胶体化学翻译

1、生物聚合乳化剂对水包油型橘汁乳浊液的形成和稳定性的比较摘要：本实验检验了不同类型的生物聚合乳化剂对橘汁乳浊液的形成和稳定性方面的影响。乳球蛋白（BLG），阿拉伯胶（GA）传统改性淀粉（MS-old）和新型改性淀粉 (MS-new) 以及经过高压均质处理后的水包油型橘汁乳浊液（含油量5）。对于分别添加BLG，MS-old，MS-new以及GA的样品乳浊液来说，所测得的最小微滴颗粒直径分别是171nm，254nm，222nm和497nm，相应的，为获得小微滴所需的最小乳化剂与油的质量比分别是0.5:5, 1:5, 3:5和5:5。本实验还检验了ph（3-8），离子强度（0-500mM，NaCl,

2、050 mM CaCl2），热处理（3090 _C）对乳浊液稳定性的影响。对BLG稳定体系的乳浊液来说，当溶液的PH处在其等电点（pH 5）附近，或是在高盐浓度(300 mM NaCl, 10 mM CaCl2, pH7)下，或是高温处理(70, 200 mM NaCl, pH 7)时，由于静电和疏水作用的相互变化，导致小微滴的大量凝聚。但是对于添加阿拉伯胶和改性淀粉的稳定的乳浊液来说，由于体系内具有很强的空间斥力(而不是静电作用)，因此PH，离子强度，和温度的变化对乳浊液的稳定性几乎没有影响。在本实验中，我们利用是新型改性淀粉。这种淀粉能够以较低的浓度形成具有小液滴的稳定乳浊液。关键词：乳浊

3、液，纳米乳浊液，橘油，风味油，乳清蛋白，阿拉伯胶，改性淀粉，乳化稳定性前言许多软饮料和果汁都是水包油型（即油滴分散于水相中）的乳浊液，液滴中所包裹的油滴类型主要取决于饮料乳液是清淡型还是芳香型的。清淡型乳状液的液滴主要有非风味油组成（如蔬菜油和萜类油），芳香型乳状液的液滴主要有风味油（如柑橘油）或风味油和非风味油的混合物组成。在本研究中，利用水包油型橘汁乳液作为饮料乳液样品，橘油作为调味剂已经应用了数百年。最近的研究表明，在橘油中发现的植物素可能对提高人体健康有帮助，如抗癌和消炎作用。将乳化的橘油添加到不同的食品中可能是一个很实用的方法，这样，消费者可以从其潜在的促进健康的效应中获益。 乳化剂

4、是一种能够快速吸附于油滴表面的表面活性大分子物质，它能使饮料乳液在均质过程中形成的小微滴处于稳定状态。乳化剂在饮料乳液中具有两方面的主要作用。（1）促进乳状液的形成，（2）提高乳状液的稳定性。均质过程中形成的微滴大小取决于乳化剂能以多快的速度吸附于微滴的表面，能多么有效的降低界面张力，以及阻止微滴在均值过程中发生凝聚的能力。要想得到长期稳定的乳浊液，则取决于乳浊液中的吸附乳化剂层在终产品的储藏，运输和应用的过程中所具有的抑制微滴聚集的能力。 许多种类的乳化剂适用于食品和饮料工业中，这包括小分子表面活性剂，磷脂质，蛋白质和多糖。先前的研究已经检验了不同类型及复合的人工合成表面活性剂对饮料乳液的形

5、成和稳定性的影响。但是，我们对生物聚合乳化剂的应用比对人工合成乳化剂更有兴趣，这是因为它们通常被认为是“标签友好型”的。目前，在饮料乳液中最常应用的生物聚合乳化剂是两亲性多糖，阿拉伯胶和改性淀粉。然而，研究也表明，蛋白质和蛋白质-多糖复合物也能促使样品饮料乳液形成和稳定。 每一种生物聚合乳化剂在使乳浊液形成和稳定的过程中都有其优点和缺点。特别的，在均质的过程中，球蛋白比多糖更易形成较小微滴。但是当环境条件（如PH,离子强度，温度）改变时，球蛋白却更易于是微滴发生聚集。相反的，多糖则具有能够形成对环境变化有良好稳定性的乳状液的能力，但是这种乳浊液在均质过程倾向于形成较大的微滴，并且相对与蛋白质来

