基于单宁酸的金属 - 酚网络在油水界面直接组装稳定乳液:开启食品乳液工程新篇

【字体: 时间:2025年05月14日 来源:Food Research International 7.0

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  目前研究多聚焦于用金属 - 酚网络(MPNs)修饰外源性稳定剂稳定乳液,MPNs 自身乳化性能及界面行为未明晰。研究人员用单宁酸(TA)与金属离子构建 MPNs 稳定乳液,发现 TA 浓度、金属离子种类影响乳液稳定性。为食品乳液设计提供指导,拓展 MPNs 应用。

  在食品科学领域,乳液广泛应用,但稳定乳液一直是个挑战。多酚作为天然成分,虽有一定乳化能力,可单独使用时稳定效果不佳,常需与其他物质协同。金属 - 酚网络(MPNs)作为新兴材料,具有独特稳定性、生物相容性和界面性质,被视为食品乳液工程的潜力之选。然而,当前研究大多集中于用 MPNs 修饰外源性食品胶体稳定剂,如蛋白质、多糖等,以增强乳液稳定性,却忽视了 MPNs 自身的直接乳化性能和界面行为。比如,以往研究虽利用 MPNs 涂层优化基质的两亲平衡和界面活性,提升乳化性能,但 MPNs 能否不依赖外源性稳定剂或预合成而作为内在乳化剂尚不明确。在这样的背景下,为了填补这一知识空白,来自国内的研究人员开展了一项意义重大的研究。他们的研究成果发表在《Food Research International》上,为食品乳液系统的设计和 MPNs 在食品工业中的应用带来了新的曙光。
研究人员采用逐步界面组装策略,旨在探究基于单宁酸(TA,一种常见的高分子量天然多酚,具有多种金属配位能力)的 MPNs 在食品乳液中的作用。研究人员选用了四种常见金属离子(FeIII、CuII、AlIII和 ZnII),这些金属离子各自具备独特的功能特性,如抗氧化、抗菌或催化活性,为后续设计多样的功能性乳液系统提供了可能。

在研究方法上,研究人员主要运用了以下关键技术:首先,利用高分辨率显微镜对乳液微观结构进行分析,以揭示 MPNs 对乳液微观形态的影响;其次,采用石英晶体微天平耗散技术(QCM-D)分析 MPNs 在油滴表面的界面吸附情况;此外,运用多种光谱技术,全面探究 TA 与金属离子之间的相互作用、MPNs 的成键模式和电荷转移特征。

研究结果如下:

  • MPNs 的形成验证:通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和 X 射线光电子能谱(XPS)光谱中 C-O 基团的变化,证实了电荷从 TA 转移到金属离子,以及配位键的形成,这表明 MPNs 成功构建。
  • TA 浓度对乳液稳定性的影响:较高的 TA 浓度(2.0%)有利于形成更大的 MPNs 结构。相应地,TA2.0/Fe-MPNs 稳定的乳液在 21 天储存期内表现出最佳稳定性,乳液粒径从 231.30nm 增长到 275.54nm。
  • 不同金属离子构建的 MPNs 对乳液稳定性的影响:TA 与四种选定金属离子形成的 MPNs 均成功定位于界面以稳定乳液,在 21 天储存期内展现出优异的稳定性。对比不同金属离子构建的 MPNs,TA/Zn-MPNs 能形成最致密的界面吸附层,吸附量高达 384.74 ng/cm2,约为 TA/Fe-MPNs 的 2.33 倍,显示出其作为高效乳液稳定剂的卓越潜力。

在研究结论与讨论部分,研究人员系统地从相互作用、液滴大小、界面性质和整体乳液稳定性等多个维度,对 MPNs 的原位形成、乳化能力、界面行为和乳液稳定机制进行了阐释。这项研究明确了 MPNs 在乳液中的自组装行为和稳定机制,为深入理解 MPNs 稳定乳液提供了基础。其重要意义在于,为设计多功能食品乳液系统提供了指导方向,有助于拓展 MPNs 在食品工业中的应用范围,有望推动食品乳液工程领域的进一步发展,为食品科学研究和相关产业带来新的思路和方法 。

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