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從界麵張力到微觀結構:MG/DG穩定鮮核桃乳液的多尺度解析-芬蘭Kibron-上海宅男666网站科技有限公司

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從界麵張力到微觀結構:MG/DG穩定鮮核桃乳液的多尺度解析

來源: 食品工業科技 瀏覽 58 次 發布時間:2026-09-04

1.2.4.3 界麵張力表征


采用芬蘭Kibron dIFT雙通道動態界麵張力儀,基於懸滴法測定FWE與花生油間的動態界麵張力。在環境溫度下,將20 μL乳液滴置於花生油中,通過儀器內置的視頻分析係統每30 s自動記錄界麵張力值,持續監測10 min。


1.2.5 鮮核桃乳液的微觀結構特性


1.2.5.1 共聚焦激光掃描顯微鏡分析


采用配備40倍物鏡的共聚焦激光掃描顯微鏡觀察FWE微觀結構。染色劑為尼羅紅與尼羅藍按1:1混合而成。取200 μL鮮核桃乳液與200 μL染色劑混合稀釋5倍,分別對油相和蛋白相染色5 min。尼羅紅和尼羅藍的激發波長分別為488 nm和650 nm。


1.2.5.2 掃描電子顯微鏡分析


使用掃描電鏡觀察FWE凍幹粉末表麵形態。樣品經液氮冷凍10 min後轉移至冷凍製備室,隨後采用離子濺射儀進行鍍金處理,最後在10.0 kV加速電壓下采集顯微圖像。


1.2.5.3 原子力顯微鏡分析


取少量FWE用超純水稀釋,超聲振蕩分散5 min後直接滴加於新鮮雲母片表麵,室溫自然風幹。使用原子力顯微鏡的輕敲模式搭配Si₃N₄探針觀察乳液微觀結構,通過樣品表麵形貌的二維平麵圖與三維立體圖表征結果。


1.2.5.4 衰減全反射傅裏葉變換紅外光譜分析


采用衰減全反射傅裏葉變換紅外光譜儀獲取FWE紅外光譜。掃描範圍4000~600 cm⁻¹,分辨率4 cm⁻¹,掃描次數32次,室溫條件下檢測。


1.3 數據處理


所有實驗重複三次,數據以均值±標準差表示,采用Origin 2021軟件進行數據統計分析與圖表繪製。所有數據均通過單因素方差分析處理,並采用Tukey多重範圍檢驗進行顯著性比較。設定P<0.05為差異具有統計學意義。


2 結果與分析


2.1 鮮核桃原乳特性分析


2.1.1 鮮核桃原乳理化指標


表1 FWE和DWE的基本組成成分
樣品 蛋白質(g/100 mL) 脂肪(g/100 mL)
FWE 5.132±0.204* 6.477±1.068*
DWE 4.930±0.654 7.476±1.640

FWE與DWE的基礎成分分析表明(表1),FWE製備的原乳具有更高的蛋白質含量和更低的脂肪含量,與DWE相比具有顯著性差異(P<0.05)。

蛋白質電泳分析(圖1)進一步揭示了二者在蛋白質狀態上的差異。雖然兩種乳液的蛋白條帶在11~39 kDa等關鍵區域基本一致,但DWE的泳道呈現出廣泛的彌散性背景,提示其蛋白質可能存在降解或交聯聚合。FWE的泳道條帶信號相對較弱,但無明顯彌散現象,這可能暗示其蛋白質降解程度較低,分布狀態與DWE存在差異。


2.1.2 脂肪酸組成特征與營養功能


FWE與DWE中長鏈脂肪酸的分類與組成如表2所示。FWE中多不飽和脂肪酸占總脂質的76%,富含必需脂肪酸亞油酸與α-亞麻酸。二者對改善血脂、維護心血管健康具有積極作用。FWE中n-6/n-3比值為4.14:1,DWE中n-6/n-3比值為3.87:1,均處於理想膳食區間,有助於調節脂質代謝與炎症反應,降低高n-6膳食相關的慢性病風險。

表2 FWE與DWE中長鏈脂肪酸的分類與組成
類別 成分 分子式 含量(mg/mL)
FWE
含量(mg/mL)
DWE
飽和脂肪酸 月桂酸 C₁₂H₂₄O₂ 1.055×10⁻³ 1.005×10⁻³
肉豆蔻酸 C₁₄H₂₈O₂ 7.345×10⁻³ 9.264×10⁻³
十五烷酸 C₁₅H₃₀O₂ 4.4325×10⁻³ 5.075×10⁻³
棕櫚酸 C₁₆H₃₂O₂ 2.338 2.913
十七烷酸 C₁₇H₃₄O₂ 1.440×10⁻² 1.773×10⁻²
硬脂酸 C₁₈H₃₆O₂ 8.039×10⁻¹ 9.875×10⁻¹
花生酸 C₂₀H₄₀O₂ 1.928×10⁻² 2.141×10⁻²
二十二烷酸 C₂₂H₄₄O₂ 4.915×10⁻³ 5.414×10⁻³
芥酸 C₂₂H₄₂O₂ 3.224×10⁻² 3.348×10⁻²
單不飽和脂肪酸 棕櫚油酸 C₁₆H₃₀O₂ 1.983×10⁻² 2.208×10⁻²
順式-10-十七碳烯酸 C₁₇H₃₂O₂ 8.908×10⁻³ 1.051×10⁻²
油酸 C₁₈H₃₄O₂ 4.613 5.545
多不飽和脂肪酸 亞油酸 C₁₈H₃₂O₂ 18.483 23.383
γ-亞麻酸 C₁₈H₃₀O₂ 1.518×10⁻² 2.034×10⁻²
11-二十碳烯酸 C₂₀H₃₈O₂ 3.806×10⁻² 4.398×10⁻²
亞麻酸 C₁₈H₃₀O₂ 4.461 6.053
總含量 30.872 39.082


