乳制品和其他食品乳液中存在的脂肪滴的粒度对于确定风味释放、口感和乳液稳定性等性质非常重要。 因此，在确定不同食品乳液产品的功能和口感时了解粒度至关重要。 在此，我们展示了激光衍射如何用于测量和了解乳制品生产与存储过程中发生的粒度变化。 这反过来也可以更好地了解产品配方和性能之间的关联。
乳制品和其他食品乳液中存在的脂肪滴的粒度对于确定风味释放、口感和乳液稳定性等性质非常重要。 较大的乳液液滴会出现风味释放较差、口感油腻以及由乳液分层所致的稳定性较差等情况。 乳化成较小的液滴粒度通常能够减少乳液分层，改善产品口感。 然而，要实现此目标需要达到平衡。由于减小粒度会增加可用的表面积，如果不控制乳化剂浓度，可能反过来会造成絮凝。
在其他产品中（如冰淇淋），脂肪滴的粒度对确定结构特性非常重要。 目前已知聚集的脂质簇与搅打乳制品中气泡的稳定性有关。 只有控制脂肪乳的扰动后，才能形成这些脂质簇。 因此，在确定不同食品乳液产品的功能和口感时了解粒度至关重要。
Malvern Mastersizer 为食品科学家提供了一款出色的工具，可对食品乳液进行表征。 该仪器宽广的动态范围允许对细小乳液滴和较大的絮凝或凝集液滴进行表征。 此范围还允许测量较大的蛋白质胶束（特别是酪蛋白），可用于了解蛋白质和乳化油脂相之间的相互作用。
使用激光衍射可以很容易地对奶制品粒度进行评估，允许对油脂相的变化加以检测。 此类示例如图 1 所示，显示了全脂（3.6% 脂质）、半脱脂（各占一半，1.7% 脂质）和脱脂（0.1% 脂质）乳制品的典型结果。 如图所示，在每个样品中可以检测到两种模式，一种与油脂相有关，另一种与游离酪蛋白胶束相关。 从全脂到脱脂牛奶，每个模式的相对比例有所变化，显示了脂质含量的减少。
图 1. 全脂、半脱脂（各占一半）和脱脂牛奶的粒度分布。
加工过程中，牛奶乳液通常会被均质化以减少存储时的乳液分层。 激光衍射可用于追踪均质化过程，如图 2 所示。
牛奶乳液均质化过程中（图 2 中的红色曲线），随着均质化压力增大，开始观察到粒度减小。 然而，在较高压力下，观察到的减小程度变得不太明显。 这是由于乳液中脂肪滴之间存在酪蛋白桥联并促使脂肪簇形成所致。 当脂肪滴表面积变得过大而无法被可用蛋白质覆盖时即会出现上述情况。 使用合适的“酪蛋白溶解”液可以抑制此类脂肪簇的形成 [1]。 将此溶液加入牛奶乳液可分散脂肪簇，产生较小的粒度（图 2 中的蓝色曲线）。
图 2. 标准牛奶乳液和含有“酪蛋白-溶解”溶液的无脂肪簇乳液在均质压力下的 D [3,2] 变化 [1]。
存储期间的乳品乳液行为同样与粒度相关。 长期存储时，常会发现乳液（如奶油利口酒）的粘度增加甚至发生胶化[2]。 图 3 显示了 Dv90（现存液滴体积 90% 以下的粒度）作为不同利口酒随时间测量的粘度函数的变化情况。 Dv90 的变化可用于检测是否存在较大颗粒物。 可以看出，Dv90 和粘度之间可以观察到存在直接相关性，随着粘度增大，颗粒物粒度会变为更加粗糙。 这是由于形成了絮凝液滴体系所致。
图 3. 奶油利口酒存储期间观察到的粒度变化 [2]。.
在运输和重新复溶前，牛奶产品通常进行喷雾干燥。 喷雾干燥粉末的复溶过程是许多食品生产过程的重要因素。 这可以采用激光衍射技术进行追踪。
图 4 显示了含有 5%w/v 奶粉的水溶液的粒度变化。 奶粉的最初粒度相对较大（> 10 微米）。 随着时间推移，不断采集溶液样品并进行测量。 可以看到，随着体积中较大粉末模式减少，可以观察到非常细小的粒度模式。 此细小模式与粉末复溶过程中蛋白质胶束的形成相关。 水溶过程最初似乎很快，但随后会急剧减慢，整个过程大约需要数小时才能完成。 在此示例中采用的是脱脂奶粉，因此没有检测到脂肪。
图 4. 使用 Mastersizer 2000 追踪奶粉复溶。
乳制品及其他食品乳液的粒度是确定结构及感官特性的重要因素。 使用 Mastersizer 的测量可用于了解乳制品生产和存储过程中粒度的改变。 这反过来也可以更好地了解产品配方和性能之间的关联。
非常感谢 Hannah Research Institute（汉纳研究所）的 Catharina McCrae 提供了部分上述工作。
[1] McCrae, C.H. & LePoetre, A., “Characterisation of dairy emulsions by forward lobe laser light scattering - application to milk and cream”, In. Dairy Journal (1996) 6: 247-256.
[2] Muir, D.D., McCrae-Homsma, C.H. & Sweetsur, A.W.M., “Characterisation of dairy emulsions by forward lobe laser light scattering - application to cream liqueurs”, Milchwissenschaft (1991) 46: 691-694
