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从界面张力到微观结构:MG/DG稳定鲜核桃乳液的多尺度解析-芬兰Kibron-上海XVDEVIOS官方下载免费版科技有限公司

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从界面张力到微观结构:MG/DG稳定鲜核桃乳液的多尺度解析

来源: 食品工业科技 浏览 37 次 发布时间:2026-09-04

1.2.4.3 界面张力表征


采用芬兰Kibron dIFT双通道动态界面张力仪,基于悬滴法测定FWE与花生油间的动态界面张力。在环境温度下,将20 μL乳液滴置于花生油中,通过仪器内置的视频分析系统每30 s自动记录界面张力值,持续监测10 min。


1.2.5 鲜核桃乳液的微观结构特性


1.2.5.1 共聚焦激光扫描显微镜分析


采用配备40倍物镜的共聚焦激光扫描显微镜观察FWE微观结构。染色剂为尼罗红与尼罗蓝按1:1混合而成。取200 μL鲜核桃乳液与200 μL染色剂混合稀释5倍,分别对油相和蛋白相染色5 min。尼罗红和尼罗蓝的激发波长分别为488 nm和650 nm。


1.2.5.2 扫描电子显微镜分析


使用扫描电镜观察FWE冻干粉末表面形态。样品经液氮冷冻10 min后转移至冷冻制备室,随后采用离子溅射仪进行镀金处理,最后在10.0 kV加速电压下采集显微图像。


1.2.5.3 原子力显微镜分析


取少量FWE用超纯水稀释,超声振荡分散5 min后直接滴加于新鲜云母片表面,室温自然风干。使用原子力显微镜的轻敲模式搭配Si₃N₄探针观察乳液微观结构,通过样品表面形貌的二维平面图与三维立体图表征结果。


1.2.5.4 衰减全反射傅里叶变换红外光谱分析


采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪获取FWE红外光谱。扫描范围4000~600 cm⁻¹,分辨率4 cm⁻¹,扫描次数32次,室温条件下检测。


1.3 数据处理


所有实验重复三次,数据以均值±标准差表示,采用Origin 2021软件进行数据统计分析与图表绘制。所有数据均通过单因素方差分析处理,并采用Tukey多重范围检验进行显著性比较。设定P<0.05为差异具有统计学意义。


2 结果与分析


2.1 鲜核桃原乳特性分析


2.1.1 鲜核桃原乳理化指标


表1 FWE和DWE的基本组成成分
样品 蛋白质(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与DWE的基础成分分析表明(表1),FWE制备的原乳具有更高的蛋白质含量和更低的脂肪含量,与DWE相比具有显著性差异(P<0.05)。

蛋白质电泳分析(图1)进一步揭示了二者在蛋白质状态上的差异。虽然两种乳液的蛋白条带在11~39 kDa等关键区域基本一致,但DWE的泳道呈现出广泛的弥散性背景,提示其蛋白质可能存在降解或交联聚合。FWE的泳道条带信号相对较弱,但无明显弥散现象,这可能暗示其蛋白质降解程度较低,分布状态与DWE存在差异。


2.1.2 脂肪酸组成特征与营养功能


FWE与DWE中长链脂肪酸的分类与组成如表2所示。FWE中多不饱和脂肪酸占总脂质的76%,富含必需脂肪酸亚油酸与α-亚麻酸。二者对改善血脂、维护心血管健康具有积极作用。FWE中n-6/n-3比值为4.14:1,DWE中n-6/n-3比值为3.87:1,均处于理想膳食区间,有助于调节脂质代谢与炎症反应,降低高n-6膳食相关的慢性病风险。

表2 FWE与DWE中长链脂肪酸的分类与组成
类别 成分 分子式 含量(mg/mL)
FWE
含量(mg/mL)
DWE
饱和脂肪酸 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
棕榈酸 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
单不饱和脂肪酸 棕榈油酸 C₁₆H₃₀O₂ 1.983×10⁻² 2.208×10⁻²
顺式-10-十七碳烯酸 C₁₇H₃₂O₂ 8.908×10⁻³ 1.051×10⁻²
油酸 C₁₈H₃₄O₂ 4.613 5.545
多不饱和脂肪酸 亚油酸 C₁₈H₃₂O₂ 18.483 23.383
γ-亚麻酸 C₁₈H₃₀O₂ 1.518×10⁻² 2.034×10⁻²
11-二十碳烯酸 C₂₀H₃₈O₂ 3.806×10⁻² 4.398×10⁻²
亚麻酸 C₁₈H₃₀O₂ 4.461 6.053
总含量 30.872 39.082


