（一）乳成分与空气间的相互作用
乳与乳制品能与空气相互作用。与空气相互作用的成分主要是乳蛋白质和乳脂肪。牛乳具有发泡性能。
液体通过搅拌而发泡，但只有在液体中存在表面活性物质的情况下，形成的泡沫才稳定；否则气泡间的液层将迅速流动，使气泡破坏。若有表面活性剂存在，则它能吸附在空气-液体面上，此时液体流动产生一界面张力梯度；这一梯度对流体施加应力，使界面充当“固体墙”的角色，从而阻滞气泡间的液体流动。
泡沫主要变化阐述如下：
1. 泡沫上液体的排除
泡沫上液体的排除过程受黏度的影响。薄层越薄，排除越慢，直到最后泡沫中含有很少的液体。当薄层厚度约为气泡直径的1%时，空气的体积分数可高达95%。通常以膨胀率来表示空气含量。向液体施加屈服应力，使连续相在搅打时为液态，泡沫形成后即“固化”。另外一种方法是在液体中加固体粒子作间隔元。牛乳酪蛋白胶束可作间隔元。搅打稀奶油中脂肪球也可作间隔元。
2. 泡沫上水分蒸发导致薄层变薄
蒸发通常发生在泡沫上端的薄层最薄处。
3. 发生薄层破裂
薄层破裂，两气泡聚集，泡沫变粗而体积却不减少，泡沫上层与空气接触处的薄层最易破裂；破裂后的泡沫往下塌陷。脂肪球也能导致薄层破裂。
4. 奥氏熟化（泡沫快速溶解）继续发生
奥氏熟化过程中，小气泡消失，其余气泡则相应变大；泡沫变粗后，薄层减少，稳定性下降。
实际上，通常不容易制作稳定的泡沫；泡沫的生命周期通常只有简短的几分钟或几个小时。许多泡沫通常通过硬化来达到稳定的目的，如固化连续相或在气泡周围形成固体粒子网络，阻滞奥氏熟化、薄层破裂和排水现象的发生。
（二）乳产品的发泡
衡量起泡性的一些指标包括发泡率（有些蛋白质可以达到2000%）以及泡沫对于塌陷和析水的稳定性。
乳蛋白制品可稳定泡沫。酪蛋白酸盐稳定泡沫的效果较好，在空气-水界面上有强吸附；相比较而言，乳清蛋白的发泡特性则依具体条件不同而异。经过脱脂和纯化的乳清浓缩蛋白的泡沫稳定性更加优良。在酸性环境下经过热变性的乳清蛋白起泡性略微降低，但是泡沫稳定性提高。未变性的乳清蛋白可以产生在加热（烘焙）条件下仍然比较稳定的泡沫。黏性的蛋白质溶液可减少析水，在泡沫体系中加入少量的油脂会有明显的消泡作用。
在不存在油脂的条件下，酪蛋白钠盐和钾盐可以产生稳定的泡沫体系，酪蛋白酸钙的效果比较差。在没有油脂的情况下，经过部分水解的酪蛋白（由于在碱性条件下轻度加热发生的水解）可以产生稳定的泡沫。
牛乳中含多种蛋白质，酪蛋白以胶束的形式存在，也以胶束的形式吸附到空气泡上。当气泡由于溶入空气而收缩时，胶束滞留于界面上而其他吸收物质则可能发生解吸；随着收缩进一步进行，胶束相互接触，形成一黏合层，最终空气完全溶解，并伴随着形成一折叠袋。该折叠袋是由酪蛋白胶束膜组成，是在脱脂牛乳泡沫中发现的，泡沫温度必须在20℃以上；在低温下不能形成这层膜。
与蛋白质相比，脂肪稳定泡沫的性能要稍差一些。这可能与脂肪球和界面相互作用有关。充当膜物质的、铺散的液态脂肪会导致薄膜的破裂。均质能减少脂肪对泡沫不稳定的因素。脂肪含量对泡沫的影响很大。一般来说，离心分离效果越好，脱脂牛奶的起泡性能越好；温度对泡沫的影响相对比较复杂；脂肪结晶、酪蛋白胶束以及其他因素也起部分作用。(www.xing528.com)
极性脂肪，如磷脂、单甘酯和脂肪酸阻碍泡沫形成，故牛乳中加入酪乳或出现脂肪水解都能降低牛乳的泡沫生成能力。
热处理达到使乳清蛋白开始变性的程度能使搅打泡沫更加稳定，加热至杀菌温度则会降低泡沫形成能力。
需要说明的是上面提到的各个因素作用程度取决于泡沫形成方式。
