆类豆科蛋白的等电点约为4.6，亲水性（～38%）和疏水性（～40%）残基平衡，具有高表面疏水性和溶解度。因此，小扁豆类豆科蛋白在pH值分别为5.0和7.0时表现出良好的起泡能力和稳定性，同时还有研究将小扁豆类豆科蛋白在不同pH值下与瓜尔胶、黄原胶、果胶混合，发现添加多糖对蛋白质的起泡能力没有显著影响，但在pH 3.0和5.0时，泡沫稳定性大大增强[38]。Aquafaba是一种由鹰嘴豆制成的纯素蛋清替代品，这种植物基液体在与食品相关的pH值和氯化钠浓度条件下，既能作为发泡剂又能作为乳化剂，是良好的蛋清替代品[39]。除此之外，卵磷脂也是一种广泛使用的发泡剂，它主要存在于蛋黄和大豆中，但天然来源的卵磷脂对酸性条件敏感，在高温下起泡能力也会下降[9]。

2.2 不同食品中泡沫的稳定机制

水基和油基泡沫均赋予各类食品独特的口感，同时也是检验其品质的代表性指标之一，尤其是酒、甜品、咖啡、奶制品、冰淇淋。表1列举了不同食品体系（气-水两相体系和气-水-油三相体系）的发泡方式及其促进起/发泡的关键性物质。

表1 不同食品体系的发泡方式及促进其起/发泡的关键性物质Table 1 Foaming methods for different foods and key substances which promote foaming

泡沫是啤酒、香槟等各类起泡酒的关键评价指标。有研究表明阿拉伯木聚糖在小麦啤酒泡沫特性的维持中发挥重要作用[45]。大麦蛋白、酒花酸和非淀粉多糖吸附于气泡的气-水界面是啤酒泡沫形成和维持稳定的主要因素；此外，添加树胶、果胶、藻酸盐、藻酸丙二醇酯等也可维持泡沫的稳定性。然而，饮料的酸碱度、气体在液体中的溶解度和扩散率以及液体黏度等其他因素也会影响泡沫稳定性，其中脂类还会破坏泡沫的稳定性[40,46]。

咖啡顶部的泡沫层是高品质咖啡的标志，泡沫层可以保留挥发性芳香物质，防止浓缩咖啡冷却过快，提高感官品质[47]。在浓缩咖啡饮料的顶部泡沫中，具有界面表面活性化合物的化学结构及其相互作用机制尚未完全阐明，但已知两类具有表面活性的可溶性化合物——多糖（半乳甘露聚糖和阿拉伯半乳聚糖）和类黑素可促进泡沫的稳定[21]。速溶咖啡和浓缩咖啡的成分有所区别，浓缩咖啡中存在少量可溶性固体和亲脂性成分，但速溶咖啡中不含可溶性固体和亲脂性成分，因此，速溶咖啡泡沫的稳定性主要是通过咖啡中其他成分在水分蒸发过程中不可逆聚集形成固体颗粒并吸附在气-水界面，增加了界面黏度，从而稳定气泡[48]。

冰淇淋是一种冷冻充气乳状液（水包油型），冰淇淋中气体体积分数可达10%～50%，泡沫主要由部分聚结的脂肪球、气泡和冰晶在气-液界面形成的刚性结构来稳定，其中还包括高分子质量多糖、矿物盐和蛋白质[49-51]。为提高冰淇淋品质，许多学者寻找不同的添加助剂改善泡沫特性。研究发现，吐温-20、蔗糖酯、酪蛋白酸钠等乳化剂可以促进冰淇淋中脂肪和蛋白质的相互作用，抑制聚结；羧甲基纤维素、阿拉伯树胶等增稠剂可以替代脂肪在结构中的作用，在界面吸附并形成网络，赋予气泡良好的稳定性，并在冰淇淋融化过程中抑制排液[42,52-53]。