6、说，它们必须在明显很高的浓度条件下应用。例如，研究表明要使20的水包油型橘汁乳饮处于稳定状态，所需的阿拉伯胶的质量比要大于12，并且富含蛋白质的大分子物质优先吸附于水油界面。由于在乳化过程中只有一小部分的阿拉伯胶被利用，因此要得到稳定的乳状液所需阿拉伯胶的总浓度比使用蛋白质乳化剂要高出很多。 近年来，在改性淀粉的生产中有许多技术革新，由此导致了具有高效功能的生物聚合乳化剂的商业化应用。我们的研究目的是比较球蛋白，阿拉伯胶和两种改性淀粉乳化剂对样品饮料乳液的形成和稳定性方面的影响。其中一种改性淀粉已经商业化应用了很长时间，而另一种才刚刚被引进过来。本研究所得的信息将对筛选出应用于食品和饮料业中最

7、合适的生物聚合乳化剂提供帮助。材料和方法：材料：橘油 ，食品级-乳球蛋白，阿拉伯胶，两种改性淀粉，即简称为MS-old的传统改性淀粉和简称为MS-new.的新型改性淀粉，NaCL，CaCL2 ，柠檬酸钠和叠氮化钠（N3Na） 。在整个水溶液和乳浊液中都是用双蒸馏水。方法：水包油型乳浊液的制备：分别将BLG, GA 和MS分散于缓冲液（10.0 mM的柠檬酸钠，0.01 wt%的叠氮化钠，pH 3.0）中，得到水相。在环境温度为25左右的条件下，将5.0 wt%的油相和95.0 wt%的水相混合液通过均质而得到水包油型橘汁乳液。将预混合的乳状液经高速搅拌后，再通过以9000psi（磅/

8、平方英寸）运转的高压微流控机三次，然后得到水包油型橘汁乳浊液。初始的乳化剂浓度(0.110 wt%)对在这些均质条件下形成的微滴大小的影响，被用来比较不同类型的乳化剂对促使乳浊液形成的相对作用。经过这些实验后，我们选择BLG, GA和一种新型改性淀粉作为进一步的研究对象。环境条件对乳浊液稳定性的影响本实验测定了不同乳状液对PH，离子强度和温度的稳定性，通过添加不同的乳化剂和所要求的浓度制备三种5 wt%的水包油型橘汁乳液，即BLG (0.5 wt%); GA (10.0 wt%)和MS(1.0 wt%)。 PH稳定性 将乳状液样品至于缓冲液中，然后用NaOH或NaCL溶液调整混合液的PH使其达

9、到所需的值(pH 28)，最后取乳状液样品10ml并转移到玻璃试管（(160 9 15 mm）中，分析之前需在25左右的环境温度下保存一夜。 盐稳定性 利用不同量的NaCL溶液和缓冲溶液稀释PH7.0的乳状液以形成一系列具有相同微滴浓度而盐浓度(0500 mM NaCl 或050 mM CaCl2)却不相同的样品乳浊液。将这种乳浊液搅拌30分钟后转移到玻璃试管(160 × 15 mm)中，分析之前需在25左右的环境温度下保存一夜。热稳定性 分别制备不含NaCl溶液及含有200 mM NaCl溶液的乳状液，然后各取10ml样品转移到玻璃试管中，并在温度范围30-90之间的稳定值下水浴3

10、0分钟。然后将样品迅速置于室温条件下放置一夜，然后分析。 值得注意的是在本研究中，样品乳液对盐和热稳定性是在中性条件下测定的，这代表了一些食品和饮料的特点，如营养型饮料和脱脂乳品。然而，在以后的研究中，我们将检验样品乳液在其他PH值条件下对盐和热的稳定性，这将会对其他食品的研究具有帮助，如利用酸性PH制作软饮料。乳状液稳定性的测量颗粒大小 通过动态散射装置测量稀释后样品中分散的微滴大小和平均微滴直径。制造商解释道，这中仪器通过测量微滴由于布朗运动而通过溶液的移动速度，再利用斯托克斯方程将这种速度转变为微滴的大小。微滴的均值大小用“Z-平均”粒径来表示。在测试样品微滴的大小之前，利用柠檬酸缓冲液

