曹立豪，黨樂平，衛(wèi)宏遠(yuǎn)

(天津大學(xué)化工學(xué)院，天津 300072)

以油滴作為分散相，水相作為連續(xù)相的水包油(O/W)乳液被廣泛用于食品、藥品、化妝品、個(gè)人護(hù)理和其他一些領(lǐng)域[1]。乳液是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定的膠體體系，容易產(chǎn)生乳析、絮凝、聚結(jié)和奧斯特瓦爾德熟化等不穩(wěn)定現(xiàn)象[2-4]。合成乳化劑常被用于穩(wěn)定食品工業(yè)中的乳液，但是它們可能對人類有毒并對環(huán)境產(chǎn)生污染[5]。因此，近年來學(xué)者開始更加關(guān)注天然生物聚合物的開發(fā)。

既包含親水基團(tuán)又包含親脂基團(tuán)的表面活性蛋白，可以被用作乳化劑并形成穩(wěn)定的油水界面來防止液滴在乳液中聚集[5]。明膠(gelatin, GE)是由動(dòng)物皮膚、肌腱、骨中的膠原水解得到的天然蛋白質(zhì)大分子。明膠在其等電位點(diǎn)(IEP)以下具有正表面電荷，在IEP之上具有負(fù)表面電荷。構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸約有20種，而明膠就含有其中的18種，并且其中7種是人體所必需的，因此營養(yǎng)價(jià)值非常高。明膠具有成膜的潛力，它可以形成一種外部屏障，限制光、熱和氧的影響來保護(hù)食品。明膠具有與表面活性劑相似的性質(zhì)，但是當(dāng)明膠被用作單一乳化劑時(shí)，乳液傾向于形成大的液滴，并且穩(wěn)定性很差[6]，限制了其在食品加工中的應(yīng)用。因此，在蛋白質(zhì)乳液中常加入一些多糖，利用多糖的空間位阻與黏度提高乳液的穩(wěn)定性[7]。并且由于蛋白質(zhì)與帶電荷多糖的潛在相互作用，可能會(huì)產(chǎn)生新的兩親性的復(fù)合結(jié)構(gòu)，這些復(fù)合物能夠代替合成的低摩爾質(zhì)量的乳化劑[8]。

在蛋白質(zhì)乳液中通常加入的多糖有阿拉伯膠、黃原膠和殼聚糖等[9-11]。Anari等報(bào)道了較低pH=3.6的條件促進(jìn)了明膠與阿拉伯膠之間的靜電吸引作用，在乳液表面產(chǎn)生了更厚的界面層，由于空間斥力的作用所形成的乳液液滴更小、更穩(wěn)定[9]。Roy等探究了pH=5.5條件下的明膠乳液，殼聚糖的加入改善了乳液的乳析穩(wěn)定性，乳滴界面層的復(fù)合凝聚物保證了乳液的長期穩(wěn)定性[11]。海藻酸鈉(sodium alginate, AL)存在于褐藻的細(xì)胞壁中，是由1,4-連接的α-L-古洛糖醛酸和β-D-甘露糖醛酸的交替結(jié)構(gòu)組成。海藻酸鈉是帶負(fù)電荷的線性聚電解質(zhì)。當(dāng)pH值低于pKa(pH=3.38～3.65)值時(shí)，羧基的解離受到抑制[12]。海藻酸鈉具有許多理想的特性，如膠凝和增稠特性、生物降解性、廉價(jià)易得等，這使得海藻酸鈉具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。AL還與降低血清膽固醇、甘油三酸酯和血糖有關(guān)，因此可以預(yù)防高血壓、糖尿病和肥胖癥等疾病。研究發(fā)現(xiàn)，AL具有高電荷性的線性結(jié)構(gòu)，在液滴周圍形成具高電荷的界面膜，進(jìn)而通過靜電斥力降低乳狀液液滴的聚集[13]。利用明膠-海藻酸鈉相互作用制備的復(fù)合生物膜或凝膠微球在食品包裝、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[14-15]。Natthiya等探究了由于明膠和海藻酸鈉分子之間的靜電吸引，特別是在酸性條件下，通過添加海藻酸鈉可以明顯改善明膠基食品泡沫的穩(wěn)定性能[16]。然而，關(guān)于明膠和海藻酸鈉之間的協(xié)同作用對乳液體系穩(wěn)定性影響的報(bào)道卻十分有限，2者的相互作用對乳液穩(wěn)定性提高的機(jī)制尚不清楚。因此本文擬以明膠與海藻酸鈉組合制備乳液，探究2者的協(xié)同作用對乳液穩(wěn)定性的影響。

