引言
在食品科學與工業應用領域,淡奶油作為一種廣泛使用的乳制品配料,其物理穩定性和感官品質至關重要。華南理工大學趙強忠教授及其研究團隊近期聚焦于食品膠體與油脂工程,深入探究了不同親水基團(如聚氧乙烯、山梨醇、蔗糖等)的親油性乳化劑(如司盤、吐溫、蔗糖酯等)對復雜混合油脂體系結晶行為的影響,并系統評估了這些影響如何最終決定淡奶油的攪打性能、泡沫穩定性和微觀結構。這項研究不僅對優化乳制品配方具有直接指導意義,其揭示的界面調控與結晶動力學原理,也為看似遙遠的針紡織品及原料(特別是功能整理劑和纖維改性領域)提供了深刻的跨學科啟示。
核心研究發現:乳化劑親水基團調控油脂結晶與奶油穩定性
趙強忠教授團隊的研究表明,在由乳脂、植物油等組成的混合油脂體系中,親油性乳化劑的分子結構,尤其是其親水基團的類型和大小,對油脂結晶過程產生顯著影響:
- 結晶形態與網絡調控:不同親水基團的乳化劑能選擇性吸附在特定油脂晶體表面,改變晶體的生長習性、尺寸和形貌。例如,某些乳化劑可誘導形成更細小、分布均勻的晶體網絡,該網絡能有效包裹液態油和氣泡,為淡奶油提供堅實的骨架結構。
- 結晶動力學影響:乳化劑會影響油脂的過冷度、成核速率及晶體轉化速率,從而調控整個結晶過程的快慢和最終固體脂肪含量(SFC)的分布,這與淡奶油在攪打和儲存過程中的硬度、抗滲性密切相關。
- 界面穩定機制:在攪打過程中,乳化劑與乳蛋白在氣-液和油-水界面上競爭吸附或協同作用。具有特定親水-親油平衡值(HLB)和空間結構的乳化劑,能形成更具彈性和機械強度的界面膜,有效穩定氣泡,防止聚結和奧氏熟化,從而獲得更高的膨脹率和更持久的泡沫結構。
對針紡織品及原料領域的關聯與啟示
盡管應用領域不同,但趙強忠教授團隊在食品乳化體系中對分子界面行為與結晶/固化過程的精細調控,其核心原理可類比并啟發針紡織品及原料的研發:
- 功能整理劑的分子設計:紡織品的功能整理(如防水、防油、柔軟、抗靜電)大量依賴于表面活性劑及高分子乳化劑在纖維表面的吸附、定向排列與成膜。研究不同親水基團(如季銨鹽、聚醚、磷酸酯等)對整理劑在纖維/空氣或纖維/水界面行為的影響,可優化其吸附牢度、分布均勻性和功能持久性,這與調控乳化劑在油-水界面的行為異曲同工。
- 纖維紡絲與改性中的結晶調控:在合成纖維(如滌綸、尼龍)的熔融紡絲過程中,聚合物的結晶行為直接決定纖維的力學性能。借鑒油脂結晶調控思路,通過添加具有特定官能團的成核劑或表面改性劑(類似于乳化劑),可以調控聚合物鏈段的排列與結晶速率,從而制備出具有特定光澤、強度或熱性能的差異化纖維。
- 涂層與復合材料的制備:紡織品涂層(如PU涂層、防水透濕膜)和產業用復合材料的制備涉及多相體系的穩定與固化。理解乳化劑或分散劑在不同相界面(如聚合物/填料、水性樹脂/織物)的作用,對于實現填料均勻分散、改善涂層粘附力、控制膜層微觀結構至關重要,其科學本質與穩定淡奶油中的油相、水相和氣相具有原理上的相通性。
- 可持續原料開發:研究中對植物油脂等可持續原料的關注,也呼應了紡織品領域對生物基纖維(如Lyocell、PLA纖維)和天然染料/助劑的開發需求。如何通過分子修飾和復配技術改善這些生物基原料的加工性能和最終產品品質,食品科學中的乳化與結晶調控策略提供了方法論參考。
結論與展望
華南理工大學趙強忠教授團隊關于親油性乳化劑對混合油脂結晶及淡奶油穩定性的研究,是食品膠體科學的一次深入實踐,清晰地展示了分子結構-界面行為-宏觀性能之間的構效關系。這項工作的價值不僅在于為高品質淡奶油產品開發提供了具體的配方與工藝指導,更在于其揭示的普適性物理化學原理——即通過精心設計的兩親分子調控多相體系的界面與結晶/固化過程,能夠實現對材料最終結構與性能的精準定制。
這種從微觀分子作用到宏觀材料性能的研究范式,為針紡織品及原料領域的創新提供了強有力的交叉學科視角。兩個領域的學者與工程師可以進一步加強交流,將食品科學中成熟的膠體與界面理論、表征技術,應用于紡織纖維的表面功能化、智能紡織品凝膠體系、生物可降解紡織復合材料等前沿方向,共同推動基于分子工程的新材料設計與制造技術的發展。