《Journal of Food Engineering》：A Simple Approach to Sesame Paste Stability via Wall Effects
编辑推荐：
•
容器限制产生的壁效应在储存过程中稳定了芝麻酱。
•
在较小的容器中，油分离和沉淀现象显著减
- •
容器限制产生的壁效应在储存过程中稳定了芝麻酱。
- •
在较小的容器中，油分离和沉淀现象显著减少。
- •
关键D/dav比率低于894可有效抑制相分离。
- •
不同品种的芝麻酱经过长期（360天）测试，稳定性得到验证。
- •
为食品悬浮液包装设计提供了一种简单的方法。
引言
芝麻酱是一种富含营养的油脂悬浮液，由细磨的芝麻固体组成（Abu-Jdayil, 2004; Jin et al., 2022; Zhao et al., 2025）。它在亚洲、非洲和中东的烹饪传统中广泛使用（Abu-Jdayil et al., 2002; Sawaya et al., 1985; Yang et al., 2024）。然而，固体（1.43 g/cm3）和油脂（0.91 g/cm3）之间的密度差很大，这使得该体系在储存过程中极易发生分离（Gao et al., 2024; Gul et al., 2024; Zhao et al., 2025）。结果，如结块和硬度增加等质地问题会严重降低感官质量和消费者接受度（Evlogimenou et al., 2017; Yuzer and Genccelep, 2024）。这些稳定性问题是限制产品保质期和市场扩展的持久挑战。
当前的工业策略主要依赖于添加外部物质，如乳化剂（Guneser and Zorba, 2014）、氢化植物油、棕榈油（Al-Mahasneh et al., 2017）、单甘油酯（MG）、乙基纤维素（Ferdaus et al., 2022）、蛋白质和PVA纳米纤维（Yuzer and Genccelep, 2024）、亚麻籽（Hou et al., 2023）、蜂蜡、米糠蜡和棕榈蜡（Ferdaus et al., 2022; ??ütcü et al., 2017）来减轻油-固分离。然而，像氢化植物油这样的添加剂会增加饱和脂肪含量，从而增加心血管疾病的风险（Dhaka et al., 2011; Oomen et al., 2001; Sacks and Katan, 2002）。这些添加剂还会使体系变硬且延展性降低（Li et al., 2014; Yao et al., 2024），不符合清洁标签的趋势，并且不解决沉淀的根本物理机制（Sacks and Katan, 2002）。因此，迫切需要一种简单且基于物理原理的策略来提高胶体稳定性，同时不损害产品纯度。
浓悬浮液中的沉淀现象基本上受颗粒-流体动力学和边界条件控制（Pal, 2019）。斯托克斯沉降速度（Stokes settling velocity）描述了在无限介质中下沉的孤立球体，但对于以流体阻力和颗粒间相互作用为主的高密度体系来说不够准确（Brady and Bossis, 1988; Chakraborti and Kaur, 2014; Cretella et al., 2024）。对于在受限几何形状中的非胶体颗粒，壁效应（wall effect）在颗粒流动和浆液输送中是一个被广泛记录的现象，它会显著改变局部堆积结构和流体阻力（Di Felice and Parodi, 1996; Suzuki et al., 2008）。靠近容器壁时，排除体积效应会降低局部颗粒浓度，而由壁-颗粒相互作用产生的增强粘性耗散会产生阻尼效应，减缓沉降速度（Suzuki et al., 2008; Zuo et al., 2023）。由于芝麻酱是一种典型的高固体含量分散体系，在储存过程中观察到的行为与上述颗粒或浆体输送现象类似。因此，我们假设壁效应可能调节其分层行为，提供了一种简单且对环境友好的方法来提高其物理稳定性。
本研究阐明了壁效应作为控制芝麻酱稳定性的物理机制。通过硬度分析和流变特性研究，在210天的储存期内，量化了六个圆柱形容器（内径8-121毫米）中的沉淀诱导的密度梯度和油分离速率。使用直径14毫米的迷你容器进行了一年的保质期评估，验证了该机制的长期有效性。研究结果表明，容器几何形状是抑制沉淀的关键设计参数，无需使用稳定剂，从而提供了一种新的清洁标签策略来提升物理质量和延长保质期。
章节摘录
材料
芝麻种子由青岛宜海 Kerry 调味油有限公司提供。
芝麻酱的制备
芝麻酱的生产遵循一系列严格控制的步骤（Zhao et al., 2025）。首先对原始芝麻种子进行两次筛分和去石处理，以去除植物残渣和小石子。然后通过光学颜色分选去除变色或未充分成熟的种子，从而提高外观和品质的一致性。清洗后的种子被彻底冲洗干净。
储存过程中芝麻酱的沉淀动力学和油分离
通过测量六个圆柱形容器（内径8-121毫米）几何中心的穿透力-深度曲线，评估了芝麻酱在210天储存期内的沉淀过程（图1）。在第0天，所有样本的穿透力最低，表明没有初始的颗粒沉降。随着储存时间的增加，任意深度的力逐渐增加，反映了逐渐的沉淀和相应的局部密度增加。
结论
本研究表明，壁效应可以有效抑制储存过程中芝麻酱的颗粒沉淀和油分离。在210天的储存期间，密度驱动的沉降和相分离的动力学受到壁限制程度的影响显著。在较大的容器中，壁效应减弱，颗粒沉淀和底部压实发生得较快，伴随更高的油分离速率。相比之下，在较小的容器中……
CRediT作者贡献声明
Haiming Shi：方法论、形式分析。 Chunming Liu：方法论、形式分析。 Yan Zhang：方法论、形式分析、数据管理。 Jingwen Zhao：撰写——初稿、方法论、形式分析、数据管理、概念化。 Changxiang Huang：方法论、调查、形式分析、数据管理。 Yapeng Fang：撰写——审阅与编辑、监督、方法论、资金获取、概念化。 Yongjun Xu：方法论、形式分析。 Yiguo Zhao：撰写——
本文在撰写和修订过程中使用了Youdao翻译平台集成的AI辅助工具对语言表达进行了专业优化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能会影响本文所述的工作。
致谢
感谢Arawana慈善基金会（BB0000015）的支持。感谢NETZSCH科学仪器贸易（上海）有限公司提供流变仪（Kinexus Ultra）以支持这项研究。
Jingwen Zhao | Changxiang Huang | Yan Zhang | Haiming Shi | Chunming Liu | Yongjun Xu | Yiguo Zhao | Yapeng Fang
