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利用LUMiSizer®评估阿拉伯胶和甜菜果胶乳液的长期稳定性
2023/08/01 16:41
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方案摘要：
产品配置单：
罗姆分散体分析仪LUMiSizer ® 650
型号： LUMiSizer ® 650
产地： 德国
品牌： 罗姆
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方案详情：
利用LUMiSizer®评估阿拉伯胶和甜菜果胶乳液的长期稳定性
阿拉伯胶(GA)是食品工业中应用最广泛的天然乳化剂。然而，由于阿拉伯胶价格高，市场供应不稳定，寻找阿拉伯胶替代品引起了研究人员的注意。近年来的研究表明，甜菜果胶(SBP)作为天然乳化剂具有巨大的潜力。
本研究通过LUMiSizer®稳定性分析仪评估GA和SBP稳定的乳液的长期稳定性。通过将GA和SBP在油水界面上的吸附过程与乳液的长期稳定性联系起来，可以更好地理解GA和SBP稳定乳液的机理，这可能为寻找GA的替代品提供有用的信息。
1. 材料和方法
1.1 乳液的制备
将不同浓度的SBP(0.5 ~ 2.0%)和GA(0.5 ~ 15.0%)水化12 h，然后添加MCT油，使油比达到10 wt%。首先，利用高速分散剂在20,000 rpm的条件下剪切2 min以获得粗乳液。然后，在50 MPa的高压下将粗乳状液均质两个循环。
1.2 乳液的离心稳定性
通过LUMiSizer®稳定性分析仪评估了乳液的长期稳定性。测量仪器参数设置如下:温度为25℃，转速为4000rpm，时间间隔为10s，实验总®®时间为2.5h。
2. 分析和讨论
使用LUMiSizer®对CG浮液的分散稳定性进行了评估。结果表明，ACP处理对乳化性能的影响高度依赖于处理条件（处理时间和电压）。在适度的ACP处理（60kV 60s和60kV 90s）后，CG乳液显示出更好的稳定性。然而，改性不足和改性过度后CG分子的乳化性能与未处理的样品相似。
图1 不同浓度甜菜果胶(SBP)(0.5 ~ 2.0%)和阿拉伯胶(0.5 -15.0%)稳定乳液的透光率图谱(GA)
SBP和GA稳定乳液的透光率图谱如图1所示，底部红线表示第一条谱线，顶部绿线表示样品的最后一条谱线。实验开始时，乳液是不透明的分散体系，第一条红色谱线的透光率接近于零。随着实验的进行，乳液透光率谱线形态发生变化，较轻的油滴逐渐向界面处迁移，而较重的水相停留在样品管的底部。因此，样品顶部的颗粒浓度逐渐增加，而底部颗粒浓度逐渐减小，新记录谱线底部的透射率逐渐增加，直到记录到顶部的最后一个绿色谱线。此外，谱线间距离越大表明液滴的迁移速度越快，乳液越不稳定。并且，样品透光率图谱变化越小，乳液越稳定。如图1所示，随着浓度的增加，SBP和GA稳定的乳液都变得越来越稳定。
图2 不同浓度甜菜果胶(SBP)(0.5 - 2.0%)和阿拉伯胶(GA)(0.5 - 15.0%)稳定的乳液积分透光率随时间的变化(A)、积分透光率的变化速率(B)、油水界面位置随时间的变化(C)、油水界面位置迁移速度(D)、不稳定指数随时间的变化(E)和实验结束时乳液不稳定指数(F)。
为了更直观地比较透光率的变化情况，使用积分透光率进行分析，分别如图2A、B所示。随着浓度的增加，SBP和GA稳定的乳液的积分透光率的变化速率逐渐降低，表明乳液变得越来越稳定。此外，可以通过跟踪油水界面的位置变化来获得关于乳液分离动力学的信息。油水界面位置随时间变化的曲线和界面迁移速度曲线分别如图2C和D所示。随着测试时间的增加，乳液变得越来越不稳定，顶部逐渐出现乳析层，底部出现相对澄清的水层，两相间出现界面。此外，随着离心时间的增加，界面逐渐从样品管底部向界面移动。如图2C所示，GA0.5%稳定乳液的界面从130 mm移动到108 mm，而GA15.0%稳定的乳液界面只有轻微的移动，显示出优异的稳定性。此外，与GA0.5%（3.944μm/s）相比，GA15.0%稳定乳液的界面运动速度（0.287μm/s）低得多，这也表明其优异的长期稳定性。SBP稳定的乳液显示出类似的结果。
SBP-和GA稳定乳液的不稳定性指数随时间的变化和实验结束时样品的不稳定性指数如图所示，分别为图2E和F。不稳定指数的值在0到1之间，这是一个无量纲数。其中，0表示样品完全没有分离（非常稳定），1表示样品完全分离（非常不稳定）。最初，乳液是一个均匀稳定的体系，随着实验开始，乳液逐渐分离，不稳定性指数随实验时间的延长而逐渐增加。随着浓度的增加，不稳定性指数逐渐降低，这表明SBP-和GA稳定的乳液的稳定性都逐渐提高。与GA相比，相同浓度SBP稳定的乳液在长期稳定性方面具有绝对优势，这是由于SBP乳液液滴尺寸更小、粘度更大且界面层更厚。令人意外的是，SBP2.0%-和GA15.0%-稳定乳液的不稳定性指数分别为0.018和0.045，这表明SBP2.0%稳定的乳液比GA15.0%稳定的乳液更稳定。
4. 结论
研究表明，在相同浓度下，SBP稳定的乳液长期稳定性更好。通过比较SBP2.0%和GA15.0%稳定乳液的长期稳定性，发现界面层的弹性对乳液的长期稳定性起着至关重要的作用。这项研究可能为寻找GA的替代方案提供有用的信息。
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