在本研究中，通過Zeta電位法和紫外光譜法研究了明膠與海藻酸鈉在25 ℃水溶液中的靜電相互作用(圖1)。在此基礎(chǔ)上研究了GE與AL濃度比例和溶液的pH值對乳液穩(wěn)定性的影響。通過穩(wěn)定性分析儀LUMiFuge116分析了乳液的乳析穩(wěn)定性和乳析速率。此外，該研究還考察了工藝參數(shù)和環(huán)境溫度對于GE-AL穩(wěn)定乳液的影響。從微觀角度探討了明膠與海藻酸鈉的復(fù)合凝聚現(xiàn)象及它們的協(xié)同作用對乳液穩(wěn)定性的影響。該研究對GE-Al的應(yīng)用和乳液的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

圖1 GE-AL靜電相互作用結(jié)構(gòu)原理示意圖Fig.1 The schematic mechanism of GE-AL electrostatic interaction structure

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

B型明膠(GE)(凝膠強(qiáng)度為Bloom120，食品級，99%)來源于牛皮購于河南豫中生物科技有限公司。食品級海藻酸鈉(AL)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%)，購于山東亞亨生物技術(shù)有限公司。用于抑制細(xì)菌生長的苯甲酸鈉(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.5%)購于上海邁瑞爾化學(xué)技術(shù)有限公司。氫氧化鈉(NaOH)(AR，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%)購于上海阿拉丁。鹽酸購于連云港市宏興化工有限公司。大豆油購于京東超市。

Zeta電位分析儀(Zeta sizer nano ZS90)，英國馬爾文儀器有限公司；Lambda750 s紫外分光光度計(jì)，美國PerkinElmer有限公司;激光粒度分析儀(Master sizer3000)，英國馬爾文儀器有限公司；顆粒成像分析儀(Morphonlogi G3)，英國馬爾文儀器有限公司；LUMiFuge116穩(wěn)定性分析儀(L.U.M.GmbH，德國)。

1.2 儲(chǔ)備液及乳液的制備

將明膠和海藻酸鈉加入25 ℃的蒸餾水(含0.1%苯甲酸鈉)中溶脹1 h，然后升溫至40 ℃攪拌溶解過夜。為了測定ζ電位，將儲(chǔ)備溶液總濃度在給定的pH值(3.5～7.0)的范圍內(nèi)稀釋至0.05%。不同質(zhì)量濃度比例的GE與AL(R=1∶0, 8∶1, 4∶1, 2∶1, 1∶1, 0∶1)溶液總濃度CT設(shè)為0.05%(W/V)。

將大豆油添加到提前制備好的明膠-海藻酸鈉的復(fù)合水溶液中，使得最終溶液中大豆油含量為5%，明膠和海藻酸鈉的總濃度CT為2%(R=1∶0，4∶1，2∶1，1∶1，1∶2)，接著使用均質(zhì)器(型號T10，IKA，德國)在21 200 r/min下乳化10 min。然后為了最大程度地降低稀釋效果使用一系列濃度的氫氧化鈉和鹽酸溶液(10.0，5.0，2.0，1.0，0.5 mol/L)將乳液緩慢調(diào)節(jié)到不同的pH值(4.5～7.0)。之后，將乳液在室溫下放置24 h，然后進(jìn)行下一次分析。

1.3 Zeta電位的測量

ζ電勢反映了膠體分散顆粒表面的電勢[17]。使用Zetasizer nano ZS90測定溶液的電勢值，測定溫度25 ℃，平衡時(shí)間1 min，每個(gè)樣品重復(fù)測量3次。

1.4 明膠-海藻酸鈉復(fù)合溶液濁度分析

使用紫外分光光度計(jì)在600 nm下測定復(fù)合溶液的濁度。將樣品放置在光程為1 cm的樣品池中在25 ℃下測量GE-AL復(fù)合溶液的濁度，每個(gè)樣品平行測定3次，取平均值。濁度(T)定義為：