搅打稀奶油是一种经搅打充气后制得的乳制品，因其独特的口感在饮料、甜品中均有广泛应用。奶油是以乳脂肪、蛋白质为原料制成相对稳定的水包油型乳液，再经搅打充气后形成较为稳定的泡沫结构[54]。在动物奶油中，酪蛋白和乳清蛋白起到主要的表面活性作用，β-乳球蛋白和α-乳清蛋白会缓慢地吸附在气-水-油三相界面上，形成一层黏弹性膜稳定泡沫[44,55]。

3 基于气-液界面特性解析影响泡沫稳定性的因素

3.1 小分子表面活性剂或加工助剂

食品中泡沫的形成往往是多种因素共同作用的结果，泡沫的制备和稳定性与表面活性成分的性质有很大关系[56]。表面活性剂可通过改变液体表面张力、吸附动力、表面黏弹性和两相/三相界面之间的相互作用实现稳定液膜和泡沫的目的[20]。表面张力的演变包括两个过程：表面活性剂分子向表面扩散和表面活性剂分子在界面吸附[57]。表面活性剂的吸附对液膜行为起主要作用，可以抵抗排液过程中局部变薄的现象，即表面活性剂的黏弹性效应使液膜动态稳定，同时承受由排液产生的切向应力，使得液膜达到“临界厚度”。

食品中用于充当表面活性剂的物质有很多，皂苷的表面活性已被广泛报道，它是一种新型的天然表面活性剂，会形成具有高泡沫稳定性的亚稳态泡沫。皂苷的表面活性归因于其两亲结构，由与三萜或类固醇苷元相连的高分子质量糖苷组成，苷元的类型及连接的糖残基数量显著影响泡沫的界面吸附性能[58]。研究表明，皂角根提取物（富含72 种皂苷的复杂混合物）表现出非牛顿行为（其黏度随剪切时间/应力的增加而下降，剪切停止可恢复原有黏度），在剪切时会呈现低黏度形态，这有利于包裹进更多气体，而停止剪切后黏度增大阻止气体溢出，因此皂角根提取物能够产生具有弹性、高泡沫稳定性和高泡沫容量的亚稳态固体状泡沫，且氯化钠、蔗糖、乙醇和低酸碱度对泡沫性能没有显著影响，适当加热还会增加泡沫容量[30]。Santini等[59]也研究皂苷和皂苷壳聚糖混合溶液对体系的影响，发现皂苷在溶液中具有高表面活性，并使膨胀黏弹性有所提高。除天然表面活性剂外，还有很多人工合成表面活性剂，例如聚甘油脂肪酸酯、蔗糖酯、司盘类、吐温类、丙二醇脂肪酸酯等，这类物质会在气泡的气-水或气-水-油界面形成瞬间快速吸附在界面上，形成单分子膜保护气泡，并降低表面张力[60]。

研究发现中性pH值下没食子酸能诱导乳清蛋白二级结构变化，促进蛋白在界面聚集，减少泡沫聚结、歧化，提高其发泡性能[61]。没食子酸还能够修饰酪蛋白酸钠的表面活性，降低其表面疏水性，减小液膜处的表面张力，而酪蛋白酸钠与没食子酸由疏水作用和氢键驱动形成的络合物，可以稳定空气-水界面，使气泡具有更高的界面厚度，提高界面黏弹性，因此没食子酸也可作为潜在的加工助剂用于改善食品中泡沫的稳定性[22]。除此之外，苏恩谊等[62]还利用天然甜味剂甘草酸自组装制备纳米纤维作为起泡稳定剂，该纳米纤维会快速吸附到气-水界面并形成多层界面纤维膜，固定泡沫结构形成超稳态泡沫。这些加工助剂在泡沫稳定方面的效果也非常显著。