11、将样品稀释100倍，以使仪器的衰减因数达到6左右，这样做是为了避免样品发生多重散射现象。· -电势 乳状液中脂滴的电荷通过离子电泳仪进行测量。其原理是将多普勒测速仪和相位分析散射仪相结合，来测定粒子的电泳速度，然后在斯莫鲁霍夫斯基近似法的基础上，利用亨利方程数学模型将测得的粒子电泳速度转变为-电势。在测试之前，需用与最初样品溶液有相同PH值和NaCl浓度的缓冲溶液将乳浊液稀释至仪器的衰减因数为6左右，并将乳浊液搅拌以保证其均匀性。 乳化分层指数 将10ml样品置于玻璃试管中，分析之前置于室温下放置七天。通过测量试管表面不透明的乳化微滴富集层和试管底部透明或浑浊的稀薄微滴层之间的边界层

12、高度来确定乳状液的分层难易性。分层的测量结果用乳化分层指数（CI）来表示：CI =100×界面高度/乳状液的总高度统计分析 所有的测量结果都由三组样品的平行试验，并以平均值和标准方差的结果汇报。结果和讨论乳浊液形成我们最初的实验目的是确定不同生物聚合的乳化剂对其在均质过程中形成乳浊液的相对作用效果。特别的，我们的目的是在一种给定的乳化剂和标准均质条件下，测量微滴的最小直径(dmin)和要产生这种小颗粒微滴所需的乳化剂的最小量(Cmin)值。dmin被看作是在使用所给乳化剂的条件下，所能形成的最小微滴直径，而Cmin被看作是要得到的微滴直径在最小直径十分子一以内所需的最小乳化剂浓度。将

13、5%的橘油和95%的含有不同类型和浓度乳化剂的水相混合后，经标准均质后，获得乳浊液样品。然后静置三小时后再测量微滴的平均直径。如图1所示，随着乳化剂浓度的增加，微滴的平均直径趋于减小，这是因为随着乳化剂浓度的增加，在均质过程中所形成的水-油界面变饱和的速度就越快，并且有更多的乳化剂适于包裹这种界面。比较典型的是，在初始乳化剂浓度条件下，经均质后，微滴的平均直径有两种变化类型：第一种类型是随着乳化剂浓度的曾加，微滴逐渐减小。这是因为没有足够多的乳化剂去包裹在均质过程中新形成的微滴表面。第二类型是微滴的大小随着乳化剂浓度的曾加而基本不变，这是因为溶液中有足够多的乳化剂去包裹所有新形成的微滴。对第一

14、类型的微滴来说，其直径受到适于包裹在均质过程中所形成的水油界面的乳化剂总量的限制，但对第二类型的微滴来说，其直径则受在均质过程中所产生的最大破坏力的限制。添加了BLG, MS-new, 和 MS-old乳化剂的乳浊液中的微滴看起来是属于这种类型。对不同乳化剂来说，其所形成的微滴在这两种类型中的分界点浓度分别是0.1%的 BLG, 1% 的 MS-new,和3% 的 MS-old（如图一）。这与实际计算的Cmin值相一致。另一方面，对添加了阿拉伯胶的乳浊液来说，随着阿拉伯胶浓度的提高，微滴的平均直径减小的越明显，并且在两种微滴类型中没有明显的区分。在这种情况下，Cmin值与所添加最高水平（10）

15、的阿拉伯胶相一致。在乳浊液中所形成的最小微滴直径也受乳化剂类型的影响。如对BLG, MS-new, MS-old和GA, 它们所能形成的最小微滴直径分别是171nm，254 nm，,222 nm和497 nm。在后续的试验中，我们将在水相中不添加过量浓度的乳化剂条件下，制备能够形成小微滴的乳浊液样品。如添加0.5% BLG,1% MS-new, 和10% GA。在进一步的实验中我们之所以不使用MS-old，是因为它比MS-new的使用量要多出约三倍。PH对乳浊液稳定性的影响市面上，饮料乳液的PH值不尽相同，软饮料倾向于酸性，一些营养性饮料的PH则接近于中性。因此，我们分别检验了PH对BLG,