T=-ln(I/I0)

(1)

式(1)中：I為透射光強(qiáng)度，I0為入射光強(qiáng)度。

1.5 乳液粒徑分析

通過激光粒度分析儀測定乳液中液滴的粒度大小分布。乳液樣品用水稀釋500倍以避免光散射效應(yīng)，并在室溫下以2 000 r/min的攪拌速度進(jìn)行分析。將水的折射率設(shè)定為1.33，將分散相的折射率設(shè)定為1.45，將分散相的吸光值設(shè)定為0.001。使用體積平均粒徑D43來表示平均液滴大小。每個(gè)樣品重復(fù)測定3次，取平均值。

1.6 乳液的微觀結(jié)構(gòu)分析

通過顆粒成像分析儀，觀察乳液的微觀結(jié)構(gòu)。將樣品滴在載玻片上，然后慢慢蓋上蓋玻片防止氣泡的產(chǎn)生，穩(wěn)定1 min后在室溫下放大50或20倍觀察液滴的分布狀態(tài)。

1.7 乳液乳析穩(wěn)定分析

利用LUMiFuge116穩(wěn)定性分析儀測量乳液的乳析穩(wěn)定性。LUMifuge116模擬了重力作用下乳液的乳析、沉降和相分離等過程[18]。如圖2所示它通過6～2 300 g的離心力提高了乳液兩相分離速度從而減少了測試時(shí)間，并通過測量發(fā)射光的透射率來分析樣品的粒子分布和穩(wěn)定性[19]。它不僅可以檢測透光率隨時(shí)間的變化，還可以檢測整個(gè)樣品瓶透過率的變化，并通過計(jì)算機(jī)對得到的圖譜進(jìn)行積分計(jì)算，顯示為積分透光率。積分透光率反映了乳液的乳析穩(wěn)定性，透光率越高，穩(wěn)定性越差。此外還可以計(jì)算透光率曲線的位置隨時(shí)間的變化率，該變化率可以反映乳液由于不穩(wěn)定而生成乳析層的乳析速率。透光率曲線隨著時(shí)間的推移由紅色變?yōu)榫G色。將樣品裝入2 cm3的試管中，并在30 ℃和2 500 r/min離心轉(zhuǎn)速下測量30 min。

圖2 LUMIFuge116的測試原理圖和樣品測試結(jié)果[19]Fig.2 Conformation of LUMIFuge116 and result of the sample[19]

2 結(jié)果和討論

2.1 明膠和海藻酸鈉溶液的Zeta電位分析和復(fù)合溶液的濁度分析

對明膠和海藻酸鈉的ζ電勢分析可以便于理解pH值對GE和AL之間靜電相互作用的影響。從圖3中可以看出，在pH值在3.5～7.0范圍內(nèi)，明膠的ζ電位從23.07 mV降低到-8.69 mV。明膠分子中既含氨基又含羧基，它們的相互作用程度受溶液中pH值的影響。隨著pH值的升高，氨基被中和轉(zhuǎn)化為(—NH2)，而羧基變?yōu)閹ж?fù)電荷的(—COO-)，因此溶液中正電荷密度降低。

圖3 明膠和海藻酸鈉溶液(0.05%)在不同pH值下的電勢值Fig.3 Zeta(ζ) potential of pure aqueous (0.05%) gelatin and sodium alginate in different pH

從圖3中可以看出明膠溶液由正電荷轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)電荷的等電位點(diǎn)是pH=5.5[20]。隨著pH值由3.5升高到7.0，由于海藻酸鈉分子鏈上甘露糖醛酸和古洛糖醛酸的去質(zhì)子化效應(yīng)(其pKa值分別為3.38和3.65)，其Zeta電位從-27.20 mV下降到-68.50 mV，這與Klassen等[21]所報(bào)道的數(shù)據(jù)是一致的。圖3還顯示了蛋白質(zhì)IPE(pH=5.5)以下的復(fù)合物凝聚區(qū)，在該區(qū)域帶相反電荷的大分子之間產(chǎn)生靜電相互作用形成復(fù)合凝聚物。

