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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 44 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
| 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) | 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 |





