利用LUMiSizer®評估阿拉伯膠和甜菜果膠乳液的長期穩(wěn)定性

阿拉伯膠(GA)是食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛的天然乳化劑。然而，由于阿拉伯膠價(jià)格高，市場供應(yīng)不穩(wěn)定，尋找阿拉伯膠替代品引起了研究人員的注意。近年來的研究表明，甜菜果膠(SBP)作為天然乳化劑具有巨大的潛力。

本研究通過LUMiSizer®穩(wěn)定性分析儀評估GA和SBP穩(wěn)定的乳液的長期穩(wěn)定性。通過將GA和SBP在油水界面上的吸附過程與乳液的長期穩(wěn)定性聯(lián)系起來，可以更好地理解GA和SBP穩(wěn)定乳液的機(jī)理，這可能為尋找GA的替代品提供有用的信息。

1. 材料和方法

1.1 乳液的制備

將不同濃度的SBP(0.5 ~ 2.0%)和GA(0.5 ~ 15.0%)水化12 h，然后添加MCT油，使油比達(dá)到10 wt%。首先，利用高速分散劑在20,000 rpm的條件下剪切2 min以獲得粗乳液。然后，在50 MPa的高壓下將粗乳狀液均質(zhì)兩個(gè)循環(huán)。

1.2  乳液的離心穩(wěn)定性

通過LUMiSizer®穩(wěn)定性分析儀評估了乳液的長期穩(wěn)定性。測量儀器參數(shù)設(shè)置如下:溫度為25℃，轉(zhuǎn)速為4000rpm，時(shí)間間隔為10s，實(shí)驗(yàn)總®®時(shí)間為2.5h。

2. 分析和討論

     使用LUMiSizer®對CG浮液的分散穩(wěn)定性進(jìn)行了評估。結(jié)果表明，ACP處理對乳化性能的影響高度依賴于處理?xiàng)l件（處理時(shí)間和電壓）。在適度的ACP處理（60kV 60s和60kV 90s）后，CG乳液顯示出更好的穩(wěn)定性。然而，改性不足和改性過度后CG分子的乳化性能與未處理的樣品相似。

圖1 不同濃度甜菜果膠(SBP)(0.5 ~ 2.0%)和阿拉伯膠(0.5 -15.0%)穩(wěn)定乳液的透光率圖譜(GA)

SBP和GA穩(wěn)定乳液的透光率圖譜如圖1所示，底部紅線表示第一條譜線，頂部綠線表示樣品的最后一條譜線。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，乳液是不透明的分散體系，第一條紅色譜線的透光率接近于零。隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，乳液透光率譜線形態(tài)發(fā)生變化，較輕的油滴逐漸向界面處遷移，而較重的水相停留在樣品管的底部。因此，樣品頂部的顆粒濃度逐漸增加，而底部顆粒濃度逐漸減小，新記錄譜線底部的透射率逐漸增加，直到記錄到頂部的最后一個(gè)綠色譜線。此外，譜線間距離越大表明液滴的遷移速度越快，乳液越不穩(wěn)定。并且，樣品透光率圖譜變化越小，乳液越穩(wěn)定。如圖1所示，隨著濃度的增加，SBP和GA穩(wěn)定的乳液都變得越來越穩(wěn)定。

圖2 不同濃度甜菜果膠(SBP)(0.5 - 2.0%)和阿拉伯膠(GA)(0.5 - 15.0%)穩(wěn)定的乳液積分透光率隨時(shí)間的變化(A)、積分透光率的變化速率(B)、油水界面位置隨時(shí)間的變化(C)、油水界面位置遷移速度(D)、不穩(wěn)定指數(shù)隨時(shí)間的變化(E)和實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)乳液不穩(wěn)定指數(shù)(F)。

為了更直觀地比較透光率的變化情況，使用積分透光率進(jìn)行分析，分別如圖2A、B所示。隨著濃度的增加，SBP和GA穩(wěn)定的乳液的積分透光率的變化速率逐漸降低，表明乳液變得越來越穩(wěn)定。此外，可以通過跟蹤油水界面的位置變化來獲得關(guān)于乳液分離動力學(xué)的信息。油水界面位置隨時(shí)間變化的曲線和界面遷移速度曲線分別如圖2C和D所示。隨著測試時(shí)間的增加，乳液變得越來越不穩(wěn)定，頂部逐漸出現(xiàn)乳析層，底部出現(xiàn)相對澄清的水層，兩相間出現(xiàn)界面。此外，隨著離心時(shí)間的增加，界面逐漸從樣品管底部向界面移動。如圖2C所示，GA0.5%穩(wěn)定乳液的界面從130 mm移動到108 mm，而GA15.0%穩(wěn)定的乳液界面只有輕微的移動，顯示出優(yōu)異的穩(wěn)定性。此外，與GA0.5%（3.944μm/s）相比，GA15.0%穩(wěn)定乳液的界面運(yùn)動速度（0.287μm/s）低得多，這也表明其優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。SBP穩(wěn)定的乳液顯示出類似的結(jié)果。

SBP-和GA穩(wěn)定乳液的不穩(wěn)定性指數(shù)隨時(shí)間的變化和實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)樣品的不穩(wěn)定性指數(shù)如圖所示，分別為圖2E和F。不穩(wěn)定指數(shù)的值在0到1之間，這是一個(gè)無量綱數(shù)。其中，0表示樣品沒有分離（非常穩(wěn)定），1表示樣品分離（非常不穩(wěn)定）。最初，乳液是一個(gè)均勻穩(wěn)定的體系，隨著實(shí)驗(yàn)開始，乳液逐漸分離，不穩(wěn)定性指數(shù)隨實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長而逐漸增加。隨著濃度的增加，不穩(wěn)定性指數(shù)逐漸降低，這表明SBP-和GA穩(wěn)定的乳液的穩(wěn)定性都逐漸提高。與GA相比，相同濃度SBP穩(wěn)定的乳液在長期穩(wěn)定性方面具有絕對優(yōu)勢，這是由于SBP乳液液滴尺寸更小、粘度更大且界面層更厚。令人意外的是，SBP2.0%-和GA15.0%-穩(wěn)定乳液的不穩(wěn)定性指數(shù)分別為0.018和0.045，這表明SBP2.0%穩(wěn)定的乳液比GA15.0%穩(wěn)定的乳液更穩(wěn)定。

4. 結(jié)論

研究表明，在相同濃度下，SBP穩(wěn)定的乳液長期穩(wěn)定性更好。通過比較SBP2.0%和GA15.0%穩(wěn)定乳液的長期穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)界面層的彈性對乳液的長期穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。這項(xiàng)研究可能為尋找GA的替代方案提供有用的信息。