16、GA 和 MS稳定体系的橘汁乳液的物理化学特性的影响。对于BLG稳定体系的乳浊液来说，当其PH值在相对较高（6-8）和较低值（2-3）附近时，乳浊液中微滴的平均直径为180nm左右，如图2所示。然而，由实验观察所知，在BLG的等电点（4PH5）附近，微滴的平均直径会有非常大的增加。另一方面，对于GA 和 MS稳定体系的乳浊液来说，当PH值在2-8的范围内变化时，微滴的平均直径相对保持不变，其值分别为600-650nm和230-270nm，如图2a。乳化分层稳定性测量所得的微滴大小表明BLG稳定体系在其等电点附近时，对乳化分层很不稳低，但是当其处在比等电点较高或较低的PH值之下时则稳定。而GA

17、和 MS稳定体系在所研究的所有PH值条件下都对乳化分层稳定。这些结论与先前对聚合物稳定体系的水包油型乳浊液对PH的稳定性研究结果相一致。BLG体系在蛋白质等电点附近之所以有较差的稳定性，是由于微滴之间的静电斥力作用减弱的缘故。而GA 和 MS稳定体系对PH有较好的稳定性，是因为微滴被一层相对较厚的伸入水相的亲水性多糖分子所包裹，因此，体系依靠空间斥力而非静电斥力才获得很好的稳定性。此外，由于微滴表面较厚多糖分子层的存在，也使微滴间的范德华而吸引力减小了。PH值对三种类型乳浊液中微滴电势的影响如图2b所示。BLG稳定体系中的微滴在低PH时具有很高的正电势，而在高PH时具有很高的负电势。并在PH值

18、4-5之间呈电中性，这种PH值对微滴带电量的影响，归因于BLG分子吸附层的等电点在PH值5左右。在相对较高H+浓度（PHPI）下，氨基带正电荷（-NH3+）而羧基带则呈电中性（-COOH）。因此，净电荷为正。在相对较低H+浓度（PHPI）下，羧基带负电荷（-COO-），而氨基呈电中性。因此，净电荷为负。在等点时，蛋白质所带的正电荷数量和负电荷数量相等，因此，蛋白质的净电荷为零。球蛋白所形成的界面层厚度倾向于较薄（只有几纳米厚），所以这种类型的生物聚合乳化剂主要靠静电斥力（而非空间斥力）来使乳浊液保持稳定。因此当蛋白质在等电点附近丧失净电荷时，范德华尔吸引力就占支配地位了，微滴对凝聚的稳定性将有

19、大程度的降低。被GA 和 MS包裹的微滴在所实验的任一PH值下都带负电荷，这是因为在这些多糖分子上有一些带负电荷的侧基（- COO-）。有意思的是，在任一PH值下，被GA所包裹的微滴所带的负电荷都比被 MS所包裹的微滴所带的要高出许多。这表明GA的线电荷密度比MS高，这一结论可能会对被生物聚合物包裹的微滴与其它食品和饮料体系中带电粒子之间的相互作用有重要意义，正如过渡金属能够促进油脂氧化。研究表明，带负电荷的微滴会吸引带正电荷的过渡金属于小脂滴的表面，从而促进了油脂的氧化。对被GA 和 MS包裹的微滴来说，当溶液PH值降低到约5以下时，其所带的负电荷将有相当明显的下降，这是由于溶液的PH值变化

20、不定，并处在羧基的酸度系数值以下，以至于它们丧失了一些自身的负电荷。这一结论与先前对两亲性多糖所带电荷的研究结果相一致，在先前的研究中还发现随着溶液PH值的增加，微滴所带的负电荷也相应增加。离子强度对乳浊液稳定性的影响、由于天然食品中油脂的存在，乳化食品和饮料中的离子强度可能会相差很大。因此我们试验了离子强度(0500 mM NaCl;050 mM CaCl2)对三种被不同生物聚合乳化剂所稳定的橘油乳浊液稳定性的影响。在不添加盐的初始条件下，BLG，MS和GA稳定体系中微滴的平均直径分别约为180nm，270 nm和600 nm。由图3a和图4a可以得出，GA和MS稳定体系中微滴的大小随离子强