3.2 界面间固体颗粒

在泡沫稳定机制中，颗粒在气-液界面的吸附被认为是泡沫实现高稳定性的必要环节，颗粒因其在气-液界面上具有强不可逆的吸附性，实现了泡沫的稳定[12,63]。可用于制备食品级固体颗粒的物质大多为基于蛋白质的复合聚合物。大多数蛋白质都具有高表面活性，以此为基础的蛋白质固体颗粒可以在气-水界面吸附，但是许多其他材料，如多糖通常为非表面活性，需经过改性或与其他成分（如蛋白质）结合才能发挥作用[64]。如图4所示，水流可在高原边界内朝一定方向流动（水流方向受重力和压差影响），高原边界内固体颗粒的存在可以减缓水分流动，减少泡沫的排液行为，同时固体颗粒的刚性结构，也可在泡沫间的三维空间内形成机械屏障，阻止泡沫的聚结或歧化行为[65]。

图4 气泡间固体颗粒的稳定机制Fig. 4 Schematic diagram of the mechanism for the stability of solid particles between bubbles

3.2.1 蛋白质基固体颗粒

多数蛋白质可通过加热、调节pH值或与其他物质反应等方式改性制得聚集态固体颗粒，并在稳定食品泡沫方面表现出优异的性能。酪蛋白胶束聚集体颗粒（casein micelle aggregates，CMAs）的存在以及胶粒的大小和结构决定了其所在分散体系的泡沫稳定性，完整的酪蛋白胶束结构和气-水界面的胶束-胶束相互作用力是CMAs稳定泡沫的关键[55,66]，使CMAs能有效地将整个膜分割成半径较小的膜单元，使膜破裂的临界膜厚度减小。同时，CMAs颗粒有一定亲水性，其在气-水界面上的润湿性会导致膜单元的曲率半径变大，膜单位曲率半径的改变进一步导致高原边界与液膜间的局部压差发生变化，从而降低排液速率，因此CMAs可用于提高乳制品泡沫的功能性，且泡沫稳定性随CMAs浓度的增加而提高[67]。醇溶蛋白胶体纳米颗粒可以通过改变pH值或温度表现出更好的泡沫特性，其在气-液界面的有序吸附可以明显改善食品的发泡性和泡沫稳定性[5,68]。玉米醇溶蛋白颗粒（zein colloidal particles，ZCPs）加入到含多不饱和脂肪酸的鲜奶油中可以增强其泡沫稳定性，乳液中的粒子在液滴表面形成阻挡层，阻碍液滴进一步聚结，改善了气-水-油三相体系的结构，ZCPs增强型搅打奶油在搅打过程中溢出率和泡沫稳定性更佳，并且表现出理想的硬度和形状[69]。一些乳制品的发泡与蛋白颗粒的作用密切相关，牛乳中天然脂肪球的表面蛋白质组成影响泡沫稳定性[70]，乳清中的β-乳球蛋白具有独特的三级和四级结构，热处理和粒径变化都会影响其表面疏水性，从而影响其聚集体在界面的覆盖性能，进而影响泡沫稳定性[19,71]。除此之外，米糠蛋白通过在气泡表面聚集形成界面膜，促进泡沫稳定；椰子蛋白通过脱酰胺反应使蛋白或肽的净电荷数量增加从而促进起泡，并在膜内形成蛋白吸附层减少泡沫歧化；小麦蛋白通过减少粒子间静电斥力和增加粒子间相互作用，减少泡沫排液和聚结。这些蛋白材料也可用于制备稳定泡沫的固体颗粒。