在开发即食型营养产品等终端产品时,需综合考虑蛋白质质量、脂肪酸组成。如前文所述,FWE蛋白含量更高且n-6/n-3也处于理想膳食区间,这为其更适合开发终端产品提供了营养层面的佐证。


2.1.3 热稳定性分析


热重分析显示(图2A),FWE与DWE的热分解过程均经历三个阶段。第一阶段(30~200 ℃)主要为水分蒸发;第二阶段(200~470 ℃)中,FWE的质量损失更为明显,提示其可能保留更多完整生物大分子;第三阶段(470~600 ℃)为残留物的炭化分解。

此外,微分热重曲线(图2B)表明,FWE的最大降解温度(380 ℃)高于DWE(356 ℃),表明其中蛋白质等有机组分的热分解温度更高,分子结构更稳定,在后续高温加工中可能具有更好的潜力。


2.2 MG/DG对鲜核桃乳稳定性、流变学与界面特性表征的影响


基于2.1的结论,FWE在蛋白质含量、完整性以及热稳定性方面均展现出优于DWE的原料特性,适合作为后续乳液研究基础。因此,本节将聚焦FWE体系,系统探究MG/DG添加量(0%~0.6%)对其稳定性、流变学以及界面特性的影响,确定最优添加量并揭示稳定机制。


2.2.1 MG/DG添加对FWE稳定性影响


Zeta电位与粒径是评价乳液稳定性的关键指标,如图3A所示,随着MG/DG添加量的增加,乳液Zeta电位的绝对值显著提升,表明液滴间的静电排斥作用持续增强,这主要归因于更多生物聚合物在油水界面上的吸附与结构重排,增强了空间稳定效应。

在FWE-0.5%中,乳液体系展现出理想的物理稳定性特征,即电位绝对值越大,液滴彼此之间的静电斥力越大,粒径越小,乳液的稳定性越好。在FWE-0.6%中,粒径出现反弹(图3B),从4.37 μm升至6.16 μm。这可能是由于MG/DG作为乳化剂吸附于油水界面,通过减弱油滴间相互作用,从而使粒径减小;然而过量MG/DG会在水相中广泛聚集,随后与油-水界面竞争吸附乳化剂分子,导致界面乳化剂分子数下降,界面膜覆盖度不足,从而引起液滴聚集和粒径增大。


离心加速实验进一步模拟了乳液在自然储存中的分层行为(图3C)。随着MG/DG添加量提高,乳液透光率逐渐下降,分层现象得到有效抑制。综合来看,FWE-0.5%在静电排斥、液滴粒径及宏观抗分层能力上均达到了最佳平衡。


2.2.2 MG/DG添加对FWE流变学特性影响分析

Cross模型能有效表征剪切变稀流体的流变行为,揭示了MG/DG浓度依赖的双重作用。以未添加MG/DG的FWE-0%为基准,观察到MG/DG浓度依赖的流变行为变化,与乳化剂影响浓乳液体系结构的普遍机理相符。具体而言,零剪切粘度η₀反映流体微观结构强度,如图4和表3所示,η₀在0.4%~0.6% MG/DG添加量区间先略有波动后急剧上升,表明低浓度(<0.4%)时MG/DG主要起乳化分散作用;而当浓度≥0.4%(尤其在0.6%时),体系结构增强,η₀随之显著提高。特征松弛时间λ体现结构破坏后应力消散的快慢,λ的变化进一步印证该过程:0.2%~0.4%浓度下λ较低,说明体系为弱结构流体,应力松弛快;MG/DG添加量升至0.5%~0.6%时,λ大幅增加,表明MG/DG与溶液分子间作用(如氢键和疏水作用)增强,大分子纠缠限制运动,从而提升λ和η₀。流动指数m则描述粘度随剪切变化的剧烈程度,反映结构破坏模式,FWE-0.6%中m高达1.982,说明其结构坚固但易发生脆性断裂,粘度在临界剪切下急剧下降;而FWE-0.5%中m较为适中,显示更好的剪切适应性。

表3 不同MG/DG添加量下FWE的Cross模型拟合
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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