濁度變化可以用作反映2種帶相反電荷的生物聚合物由于靜電吸引產(chǎn)生復(fù)合凝聚強(qiáng)弱的指標(biāo)[22]。根據(jù)GE和AL的電荷特征，本實(shí)驗(yàn)分析了pH值和GE與AL濃度比R(1∶0～0∶1)對復(fù)合凝聚物形成的影響。

如圖4所示，對于純0.05%(W/V)的明膠和海藻酸鈉純?nèi)芤涸诳疾斓膒H值范圍內(nèi)并沒有出現(xiàn)體系濁度明顯的變化。由此在考察的pH值范圍內(nèi)，體系內(nèi)濁度的增大或減少全部是由2種生物大分子的電荷特性所引起的靜電相互作用產(chǎn)生的。在酸滴定過程中，pH值低于5.1時(shí)，在每個(gè)濃度比例下(R=8∶1～1∶1)，體系都會(huì)出現(xiàn)渾濁。這表明，在pH值低于5.5(IPE)的范圍內(nèi)，帶正電的GE分子和帶負(fù)電的AL分子形成了不溶性的復(fù)合物。隨著pH值的進(jìn)一步降低，濁度顯著增加，并最終達(dá)到1個(gè)峰值，此處的pH值被稱為pHopt，表明在該比例下2種大分子的靜電相互作用變得最大。當(dāng)pH值低于pHopt時(shí)，濁度開始降低，表明形成的復(fù)合凝聚物開始分解，因?yàn)楹Ｔ逅徕c分子鏈上的羧基的質(zhì)子化阻礙了與明膠之間的靜電相互作用。在濃度比R為4∶1和pH=3.9時(shí)，濁度取得最大值，這表明AL分子被GE分子吸附飽和，復(fù)合凝聚物的量達(dá)到最大值。此外，從圖4中還可以看出，隨著濃度比R從1∶1增加到8∶1，濁度曲線移向更高的pH值。造成這種現(xiàn)象的原因可能是:在R值較高時(shí)，每個(gè)AL分子都可以吸附更多的GE分子，因此，在高的pH值下帶較少正電荷的GE分子足以滿足形成復(fù)合物的需要。一些學(xué)者還發(fā)現(xiàn)添加多糖可以改變蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)。本工作中，在相同pH值的條件下，隨著AL濃度升高濁度值降低，這可能是高濃度的海藻酸鈉(R=1∶1)抑制了明膠三螺旋結(jié)構(gòu)的形成，然后三螺旋結(jié)構(gòu)的減少影響了GE-AL之間的相互作用[23]。該結(jié)果與明膠濃度對明膠-殼聚糖復(fù)合系體系的影響相似[11]。

圖4 不同濃度比例R的濁度曲線(CT=0.05%)隨pH值的變化Fig.4 Turbidity curves for different R (CT=0.05%) as a function of pH

2.2 均質(zhì)條件對乳液粒徑的影響

乳液液滴的粒度分布對于乳液的穩(wěn)定性特別重要，一般來說，液滴越小，乳液系統(tǒng)越穩(wěn)定[24]。許多研究報(bào)道了乳液制備過程中工藝參數(shù)對于乳液粒徑的影響，例如均質(zhì)器的攪拌速度和均質(zhì)時(shí)間[25-26]。在這一部分,在均質(zhì)速度16 800、19 000和21 200 r/min和均質(zhì)時(shí)間3～10 min的條件下制備了微米級均勻乳液(R=1∶1)。圖5a)顯示出了液滴的顯微觀察，而圖5b)顯示出了攪拌速度和時(shí)間與乳液的液滴直徑之間的關(guān)系。

圖5 a)乳液在不同的攪拌速度和攪拌時(shí)間3～10 min內(nèi)的顯微結(jié)構(gòu)圖、b)乳液在不同的攪拌速度和攪拌時(shí)間3～10 min內(nèi)的粒徑大小D43顯示值為平均值(n=3)Fig.5 a) Micrographs of emulsion droplets at different stirring speed for 3～10 min, b) the particle size distribution D43 of emulsion droplets at different stirring speed after 3～10 min. Average values are shown(n=3)