3.2.2 蛋白质基复合固体颗粒

其他物质和蛋白质复合制得的固体颗粒在泡沫稳定性方面也表现出优异的性能。研究表明，果胶等多糖与蛋白质复合的固体颗粒能够促进泡沫稳定，其作用机理为：多糖/蛋白质复合颗粒在气泡的气-液界面吸附后，形成了黏弹性界面网络结构，导致气体渗透率降低，并抑制气泡聚结，而果胶等多糖胶体的存在增加了整个连续相体系的黏度，进一步降低了气泡间的排液速率，从而发挥较好的泡沫稳定作用[11,26,72-73]。蛋白质-淀粉颗粒体系可作为有效的发泡剂和稳定剂，Asghari等[74]将辛烯基琥珀酸酐改性淀粉（质量分数0～5%）添加到泡沫中，由于淀粉与蛋白质界面层的相互作用形成颗粒，泡沫稳定性提高至未添加改性淀粉组的12 倍，且不损害泡沫容量，其中，热处理后的淀粉-蛋白质颗粒可将气-水界面的泡沫稳定性提高至对照组的8 倍，其主要作用机理为淀粉与蛋白质相互作用在界面形成软木塞状结构，抑制泡沫排液。瓜尔豆胶、黄原胶和果胶与小扁豆类蛋白形成聚集体吸附于气-液界面，形成坚硬而厚实的凝胶状界面网络，从而避免泡沫歧化，减缓了排液速度，并显著增加泡沫的表观黏度，促进泡沫稳定[75]。玉米蛋白水解物与单宁酸通过络合作用形成的复合物会在界面上形成强黏弹性界面网络，减缓气泡间的液体流动，从而减少气泡排液，实现泡沫的长期稳定[76]。

3.2.3 多糖固体颗粒

一些由多糖或多糖与其他材料制得的复合颗粒在食品中表现出良好的泡沫稳定性[77]。绝大部分多糖本身不具有表面活性，在食品中，大多是利用多糖在气-液界面形成凝胶态结构，通过提升界面刚性来稳定泡沫，如波斯胶作为天然水胶体与黄原胶混合加入到巴氏杀菌蛋清中，通过蛋白质和水胶体之间的物理相互作用在气-液界面形成弹性结构，减少因重力引起的排液，改善泡沫结构并提高巴氏杀菌蛋清泡沫的稳定性[78]。Beatrice等[79]利用植物细胞壁制备纳米纤维，再与木聚糖、木葡聚糖和果胶结合制备一种复合颗粒，该材料会聚集在气泡附近，在水中形成网状（凝胶）结构，可以减缓气泡间排液，具有良好的保水能力，由此制得的泡沫高度稳定。还有研究通过淀粉纳米晶体与蛋白质网络的结合制备由淀粉纳米晶体粒子群和蛋白质三维网络构成的界面膜，利用空间位阻稳定泡沫[80]。

3.2.4 其他物质固体颗粒

因安全性的要求，除了蛋白质、多糖等本身可作为食品的原料外，能够用于制备固体颗粒的材料十分有限，有学者对碳酸钙粒子能否用于食品中稳定泡沫进行研究，发现碳酸钙亲水性粒子首先需要部分疏水，用乳化剂使颗粒表面活化后才能吸附在气-水界面，最终制得超稳定的水性泡沫[81]。Jiang Xiaoyi等[82]用辛烯基琥珀酸酐对嗜酸乳杆菌进行改性，提高了嗜酸乳杆菌表面疏水性，改性后的细菌能很好地吸附在油-水或气-水界面并稳定泡沫。

表2列举了可用于食品中泡沫稳定的固体颗粒以及制备方法和可能的稳定机制。

表2 食品中用于稳定泡沫的固体颗粒及其制备方法Table 2 Solid particles used for stabilizing foam in foods and preparation methods

4 加工处理条件和技术对泡沫稳定性的影响

除了不同食品体系、表面活性剂及加工助剂、界面间固体颗粒等，不同的加工处理条件（压力、温度、pH值、时间等）和加工技术（传统机械搅拌技术、空化技术和微流体技术等）对泡沫界面的表面张力、泡沫的颗粒和网络结构所产生的影响，也会改变体系的泡沫稳定性。

