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基于食品级固体颗粒稳定的Pickering乳液研究进展

食品科学杂志2021-10-11 12:51:49

食品级固体颗粒稳定的Pickering乳液因其天然优势及潜在的应用前景而备受关注,来自中国农业科学院农产品加工研究所的焦博、石爱民和刘红芝等人综述了近年来基于食品级固体颗粒稳定的Pickering乳液的研究进展,重点对固体颗粒的界面行为、颗粒和乳液的制备及表征方法,以及Pickering乳液在食品领域中的应用进行了阐述,并针对研究中存在的科学问题以及发展方向进行了分析和展望。


1. 颗粒的界面行为


颗粒的热力学吸附行为


固体颗粒作为乳化剂的前提是能够被两相同时润湿且不完全溶于乳液任何一相。颗粒吸附在界面上的水、油、颗粒三相的接触角(θ)是反应颗粒润湿性的重要参数,也是判断乳液类型以及颗粒是否能够稳定乳液的重要条件。


颗粒在界面上的排布及形变


颗粒吸附在界面上后,会形成一层界面膜,这种界面膜的性能取决于颗粒与颗粒之间以及颗粒与两相之间的交互作用。颗粒间的引力使得吸附层具有特殊的机械强度和刚性,为乳液抗聚结提供了独特的物理屏障。



颗粒界面行为的调节


由于大多数天然食品级颗粒并不具有良好的两相润湿性,其在界面上的三相接触角通常不能达到稳定Pickering乳液的要求,因此需要对颗粒的界面行为进行调节。


2. 食品级颗粒及其稳定的Pickering乳液的制备


多糖颗粒稳定的Pickering乳液


绝大多数淀粉高度亲水,需要通过化学或物理改性方式调节颗粒的界面行为以实现Pickering乳液的稳定。

纤维素是自然界蕴藏丰富的可再生资源,其化学结构是由D-吡喃葡萄糖环彼此之间通过β-1,4-糖苷键以C1椅式构象连接而成的线形高分子

壳聚糖是自然界唯一的阳离子多糖, 因其结构特殊,可制备具有pH值刺激响应特性的功能材料。


蛋白质颗粒稳定的Pickering乳液


大豆分离蛋白是制备食品级固体颗粒的优质原材料。

玉米醇溶蛋白、高粱醇溶蛋白等醇溶蛋白颗粒大多使用反溶剂法制备,其制备过程可简述为:首先溶解原材料于合适溶剂中,随后将有机相分散在水相中,最终再将溶剂移除。


蛋白质-多糖复合颗粒稳定的Pickering乳液


采用天然的蛋白质-多糖复合的方法,可利用亲、疏水性互补的方式实现界面行为调节并获得两相润湿性好、适宜稳定Pickering乳液的复合颗粒。相较于单一颗粒,复合颗粒稳定的Pickering乳液避免了合成改性剂的引入,提升了乳液的安全性;同时蛋白质、多糖之间的相互作用可以使液滴间形成特殊的网络结构,进一步增强了乳液的稳定性;此外蛋白、多糖的同时存在增加了活性物质与颗粒结合的可能性,赋予了乳液更优异的荷载属性。



3. 食品级固体颗粒及其稳定的Pickering乳液的表征方法


界面性质的表征


三相接触角是判断颗粒能否稳定Pickering乳液的重要指标,然而测定接触角的方法各异。比较简单直观的方法是使用视频三相接触角测量仪直接观测接触角,但这种方法仅适用于粒径大于30 μm的颗粒。


微观结构的表征


乳液微观结构可以使用显微镜直接观察。光学显微镜成本低、操作简便,在表征大尺寸液滴时应用较为广泛,但受分辨率的限制,很难观察到粒径小于1 μm的颗粒或乳液的微观结构。



乳液稳定性的表征


1
抗分层稳定性


在没有增稠剂存在的情况下,当液滴尺寸增大时,乳液会很容易发生分层。通过记录乳析指数(CI)和乳化相的体积比是筛选食品级Pickering颗粒的常规手段,其方法是将新配制的乳液放置在一个透明的玻璃管中,在常温下放置,乳液分为两层,上层为乳析层,下层为清液层,在一段时间内记录乳析界面的高度变化。


2
抗聚结稳定性


由于颗粒在界面上的吸附不可逆,颗粒包裹的乳液界面层可作为一种物理屏障将相邻的水-油界面阻隔,有效防止了液滴的聚结;而对于颗粒覆盖率较低的液滴界面,当相邻液滴接触时将会形成公用颗粒层以最大限度地保证液滴的完整性,防止聚结的发生,这种现象称之为“桥联絮凝”。对于一些食品级颗粒,如蛋白质-多糖复合聚集体、纤维素颗粒等,在吸附到界面上后,只有小部分会与界面接触,绝大部分会伸展至连续相中,形成刚性空间位阻或网络。


4. 在食品中的应用



增强乳液氧化稳定性


食品乳液中油脂的氧化不仅破坏了食品的感官品质和营养价值,还会产生有毒物质,而O/W Pickering乳液中的水-油界面由致密的颗粒层覆盖,降低了氧气、助氧化剂(金属离子)、光等促氧化因子与油相接触的几率,从而达到了增强油脂氧化稳定性的目的;除此之外,颗粒可利用其荷载特性携带抗氧化剂到乳液表面,进一步增强了乳液的抗氧化性质。


稳定具有荷载功能的活性物质


随着营养与健康的理念日渐被消费者关注,大量功能活性物质被用于食品体系当中,然而一部功能活性物质如姜黄素、β-胡萝卜素不但水溶性差,在一般食品体系中添加效率低,而且进入到人体后其生物半衰期短、生物利用度低,功效大大折扣。而Pickering乳液作为一种特殊的乳液荷载系统,除了可以荷载疏水性功能活性物质外,还具有传统乳液不可比拟的优势:Pickering乳液的抗聚结稳定性为荷载系统的稳定提供了基础,吸附在水-油界面上的颗粒层为分散相中的载体提供了一层物理阻隔屏障,阻隔了外界光源,保证了一些易发生光降解、紫外降解荷载物的稳定性;此外利用某些食品级颗粒特有的性质制备出的刺激响应型Pickering乳液可以实现功能活性物质的缓释和靶向运输。



结 语

食品级固体颗粒稳定的Pickering乳液具有原材料成本低、稳定性好、生物相容性强、应用前景广等诸多优势。虽然近年来相关研究逐渐深入,但是在稳定机理、制备和应用方面仍存在一定的问题,下一步研究中要深入探究食品级颗粒与无机颗粒稳定Pickering乳液的机制异同,寻求更多绿色高效的制备Pickering乳液的方法,同时尽快推进其在实际生产中的应用;另外对于Pickering乳液应用在活性物质荷载方面的研究,需进一步开展相关的体内实验,明确其实际作用效果。相信通过科研工作者们的不懈努力,在基于食品级固体颗粒稳定的Pickering乳液领域终将实现理论与应用的双突破。


      本文《基于食品级固体颗粒稳定的Pickering乳液研究进展》来源于《食品科学》2018年39卷5期296-303页,作者:焦 博,石爱民,刘红芝,刘 丽,胡 晖,杨 颖,王 强。DOI:10.7506/spkx1002-6630-201805044.。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。


修改:李莹;编辑:袁艺;责任编辑:张睿梅

图片来源于百度图片


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