纤维素纳米纤维 / 二氢杨梅素复合颗粒稳定乳状液凝胶在模拟环境下的稳定性增强机制

【字体: 时间:2025年05月27日 来源:Innovative Food Science & Emerging Technologies 6.3

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  为解决 Pickering 乳液在宽 pH 范围、高离子强度等环境下稳定性不足的问题,研究人员以 CNF/DMY 复合颗粒稳定的 Pickering 乳状液凝胶为对象,研究 pH 和 NaCl 浓度对其稳定性的影响。发现高盐和 pH 5 时稳定性更佳,为开发新型食品稳定剂提供支撑。

  
在食品工业的广阔天地里,乳状液作为奶油、酸奶、蛋黄酱等常见体系的核心组成部分,其稳定性始终是科研与生产的焦点。然而,传统 Pickering 乳液依赖蛋白、碳水化合物或多酚的二元 / 三元复合物稳定,在宽 pH 范围(如胃液 pH 1.2-2 至小肠液 pH 6.8-7)、高离子强度(如蛋黄酱 1% NaCl)或长期储存条件下,往往面临稳定性不足的挑战。与此同时,脂质氧化导致的食品酸败和品质下降,更是制约乳状液应用的关键难题。如何让乳状液在复杂的食品加工环境与人体胃肠道环境中 “稳如泰山”,成为亟待攻克的科学问题。

为破解这一困局,国内研究团队瞄准纤维素纳米纤维(CNF)与二氢杨梅素(DMY)的复合体系,展开了系统性研究。CNF 作为直径 1-100 nm 的棒状纳米纤维素,兼具天然纤维素的物理特性与油 - 水两亲性,是理想的食品级乳化稳定剂;DMY 则是来自藤黄属植物的生物活性黄酮,具备抗氧化、抗菌等多重功效,前期研究已证实二者可通过氢键结合形成稳定复合物。研究团队聚焦 CNF/DMY 复合颗粒稳定的 Pickering 乳状液凝胶,探究其在不同 pH(2-7)和 NaCl 浓度(0-1000 mM)环境下的储存、离心、冻融及脂质氧化稳定性,旨在从界面层特性出发揭示环境耐受机制,为功能性食品添加剂开发提供理论与技术支撑。这项研究成果发表在《Innovative Food Science》。

研究采用的关键技术方法包括:通过微射流高压均质机(200 MPa 均质 3 次)将微晶纤维素(MCC)制备为 CNF 悬浮液,经冷冻干燥获得 CNF;通过调节体系 pH 和 NaCl 浓度,构建不同环境条件下的 Pickering 乳状液凝胶模型;利用粒径分析、流变学测试(测定黏度、凝胶强度)、脂质氧化指标检测(脂质氢过氧化物、丙二醛含量)等手段,系统评估乳状液的物理与氧化稳定性。

模拟环境对乳状液凝胶物理特性的影响


随着 NaCl 浓度升高,乳滴粒径呈减小趋势,黏度显著增强。这是由于 Na?离子的静电屏蔽效应促使更多复合颗粒吸附至油 - 水界面,形成更紧密的界面层,同时高离子强度增强了颗粒间的相互作用,进而提升体系黏度。pH 的变化则呈现不同规律:随着 pH 降低,乳滴粒径减小,当 pH=5 时凝胶强度达到峰值。这与 pH 调控颗粒表面电荷状态相关,酸性条件下颗粒间静电斥力减弱,更易形成紧密堆积的网络结构,赋予凝胶更强的力学性能。

氧化稳定性与环境条件的关联


储存 15 天后,脂质氢过氧化物含量从 1.48 mM 升至 2.39 mM,而丙二醛(MDA)含量从 2.13 μM 降至 1.66 μM。这表明 CNF/DMY 复合颗粒通过形成物理屏障延缓脂质氧化,尽管氢过氧化物作为初级氧化产物积累,但 DMY 的抗氧化活性有效抑制了次级氧化产物(如 MDA)的生成。在 pH=5 时,体系展现出最佳氧化稳定性,归因于 DMY 在此 pH 条件下的结构稳定性,使其抗氧化能力得以充分发挥。

极端环境下的稳定性表现


冻融稳定性测试显示,仅当 NaCl 浓度高于 200 mM 时,乳状液凝胶表现出良好稳定性,高浓度 Na?离子通过增强颗粒界面吸附强度,抵御了冻融过程中冰晶形成对结构的破坏。离心稳定性方面,所有样品均表现优异,说明 CNF/DMY 复合颗粒形成的界面层具备较强抗机械外力扰动的能力。

研究表明,CNF/DMY 复合颗粒通过 pH 和离子强度调控的差异化稳定机制,赋予 Pickering 乳状液凝胶在复杂环境下的多重稳定性优势:酸性条件下依赖颗粒网络紧密堆积与 DMY 结构稳定实现强凝胶强度与抗氧化性;高盐环境中通过静电屏蔽增强颗粒界面吸附,提升黏度与冻融抗性。这些发现不仅揭示了界面层特性与环境耐受性的内在关联,更凸显了纤维素 / 黄酮类复合物作为新型食品稳定剂的巨大潜力,为其在酸性饮料、高盐调味品及冷冻食品等领域的应用奠定了基础,同时为开发兼具乳化与抗氧化功能的多功能食品配料提供了新思路。

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