4.1 不同加工处理条件对泡沫界面的影响

加工处理条件的不同会显著影响体系泡沫稳定性，例如pH值、压力、温度、时间等。此外，实现体系的泡沫稳定也要考虑体系自身的特性。醇溶蛋白对啤酒的泡沫特性起主导作用，Peng Dengfeng等[5]用不同pH值（3.0～5.8）处理醇溶蛋白纳米颗粒发现，随着pH值下降，醇溶蛋白纳米颗粒粒径减小，气-液界面初始吸附速率减慢，无法在气-液界面及时形成能够抑制气泡聚结的膜，界面稳定能力下降，起泡性和泡沫稳定性也显著降低。压力也会改变两相间蛋白质聚集体的结构并影响体系的泡沫稳定性，有研究表明高压射流工艺中的压力变化对脱脂牛乳发泡和乳化性能有一定影响，当加工压力大于300 MPa时脱脂牛乳黏度显著增加，蛋白质大量聚集在气-水界面，可以抑制泡沫聚结，这是因为高压引起蛋白质胶束二级结构变化，聚集在界面的蛋白质形态发生改变并形成更大的聚集体，显著提高了牛乳的起泡性[86]。此外，加工温度对脂质晶体控制泡沫特性的体系的泡沫性质影响显著。例如，加工温度影响全脂牛乳中乳脂球的结晶状态，在10～30 ℃时全脂牛乳的泡沫稳定性最低，这是因为此时乳脂的结晶状态不利于其在气-液界面上的吸附[87-88]。Heymans等[89]采用不同回火工艺处理食品级单甘酯时发现，加工时间和温度对油凝胶性能影响很大，油相泡沫通过油脂晶体颗粒固定，温度的变化首先影响界面油脂晶体的结晶和黏度，油脂晶体颗粒会形成较稳定的结晶网络抑制气泡聚结、歧化和排液。此外，奶油中油脂含量较高，油脂结晶网络是控制奶油泡沫稳定性的关键，奶油加工中的急冷工艺使奶油迅速降温，促使油脂晶体迅速微粒化，通过温度控制界面晶体状态以达到最佳的泡沫特性[90]。

然而，食品体系中的泡沫特性变化通常不是由单一因素直接造成，当温度等因素对体系的泡沫稳定性影响有限时，选用不同的加工工艺所产生的效果不同。有研究表明，用亚临界技术代替传统热水处理大豆分离蛋白，120 ℃亚临界水处理后的大豆分离蛋白在气-水和油-水界面表现出更高的表面活性、较低的聚集度和更灵活的构象，因此可以更好地吸附于界面，形成的密集界面层使泡沫容量和稳定性得到显著改善[91]。类似地，超声处理可以改变鸡蛋卵白蛋白二级结构，并一定程度上提升其起泡稳定性[92]。由上述研究可知，加工处理条件的变化会对食品中的泡沫稳定界面产生较大影响（可能是改善也可能是削弱），但是不同的食品体系相差较大，单一的加工工艺和条件并不适用于所有食品，泡沫特性需要考虑多种因素的综合影响，针对不同的食品探寻最适宜的工艺条件。

4.2 不同加工技术对泡沫分散性的影响

气泡间压差造成的泡沫歧化是造成泡沫体系崩塌的诱因之一。传统的泡沫可通过转子-定子混合、湍流混合和蒸汽喷射制得，虽然应用广泛但无法控制气泡大小，产生的气泡粒径分布高度分散，不利于泡沫稳定，因此生产结构尽可能均匀的单分散泡沫有助于泡沫稳定[93]。

传统的物理发泡方式，例如利用最常见的机械搅拌装置——厨房搅拌器进行发泡，其基于空气夹带和剪切作用下系统性气泡破裂的原理：搅拌器先将空气带入混合液体产生大气泡，大气泡在连续剪切作用下破裂形成小气泡，空气夹带和气泡破裂相互作用导致气体体积分数逐渐增加，平均气泡尺寸减小直到达到平衡，获得的气泡尺寸可以在几十微米到几毫米之间，呈高度分散的状态[94]。相比之下，浇注和插入喷射法产生的湍流行为会使进料溶液包裹更多的空气，产生类似紧密堆积的六角单分散球体的理想泡沫，有利于泡沫稳定，目前在饮料中应用较多[15]。