稀奶油与空气的相互作用，即掼打和搅拌。掼打形成的气泡一开始表面无其他附着物，而不久脂肪球、蛋白质层相继在表面张力作用下附于气泡表面。当稀奶油的上层泡沫形成时，脂肪得到聚集，该过程通常称为浮选法。
在实践中，击打通常不能形成泡沫层。击打结果取决于外界条件的不同，其中起决定性的因素是脂肪的固-液比率。脂肪的固-液比依赖于脂肪组成、温度、加温的过程和脂肪球的大小。若液态脂肪含量很少，脂肪球只是附于气泡表面；而如果脂肪几乎全为液态，则稀薄的液态脂肪层将铺展于附有脂肪球的气泡表面，这一脂肪层在击打过程中随气泡的破碎而分裂；脂肪层破裂形成微小脂肪滴，通常称胶态脂肪。胶态脂肪分散性好，一般不受均质的影响。若液态脂肪与固态脂肪分布相对均衡，则部分液态脂肪铺展于气泡表面，残留有相对较小的脂肪球。
另一重要因素是脂肪含量。脂肪含量低，形成不稳定泡沫；相反，脂肪含量高，脂肪固/液比高，则脂肪球几乎覆盖空气泡所有表面，使泡沫稳定。
稀奶油脂肪含量越高，搅拌所需要的时间越短。稀奶油的掼打与奶油生产工艺中的搅拌相似。为确保泡沫稳定，足以经受后续操作（如成形、搅拌），脂肪球需部分聚集成颗粒，在泡沫体系中形成一个三维结构。因此掼打过程中需要权衡搅拌时间与气泡时间的长短。搅拌时间太短，泡沫不稳定；搅拌时间过长，泡沫太粗糙。影响泡沫的另一个重要因素是击打强度，高速击打形成的泡沫气泡小，膨胀率大；低速搅打则效果与搅拌相似。
另外，在脂肪球不聚集的情况下，也能形成泡沫。脂肪球主要起支撑泡沫层的作用。
（三）冰淇淋产品的膨胀性能
牛乳在-0.54℃时凝固，浓缩乳的凝固点更低。牛乳中冰晶形成时，牛乳被浓缩，进一步降低了凝固点。当温度越低时，凝固的水分也就越多，同时被凝固溶液的浓度就越高。
冷冻引起未凝结溶液浓度、黏度提高，扩散系数降低。在深度冷冻（-30℃）时，牛乳变成了固体，这样在溶液中分子的迁移是不可能发生的。在脱脂乳的冷冻过程中会发生分层现象。当脂肪的含量比较高和脂肪族的直径比较小时，分层现象不严重。冷冻会对脂肪球起到物理性破坏；当温度越低时，冰晶体越大，脂肪球受到的破坏也越大，所以在融化过程中会引起脂肪块形成。如果均质过的牛乳被快速冷冻，脂肪依然能够保持乳化的状态；但稀奶油在冷冻过程中一般都会导致脂肪稳定性降低。
冰淇淋生产过程中，需要将物料快速冷却到-6～-4℃；同时搅打进空气，搅打空气必须在低温下进行，形成稳定的泡沫。
冰淇淋凝冻中的搅打和冷却过程与掼打稀奶油在某种程度上有相似之处。凝冻中部分液态脂肪铺展于空气泡表面，并伴有脂肪球颗粒的形成。低温能加快脂肪颗粒的形成，并伴有生成机械凝块，但同时有更多的冰晶产生。
冰淇淋凝冻过程形成的结构非常复杂，其结构元素包括冰晶、空气泡、脂肪球、脂肪颗粒和乳糖结晶，大量脂肪球和脂肪颗粒附于空气泡表面。冰淇淋凝冻期的结构元素组成如表3-5所示。
表3-5 冰淇淋凝冻期的结构元素
脂肪球大小以及脂肪颗粒的多少决定空气泡的大小。若混料均质效果不佳，则冰淇淋结构粗糙，空气泡大。均质同时也降低脂肪球聚结的可能性，而脂肪球部分聚结是脂肪颗粒形成时所需的，而且脂肪球的部分聚结有助于冰淇淋的口感。因此，为使部分脂肪球聚结，通常在均质前于混合料中加乳化剂。聚结过多将导致质构粗糙。
冰淇淋中的气泡主要有三方面的作用：气泡使冰淇淋变轻，相当于降低了冰淇淋的成本；气泡的存在使冰淇淋变软；气泡可缓解冰淇淋在食用时产生的过度的冰凉的感觉。
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