食品泡沫中的发泡作用及影响因素分析

1. 食品泡沫的形成与破坏

泡沫通常是指气泡分散在含有表面活性剂的连续液相或半固相中的分散体。泡沫的基本单位是液膜所包围的气泡，气泡的直径从1μm到数厘米不等，液膜和气泡间的界面上吸附着表面活性剂，起着降低表面张力和稳定气泡的作用。

食品中产生泡沫是常见现象，加工过程中起泡通常是不利的。但另一方面，食品中存在着许多诱人的泡沫食品。例如，搅打发泡的加糖蛋白、棉花糖、冰淇淋、起泡奶油、啤酒泡沫和蛋糕。在食品泡沫中的表面活性剂称作泡沫剂，一般是蛋白质、配糖体、纤维素衍生物和添加剂中的食用表面活性剂。

蛋白质能作为发泡剂主要决定于蛋白质的表面活性和成膜性，例如鸡蛋清中的水溶性蛋白质在鸡蛋液搅打时可被吸附到气泡表面来降低表面张力，又因为搅打过程中的变性，逐渐凝固在气液界面间形成有一定刚性和弹性的薄膜，从而使泡沫稳定。

典型的食品泡沫应：①含有大量的气体（低密度）；②在气相和连续液相之间要有较大的表面积；③溶质的浓度在表面较高；④要有能胀大、且具刚性或半刚性并有弹性的膜或壁；⑤有可反射的光，所以看起来不透明。

形成泡沫通常采用三种方法：一是将气体通过一个多孔分配器鼓入低浓度的蛋白质溶液中产生泡沫；二是在有大量气体存在的条件下，通过打擦或振荡蛋白质溶液而产生泡沫；三是将一个预先被加压的气体溶于要生成泡沫的蛋白质溶液中，突然减压，系统中的气体则会膨胀而形成泡沫。

由于泡沫具有很大的界面面积（气液界面可达1 m²/mL液体），因而是不稳定的。①在重力、气泡内外压力差（由表面张力引起）和蒸发的作用下液膜排水。如果泡沫密度大、界面张力小和气泡平均直径大，则气泡内外的压力差较小，另外，如果连续相黏度大，吸附层蛋白质的表观黏度大，液膜中的水就较稳定；②气体从小泡向大泡扩散，这是使泡沫总表面能降低的自发变化。如果连续相黏度大、气体在其中溶解和扩散速度小，泡沫就较稳定；③在液膜不断排水变薄时，受机械剪切力、气泡碰撞力和超声波振荡的作用，气泡液膜也会破裂。

如果液膜本身具有较大的刚性或蛋白质吸附层富有一定强度和弹性时，液膜就不易破裂。另外，如在液膜上粘有无孔隙的微细固体粉末并且未被完全润湿时，有防止液膜破裂的作用，但如有多孔杂质或消泡性表面活性剂存在时破裂将加剧。

2. 影响泡沫形成和稳定性的因素

（1）有关成分对发泡的影响 泡沫的形成和泡沫的稳定需要的蛋白质的性质不同。泡沫形成要求蛋白质迅速扩散到气水界面上，并在那里很快地展开、浓缩和散布，以降低表面张力。因此，需要水溶性好并有一定表面疏水区的蛋白质。泡沫稳定要求蛋白质能在每个气泡周围形成一定厚度、刚性、黏性和弹性的连续的与气体不能渗透的吸附膜。因此，要求分子质量较大、分子间较易发生相互结合或黏合。(www.xing528.com)

具有良好起泡性质的蛋白质包括蛋清蛋白质、血红蛋白和球蛋白部分、牛血清蛋白质、明胶、乳清蛋白质、酪蛋白胶束、β-酪蛋白、小麦蛋白质（特别是谷蛋白）、大豆蛋白质和一些水解蛋白质（低水解度）。对于蛋清，泡沫能快速形成，然而泡沫密度、稳定性和耐热性低。

蛋白质的浓度与起泡性相关，当起始液中蛋白质的浓度在2%～8%范围内，随着浓度的增加起泡性有所增加。当蛋白质浓度增加到10%时则会使气泡变小，泡沫变硬。这是由于蛋白质在高浓度下溶解度变小的缘故。

pH影响蛋白质的荷电状态，因而改变了其溶解度、相互作用力和持水力，也就改变了蛋白质的起泡性质和泡沫的稳定性。当蛋白质处于或接近等电点pH时，有利于界面上蛋白质-蛋白质的相互作用和形成黏稠的膜，被吸附至界面的蛋白质的数量也将增加，这两个因素均提高了蛋白质的起泡能力和泡沫稳定性。

盐类影响蛋白质的溶解度、黏度、伸展和聚集，因而改变其起泡性质。这取决于盐的种类、浓度和蛋白质的性质，如氯化钠通常能增大泡沫膨胀率和降低泡沫稳定性，而钙离子由于能与蛋白质的羧基形成桥键从而使泡沫稳定性提高。在低浓度时，盐提高了蛋白质的溶解度，在高浓度时产生盐析效应，这两种效应都会影响蛋白质的起泡性质和泡沫稳定性。一般来说，在指定的盐溶液中蛋白质被盐析时则显示较好的起泡性质，被盐溶时则显示较差的起泡性质。

由于糖类能提高整体黏度，因此，抑制泡沫的膨胀，但却改进了泡沫的稳定性。所以，在加工蛋白甜饼、蛋奶酥和蛋糕等含糖泡沫型甜食产品时，如在搅打后加入糖，能使蛋白质吸附、展开和形成稳定的膜，从而提高泡沫的稳定性。

脂类使泡沫稳定性下降，这是由于脂类物质，尤其是磷脂，具有比蛋白质更大的表面活性，它将以竞争方式在界面上取代蛋白质，于是减少了膜的厚度和黏合性。

（2）发泡方法的影响 为了形成足够的泡沫，搅拌、搅打时间和强度必须足够，使蛋白质充分地展开和吸附，然而过度激烈搅打也会导致泡沫稳定性降低，因为剪切力使吸附膜及泡沫破坏和破裂。搅打鸡蛋清如超过6～8min，将引起气-水界面上的蛋白质部分凝结，使得泡沫稳定性下降。

在产生泡沫前，适当加热处理可提高大豆蛋白质（70～80℃）、乳清蛋白质（40～60℃）、卵清蛋白质（卵清蛋白和溶菌酶）、血清白蛋白等蛋白质的起泡性能，但过度的热处理则会损害起泡能力。将已形成的泡沫进行加热，个别情况下可能会使得蛋白质吸附膜因凝胶作用而产生足够的刚性从而稳定气泡，但大多数情况下会导致空气膨胀、黏性降低、气泡破裂和泡沫崩溃。