空化技术在泡沫生产中也应用广泛，其原理包括超声波空化和流体动力空化（人为瞬间降压），前者生产效率低，因此后者成为近年来的研究热点，其原理是通过泡沫液体的快速流动，瞬间产生巨大压降，从而产生空化气泡，生产出微米级的理想气泡[95]。微流体技术被认为是制备单分散泡沫的有效方式之一，微流体装置可通过剪切力或自发破裂形成尺寸均一的单个气泡，从而得到分散性较理想的泡沫，根据剪切装置形状的不同，可将其大致分为T形接头、流量聚焦和共流装置3 种，由此制得的气泡大小一致，可减少歧化[93]。Muijlwijk等[96]使用微流控技术设计一种装置，包括一个T型接头，两相在此处相遇并形成气泡或液滴，通过微流体聚结通道分别探究聚结和液滴形成情况（图5），该装置有助于更好地了解乳化过程中的流体界面稳定性。

图5 微流体装置产生气泡示意图[96]Fig. 5 Schematic diagram of bubble generation in microfluidic device[96]

产生气泡的技术还有很多，例如生物发酵、电解发泡、发泡剂发泡等[8]，此类发泡方式往往针对不同体系，无法作统一类比，因此应根据不同食品的要求，选择合适的发泡技术以得到分散性好、尺寸形状理想的泡沫，从而更有利于食品中泡沫的稳定。

5 结 语

在食品体系中，任一因素均可能影响泡沫稳定性，可在食品中应用的具有泡沫特性的物质有限，且需要在一定条件下多种物质联合参与才能实现较好的泡沫稳定性。本文从食品中泡沫稳定的角度出发，介绍了泡沫失稳的机制，并探究了物质种类、界面行为、加工技术与处理条件等因素对食品体系泡沫稳定性的影响及机理。小分子加工助剂可以降低界面的表面张力，界面间固体颗粒可以吸附于液膜表面减少排液、聚结，加工处理条件与技术在宏观上对体系内蛋白质等微观物质产生影响，从而改变泡沫稳定性。基于此，本文提出了以下几点展望：1）泡沫赋予了不同食品体系独特的风味和口感，因此，可进一步挖掘不同食品稳定剂在风味泡沫/营养泡沫中的应用潜力，同时结合口腔摩擦学研究泡沫的存在对不同食品体系感官感知的影响。2）基于气-水或气-水-油等不同界面行为，寻求更为有效的食品级泡沫稳定剂仍是未来研究的一大重点。例如，可考虑同时降低泡沫表面张力和泡沫间排液，开发新型蛋白质/表面活性剂（例如卵清蛋白与皂素）固体颗粒，发挥双重作用。3）表面活性剂晶体颗粒稳定泡沫在泡沫浮选等非食品领域的研究较多，但也为食品中油性泡沫的稳定提供了一个很好的方向，有望拓展油性泡沫稳定剂的选择种类。例如，在十二烷基硫酸钠中添加氯化钾，高浓度的盐会使表面活性剂在气泡表面沉淀，并在气泡之间的空隙中形成晶体，晶体颗粒分散在液体中，当泡沫形成时吸附于气-液界面并减缓气泡歧化和聚结，而停留在液体通道中的大量晶体相互堆积抑制泡沫排液，起到稳定泡沫的作用[97-98]。

综上，泡沫在食品中的作用不可忽视，研究泡沫在食品中的稳定机制尤为关键，食品中理想的泡沫产品是多种机制综合作用的结果，需要适当和可靠的方法描述食品泡沫稳定的机制，并借此实现对产品品质的控制，未来仍需进一步加强食品体系中泡沫稳定性的研究。