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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
| 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) | R² |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |





