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暨南大学油料生物炼制与营养创新团队博士研究生谢朋凯在Food Chemistry期刊（中科院农林科学1区TOP，影响因子8.5）发表了题为“Effect of diacylglycerol on partial coalescence of aerated emulsions: Fat crystal-membrane interaction and air-liquid Interface interaction insights”的研究论文，由张震副教授指导并为通讯作者。
一、研究背景
基于无水黄油（AMF）制备的充气乳液通常含有30-40%的乳脂，因其乳香浓厚、质地优良、营养价值高，而被广泛应用于蛋糕、糕点、甜点、面包和茶饮等各种食品体系中。然而，AMF的结晶性能较弱，晶体易融化，造成打发能力受限，泡沫结构易塌陷，因此高端乳脂类充气乳液的市场发展大大受限。乳化剂在乳液生产中发挥着重要作用，可增强泡沫类产品的质地、起泡能力和流变质构性能。特别在充气乳液中，乳化剂对于综合调整脂肪的结晶特性和界面膜的强度至关重要。在乳液中，大分子蛋白质往往会形成较强粘弹性界面膜，而乳化剂则可通过Gibbs-Marangoni机制稳定界面膜，并通过竞争吸附部分取代大分子蛋白质，从而形成充气乳液打发所需的介稳界面膜强度。近年来，单甘酯（MAG）和甘油二酯（DAG）等天然油脂成分越来越多地用作各种体系中的乳化剂。通常情况下，由于高纯度的DAG在充气乳液中的表现机制尚不清楚，配方工程师往往根据经验调整混合MAG和DAG的比例进而确定产品配方，这严重限制了DAG在此类产品中的深入应用以及充气乳液产品的开发。因此，本研究旨在系统地研究具有不同碳链长度和饱和度的DAG影响脂肪结晶、气-液界面流变学和脂肪球界面膜的强度。通过阐明DAG介导脂肪晶体和界面膜之间的相互作用，进而揭示DAG对充气乳液搅打特性影响机制。本文旨在从基础研究角度为DAG在充气乳液工业化发展中提供坚实的理论基础。
图1 本文研究路线及相关机制图
二、研究方法
本文通过酶法制备高纯度不同碳链长度及饱和度的DAGs，系统地研究了具有不同碳链长度和饱和度的DAG对脂肪结晶、气液界面流变学和脂肪球界面膜强度等方面的影响：（1）探究脂肪结晶特性； (2)测定乳液气-液界面性质；(3) 确定脂肪球界面吸附特性；（4）充气乳液搅打性能的评估；（5）系统探究泡沫的流变质构特性。
三、研究结果
结果表明，基于硬脂酸制备的长碳链甘油二酯（LCD）具备最大的强化AMF结晶的能力，并增强了在气-液界面的脂肪球之间的相互作用（弹性模量E'高达246.42 mN/m）。这促进了搅打过程中脂肪晶体-界面膜之间的相互作用（简称晶膜互作），进而促进脂肪球的部分聚结行为，最终形成具有优异塑型能力的耐热稳定性的泡沫结构。相比于LCD，基于月桂酸制备的中碳链长度甘油二酯 (MCD) 同样也可促进脂肪结晶并优化界面特性，但由于MCD构建气-液界面模量较低，导致在搅打过程中未充分包裹空气（表现为起泡率低，塑型能力不强），因此表现出较弱的泡沫流变和质构性质。与LCD和MCD相反，基于油酸制备的长碳链不饱和型甘油二酯（OCD）由于在油脂结晶和界面优化能力太弱，被证明不能有效促进脂肪球之间的晶-膜互作效应，导致泡沫体系的塑型能力最弱。
图2 (a) 不同DAG对无水黄油的晶型的影响；(b) 不同DAG对无水黄油的脂肪晶体微观结构的影响
图3 (a) 界面膨胀弹性(E')、损耗模量(E'')和tanδ； (b)非线性表面膨胀流变学
图5 不同种类及浓度DAG对泡沫微观结构的影响
四、研究结论
本文从脂肪结晶性能、气-液界面流变学和脂肪球界面吸附特性三个方面，对DAG影响充气乳液的部分聚结、搅打性能和泡沫稳定性进行了全面研究。结果表明，随着DAG浓度的增加，OCD未能有效改善充气乳液的打发性能。饱和长碳链的LCD则通过促进晶-膜互作效应，强化脂肪球之间的部分聚结行为，实现了理想的搅打性能并提高了泡沫体系的耐热稳定性。这种性能的改善归因于LCD对AMF晶体的优化作用，以及界面膜厚度和强度的降低，从而促进了脂肪球在气液界面上的相互作用，进而加强了脂肪球之间的晶膜互作效应。由于饱和中碳链的MCD强化脂肪球之间的晶-膜互作效应能力有限，而且气液界面的弹性模量较低，因此较难有效包裹气泡，从而形成粘弹性模量较低的泡沫体系。研究结果为采用DAG来设计和改善充气乳液的搅打性能提供依据，尤其为耐温度波动型的搅打奶油配方设计方面提供了系统见解。
原文文献：
Xie Pengkai, Zheng Yilan, Lee Yee-Ying, Zou Shou, Wu Yuxin, Lai Junqi, Wang Yong, Zhang Zhen. (2024). Effect of diacylglycerol on partial coalescence of aerated emulsions: Fat crystal-membrane interaction and air-liquid Interface interaction insights. Food Chemistry, 140879.
本研究工作得到国家重点研发计划项目（2023YFD2100401），国家自然科学基金（32272341），广东省重点领域研发计划（2022B0202010003），广州市科技计划项目（2024A04J3254）和广州市科技计划项目（2024B03J1274）的支持。
作者简介：
谢朋凯，暨南大学2023级生物与医药博士研究生，研究方向为油脂生物炼制与营养。目前已在油脂酶法改性、特种油脂研发与稀奶油质量控制等方面开展研究。在研究领域发表文章10余篇，其中以第一作者在Food Hydrocolloids，Food Chemistry，Journal of Food Engineering，International Journal of Dairy Technology等期刊上发表SCI收录论文5篇，CSCD收录论文1篇，申请国家发明专利1项。
张震，博士/副教授，入选“暨南英才计划”暨南杰青（第一层次），《中国油脂》和《Grain & Oil Science and Technology》青年编委，长期从事高熔点脂肪改性加工与应用基础研究，同时具有两年的食品专用油脂生产企业（嘉里特种油脂（上海）有限公司）研发工作经历，相关学术背景和工作经验丰富。在 Critical Reviews in Food Science and Nutrition、Journal of Agricultural and Food Chemistry、 Food Chemistry 和 Industrial Crops and Products等期刊以第一/通讯作者发表论文40余篇；申请发明专利20余件，授权10余件；主持国家自然科学基金项目2项，省部级科研项目3项，承担校企横向课题7项；起草(排名第二)团体标准2项；主编或参编出版包括《食品脂类学》 (ISBN978-7-03-069079-1)“十四五”普通高等教育本科规划教材在内的编著3部。