21、度的增加而基本不变。这是因为这些乳浊液体系主要依靠空间斥力而非静电相互作用来维持稳定状态。另一方面，对BLG稳定体系的乳浊液来说，当溶液中NaCl的浓度大于或等于300mM（如图3a）或CaCl2的浓度大于或等于10 mM（如图4a）时，微滴的平均直径会明显的变大。这种微滴在较高盐浓度下的凝聚现象，要归因于由静电屏蔽效应和离子结合效应所导致的被蛋白质包裹的微滴之间的静电斥力减小的缘故。在临界盐浓度以上，静电斥力不再足以克服微滴之间的相互吸引力（范德华力和疏水作用力）。对含有不同盐浓度的乳浊液的观察表明，BLG稳定体系的乳浊液在较高盐浓度下，其表面形成一种乳化层，但其他两种乳浊液则对重力分层现象

22、处于相对的稳定状态。 对于BLG稳定体系的乳浊液，随着盐浓度的增加，由于静电屏蔽效应和离子结合效应的影响，导致微滴所带的负电荷降低（如图3b和4b）。由于静电吸引作用，液相中带相反电荷的粒子（Na+和Ca2+）松散的聚集在蛋白质表面带负电荷的基团（-COO）周围，因此对它们的净电荷产生了屏蔽效应。在这种多价反离子存在的情况下，由于离子结合效应的影响，微滴表面电荷也可能减少。这就解释了为什么Ca2+比Na+在BLG稳定体系的初始阶段能使微滴的电势降低的更多的现象（如图4b）。有意思的是，对MS和GA稳定体系来说，随着盐浓度的提高，乳浊液的电势基本没有什么变化，这可能是因为溶液中存在着电荷补偿效应

23、的缘故，正如随着离子强度的增加，乳浊液的界面结构或组成发生了变化一样。热处理对乳浊液稳定性的影响 许多乳化食品在其加工或利用的过程中要经过一些不同类型的热处理，如消毒，巴氏杀菌或烹饪。因此我们分别研究了热处理(3090 _C,20 min)和和盐浓度(0 or 200 mM NaCl)对PH为7的BLG,MS和GA稳定体系的样品乳浊液中微滴大小，电势和乳化稳定性的影响。之所以选择200 mM的NaCl溶液，是因为在室温下BLG稳定体系的乳浊液在此盐浓度下，微滴聚集刚好处于稳定状态，如图3b。由于热处理会导致微滴之间疏水作用的增加，因此我们假定这些乳浊液在热处理后会变得不稳定。由于先前的研究已经

24、表明，NaCl对球蛋白稳定体系的乳浊液的稳定性具有最大的负面影响，因此，我们在热处理之前就将NaCl溶液加入到乳浊液中。 在不加盐的情况下，经热处理后，所有乳浊液对微滴聚集和乳化沉淀都处于相对稳点状态，微滴的平均直径变化甚微，而且没有明显的证据表明发生了相分离现象。例如，在经过30至90的热处理后，对BLG,MS和GA体系来说，其微滴的平均直径分别为169±2nm,265±3 nm和622±9nm。在添加200nM的NaCl溶液下，当加热到60以上时，BLG体系的乳浊液由于微滴聚集而变得不再稳定。这种现象可由微滴平均直径的显著增加（如图5）和乳状沉淀而得到证明。BLG体系的乳浊液在有盐的存在下，对热处理的不稳定性可以归因于吸附于脂滴表面的球蛋白发生了热变性的缘故。当BLG分子伸展开以后，它们就把非极性基团暴露于水相周围，这就增加了微滴之间的表面疏水作用并通过疏水吸引作用促进了微滴的凝聚。此外，当蛋白质加热到其热变性温度以上时，其分子中的硫氢基也暴露出