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为探究多糖离子特性对共稳定高内相 Pickering 乳液(HIPPEs)制备及特性的影响,研究人员用豌豆蛋白(PP)与不同离子型纤维素制备复合物。结果显示,PP-PQC 稳定的 HIPPEs 性能更优,为低脂重组产品开发提供了新思路。
在食品科学领域,高内相 Pickering 乳液(HIPPEs)凭借其独特的性质,如类固体外观、凝胶状流变行为和稳定的网络结构,在众多行业中展现出巨大的应用潜力,可作为固体脂肪和氢化油的潜在替代品,还能用于生物活性成分的递送与释放,增强乳液食品的稳定性和抗氧化活性。然而,目前用于制备 HIPPEs 的小分子表面活性剂和无机粒子,因生物相容性差和环境不友好,在食品领域的应用受到极大限制。尽管许多食品级颗粒可用于制备 HIPPEs,但豌豆蛋白(PP)作为一种新兴的优质植物蛋白,虽营养丰富,却存在溶解度低、乳化能力弱且易受环境影响的问题,单独使用难以稳定 HIPPEs。此前,虽有研究利用 PP - 多糖复合粒子稳定 HIPPEs,但不同离子型多糖与 PP 制备 HIPPEs 的研究尚属空白,多糖离子特性与稳定 HIPPEs 能力之间的关系也未被深入探究。
为了解决这些问题,来自国内的研究人员开展了一项关于离子型纤维素修饰豌豆蛋白对高内相 Pickering 乳液性质影响的研究。该研究成果发表在《Food Chemistry: X》上。
研究人员运用了多种关键技术方法。在复合物粒子的表征方面,使用 Malvern Zetasizer Nano ZS 测量粒子尺寸和 ζ 电位;通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析复合物粒子的结构和相互作用;采用光学接触角测量仪测定粒子的润湿性。对于 HIPPEs 的相关分析,利用激光衍射粒度分析仪测量乳液的液滴尺寸,借助共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)和扫描电子显微镜(SEM)观察微观结构,使用旋转流变仪评估流变性质,通过加热、离心、冻融和储存等实验评价乳液的稳定性,且所有实验均进行了多次平行操作,并运用统计分析方法确保结果的可靠性。
研究结果如下:
- 复合物粒子的特性:添加不同离子型纤维素后,复合物粒子平均粒径显著增大,粒径顺序为 PP - HPMC>PP - CMC>PP - PQC>PP 。PP 的 ζ 电位为 - 12.2mV,添加纤维素后,PP - CMC 仍带负电且绝对值增大,PP - HPMC 接近零,PP - PQC 由负变正。FTIR 分析表明,PP 与不同离子型纤维素通过氢键、静电和疏水相互作用形成复合物,且改变了 PP 的二级结构。添加纤维素降低了 PP 粒子的接触角,改善了其润湿性,其中 1.0% 浓度的 PP - PQC 接触角为 89.65°,最接近 90°,润湿性最佳。
- HIPPEs 的外观和液滴尺寸:单独用 PP 稳定的 HIPPEs 不稳定,易破乳;添加纤维素后,HIPPEs 稳定性提高。离子型纤维素使 HIPPEs 液滴尺寸分布左移,形成更小的液滴,平均液滴尺寸顺序为 PP - HPMC>PP - CMC>PP - PQC 。
- HIPPEs 的微观结构:CLSM 观察发现,PP - PQC 稳定的 HIPPEs 具有完整的界面结构,液滴最小、最均匀且排列紧密;PP - HPMC 和 PP - CMC 稳定的 HIPPEs 分别存在界面结构混乱和液滴较大的问题。SEM 观察显示,PP - PQC 稳定的 HIPPEs 孔隙率最低,网络结构最紧密,而 PP 单独稳定的 HIPPEs 孔隙率最高,结构松散。
- HIPPEs 的流变性质:所有 HIPPEs 均表现出剪切变稀特性,属于假塑性非牛顿流体。添加离子型纤维素提高了 HIPPEs 的表观粘度,其中 1.0% 的 PP - PQC 稳定的 HIPPEs 表观粘度最高。储能模量(G′)和损耗模量(G″)随角频率增加而增加,且 G′>G″,表明 HIPPEs 主要呈弹性或类固体性质。1.0% 的 PP - PQC 稳定的 HIPPEs 的 G′和 G″值最高,但纤维素添加量达 1.5% 时,G′和 G″值下降。
- HIPPEs 的稳定性评价:加热稳定性方面,加热后 HIPPEs 外观稳定,液滴尺寸无明显变化。离心稳定性上,PP - PQC 1.0% 稳定的 HIPPEs 离心后相分离最少,稳定性最高,PP 单独稳定的 HIPPEs 稳定性最差。冻融稳定性实验中,添加纤维素减少了 HIPPEs 的水油沉淀,PP - PQC 稳定的 HIPPEs 冻融稳定性最佳。存储稳定性测试显示,PP - PQC 稳定的 HIPPEs 在 7 天存储期内几乎无油沉淀,稳定性良好。
研究结论表明,添加纤维素可增强 PP 的稳定性和润湿性,不同离子型纤维素与 PP 形成的复合物粒子对 HIPPEs 性能影响显著。与 PP - HPMC 和 PP - CMC 稳定的 HIPPEs 相比,PP - PQC 稳定的 HIPPEs 液滴更小,流变性质更优。该研究为深入理解 PP - 多糖复合物提供了理论依据,为食品级 HIPPEs 的制备开辟了新途径,为其作为低脂肉类产品中的脂肪替代品或功能营养物质载体的应用奠定了基础。不过,研究也存在一定局限性,如缺乏单独纤维素的对照组,未来研究可考虑将 HIPPEs 应用于低脂肉类产品或用于递送抗氧化、抗菌等功能物质,进一步探究其对肉类产品质量和功能物质的影响。