在開發即食型營養產品等終端產品時,需綜合考慮蛋白質質量、脂肪酸組成。如前文所述,FWE蛋白含量更高且n-6/n-3也處於理想膳食區間,這為其更適合開發終端產品提供了營養層麵的佐證。


2.1.3 熱穩定性分析


熱重分析顯示(圖2A),FWE與DWE的熱分解過程均經曆三個階段。第一階段(30~200 ℃)主要為水分蒸發;第二階段(200~470 ℃)中,FWE的質量損失更為明顯,提示其可能保留更多完整生物大分子;第三階段(470~600 ℃)為殘留物的炭化分解。

此外,微分熱重曲線(圖2B)表明,FWE的最大降解溫度(380 ℃)高於DWE(356 ℃),表明其中蛋白質等有機組分的熱分解溫度更高,分子結構更穩定,在後續高溫加工中可能具有更好的潛力。


2.2 MG/DG對鮮核桃乳穩定性、流變學與界麵特性表征的影響


基於2.1的結論,FWE在蛋白質含量、完整性以及熱穩定性方麵均展現出優於DWE的原料特性,適合作為後續乳液研究基礎。因此,本節將聚焦FWE體係,係統探究MG/DG添加量(0%~0.6%)對其穩定性、流變學以及界麵特性的影響,確定最優添加量並揭示穩定機製。


2.2.1 MG/DG添加對FWE穩定性影響


Zeta電位與粒徑是評價乳液穩定性的關鍵指標,如圖3A所示,隨著MG/DG添加量的增加,乳液Zeta電位的絕對值顯著提升,表明液滴間的靜電排斥作用持續增強,這主要歸因於更多生物聚合物在油水界麵上的吸附與結構重排,增強了空間穩定效應。

在FWE-0.5%中,乳液體係展現出理想的物理穩定性特征,即電位絕對值越大,液滴彼此之間的靜電斥力越大,粒徑越小,乳液的穩定性越好。在FWE-0.6%中,粒徑出現反彈(圖3B),從4.37 μm升至6.16 μm。這可能是由於MG/DG作為乳化劑吸附於油水界麵,通過減弱油滴間相互作用,從而使粒徑減小;然而過量MG/DG會在水相中廣泛聚集,隨後與油-水界麵競爭吸附乳化劑分子,導致界麵乳化劑分子數下降,界麵膜覆蓋度不足,從而引起液滴聚集和粒徑增大。


離心加速實驗進一步模擬了乳液在自然儲存中的分層行為(圖3C)。隨著MG/DG添加量提高,乳液透光率逐漸下降,分層現象得到有效抑製。綜合來看,FWE-0.5%在靜電排斥、液滴粒徑及宏觀抗分層能力上均達到了最佳平衡。


2.2.2 MG/DG添加對FWE流變學特性影響分析

Cross模型能有效表征剪切變稀流體的流變行為,揭示了MG/DG濃度依賴的雙重作用。以未添加MG/DG的FWE-0%為基準,觀察到MG/DG濃度依賴的流變行為變化,與乳化劑影響濃乳液體係結構的普遍機理相符。具體而言,零剪切粘度η₀反映流體微觀結構強度,如圖4和表3所示,η₀在0.4%~0.6% MG/DG添加量區間先略有波動後急劇上升,表明低濃度(<0.4%)時MG/DG主要起乳化分散作用;而當濃度≥0.4%(尤其在0.6%時),體係結構增強,η₀隨之顯著提高。特征鬆弛時間λ體現結構破壞後應力消散的快慢,λ的變化進一步印證該過程:0.2%~0.4%濃度下λ較低,說明體係為弱結構流體,應力鬆弛快;MG/DG添加量升至0.5%~0.6%時,λ大幅增加,表明MG/DG與溶液分子間作用(如氫鍵和疏水作用)增強,大分子糾纏限製運動,從而提升λ和η₀。流動指數m則描述粘度隨剪切變化的劇烈程度,反映結構破壞模式,FWE-0.6%中m高達1.982,說明其結構堅固但易發生脆性斷裂,粘度在臨界剪切下急劇下降;而FWE-0.5%中m較為適中,顯示更好的剪切適應性。

表3 不同MG/DG添加量下FWE的Cross模型擬合
MG/DG(%) η₀(Pa·s) λ(s) m η∞(Pa·s)
0 0.2353 10.7672 1.2253 0.0126 0.9953
0.1 0.0349 5.6205 0.9210 0.0152 0.9961
0.2 0.0798 0.1525 0.4822 0.0187 0.9973
0.3 0.0730 0.1158 1.2062 0.0159 0.9958
0.4 0.2145 0.5757 0.9983 0.0189 0.9979
0.5 0.3517 1.6667 0.7701 0.0134 0.9997
0.6 1.3454 11.1634 1.9821 0.0191 0.9925


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