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内外多腔室等级乳液制备及界面张力影响因素
来源:中国食品学报 浏览 542 次 发布时间:2025-06-16
越复杂的功能需求往往越需要复杂的结构体系来支撑。相较于单腔室乳液,多腔室乳液无论是在功能性成分的包封方面,还是在输送及释放方面都存在十分明显的优势,且许多研究表明多腔室乳液的稳定性可以得到保证,这无疑为食品行业发展提供了新的方向,可以通过制备更具结构复杂性的内外多腔室等级乳液来满足市场上愈加多样化的需求。乳液的制备通常需要3个步骤:第1步制备出O1/W1型乳液液滴,第2步是制备W2/O2型乳液,最后是以O1/W1乳液液滴为稳定剂制备得到具有内外多腔室和等级结构的多重乳液((O1/W1)/O2/W2),如图所示。乳液的稳定性主要是靠制备乳液液滴的乳化剂在油-水界面的自组装作用、油相添加量、乳液液滴浓度等几种因素之间的相互作用来决定的。
图内外多腔室等级乳液制备示意图
乳液结构的复杂性决定了乳液制备过程中的不确定性。最后一步制备过程的成功要建立在前两步稳定乳液构建的基础上,这就意味着在制备O1/W1乳液液滴和W2/O2乳液时乳化剂的添加量要适当,要保证乳液粒径足够小,才会有利于在第3步制备过程中得到粒径更小的乳液颗粒。同时在乳化剂的选择上要满足2种乳化剂在降低界面张力时能产生协同作用,而非相互竞争甚至出现界面张力升高的现象。此外,油相添加量的变化会导致乳液粒径发生改变,影响多重乳液包封效果及稳定性。
乳液液滴的添加量也十分重要,添加量过低会导致乳液发生塌陷,最终变为W/O型乳液。陈小威通过三步均质法成功制备出了内相为油包水乳液(W2/O2)、外层为纳米乳液(O1/W1)的内外多腔室等级乳液((O1/W1)/O2/W2),并且在不添加任何盐、明胶等稳定剂的前提下,在储存180 d后仍能观察到明显的多重乳液结构。这为稳定型简洁(Easy recipes)多重乳液的构建提供了新的途径。对于该乳液而言,可以通过改变不同的影响因子来实现对不同类型挥发性风味物质的调控释放;也可以对营养素和着色剂进行空间腔室化包埋,帮助提高产品品质。更加复杂的乳液结构可为未来食品的功能、色泽、风味等的研发提供更高的基准。
补充说明:
除此外,温度、压力等外部条件通过改变分子热运动和界面分子间作用力影响内外多腔室等级乳液的界面张力。
1.温度
温度升高通常降低界面张力(分子热运动加剧,界面分子间作用力减弱)。但对于蛋白质或生物基乳化剂,高温可能破坏其构象(如变性),导致界面吸附能力下降,界面张力反升。此外,多重乳液中内/外水相的温度差异可能引发界面膜的应力不均,间接影响界面张力。
2.压力
高压可压缩界面双电层(对离子型乳化剂),降低界面张力;同时高压可能改变乳化剂的溶解度(如CO₂溶解增加),影响其在界面的分配。但实际应用中压力影响较小,多见于特殊加工条件(如超高压均质)。
溶液的电解质、pH及共存物质通过改变乳化剂电荷状态或界面双电层结构影响界面张力。
1.电解质
离子型乳化剂体系中,低浓度电解质(如NaCl)可压缩界面双电层,减少乳化剂分子间的静电排斥,促进其在界面的紧密排列,降低界面张力;但高浓度电解质会压缩双电层过度,导致乳化剂从界面脱附(盐析效应),界面张力升高。
非离子型乳化剂受电解质影响较小,但高盐可能破坏水相结构(如降低介电常数),间接影响乳化剂溶解性。
2.pH值
对于两性或可离解乳化剂(如蛋白质、氨基酸类),pH变化会改变其净电荷:
当pH偏离等电点(pI)时,乳化剂带正/负电,通过静电作用增强界面吸附,降低界面张力;
接近pI时,电荷最少,界面吸附能力下降,界面张力升高(如乳清蛋白在pH=4.6时界面张力最大)。
3.共存溶质
表面活性剂类似物(如短链醇、脂肪酸)可能与主乳化剂竞争界面吸附,降低有效界面浓度,导致界面张力升高;而某些高分子(如多糖)可通过空间位阻稳定界面,间接降低界面张力(但主要影响乳液稳定性而非直接降低界面张力)。