可以看出，隨著均質(zhì)化速度和剪切時(shí)間的增加，液滴的體積直徑逐漸減小，并且液滴的形態(tài)變得更加均勻。因此，均質(zhì)器的速度和剪切時(shí)間是形成穩(wěn)定乳液的重要參數(shù)[27]。當(dāng)均質(zhì)器轉(zhuǎn)速為19 000 r/min時(shí)，乳液分散相對均勻。繼續(xù)增大均質(zhì)轉(zhuǎn)速至21 200 r/min，乳液液滴大小更為均勻。但是如果轉(zhuǎn)速過高，反而不利于對體系的穩(wěn)定。轉(zhuǎn)速過大會(huì)導(dǎo)致液滴表面積過大，表面能過高，導(dǎo)致分散均勻的乳液小液滴又重新聚集，不利于乳液的穩(wěn)定。因此為了系統(tǒng)地研究其他因素(pH值、濃度比和溫度)對乳液穩(wěn)定性的影響，在以下實(shí)驗(yàn)中，均質(zhì)器速度設(shè)置為21 200 r/min，剪切時(shí)間設(shè)置為10 min。

2.3 質(zhì)量濃度比例R和pH值對乳液穩(wěn)定性的影響

這項(xiàng)工作的目的是研究在不同pH值和不同濃度比例R下明膠和海藻酸鈉的協(xié)同作用對乳液液滴粒徑大小、分散性和乳液穩(wěn)定性的影響。通過激光粒度分析儀和顆粒成像儀分別測量了在pH值在4.5～7.0范圍內(nèi)和GE與AL質(zhì)量濃度比R(4∶1～1∶2)以及純2%GE條件下制備的乳液的平均粒徑和液滴的形態(tài)。結(jié)果見圖6。

從圖6b)可以看出，在高pH值6.0和7.0的條件下利用純GE所制備的乳液粒徑要明顯高于GE-AL，并且隨著pH值的升高乳液粒徑逐漸增大，乳化效果減弱，這可能是乳滴液滴之間靜電排斥力減弱所造成的，Niu等在卵白蛋白-阿拉伯膠體系中同樣發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象[28]。此外圖6b)中所有濃度比例R(4∶1～1∶2)下乳液液滴粒徑隨pH值的降低呈下降的趨勢，這與圖6a)的微觀觀察結(jié)果是一致的。這得益于隨著pH值的降低明膠與海藻酸鈉的靜電相互作用得到了增強(qiáng)，因此形成了更有益于乳液穩(wěn)定的界面結(jié)構(gòu)。并且在4∶1到1∶1的濃度比例范圍內(nèi)，隨著海藻酸鈉比例的增大，乳液粒徑逐漸變小，液滴分布更為均勻，這表明更高濃度的海藻酸鈉促進(jìn)了乳液的穩(wěn)定。當(dāng)R為1∶1時(shí)，與其他濃度比例相比乳液具有更小的液滴粒經(jīng)，這表明2種生物聚合物在該比例下產(chǎn)生了較好的有利于乳液穩(wěn)定的協(xié)同作用。圖7展示了明膠與海藻酸鈉在油水界面存在的相互作用。明膠和海藻酸鈉在乳液表面形成穩(wěn)定的界面層，在液滴之間產(chǎn)生強(qiáng)的靜電排斥和空間排斥作用以避免液滴的聚集。在pH=4.5和R為1∶1的比例下，得到的乳液液滴粒徑最小為7.0 μm，并且液滴微觀形態(tài)非常均勻。

圖6 a)乳液在不同濃度比例R和不同pH值下的顯微結(jié)構(gòu)圖(50×)； b)乳液在不同濃度比例R和不同pH值下的粒徑大小D43顯示值為平均值(n=3)Fig.6 a) Micrographs of emulsion droplets at different ratio of R in different pH; b) particle size distribution D43 of emulsion droplets with different R in different pH. Average values are shown(n=3)

圖7 通過空間和/或靜電相互作用實(shí)現(xiàn)GE-AL乳液穩(wěn)定的機(jī)理Fig.7 Mechanisms for GE-AL emulsion stabilization through steric and/or electrostatic interactions

當(dāng)R為1∶2時(shí)，乳液液滴的平均粒徑大于R為1∶1比例下的粒徑，造成這一現(xiàn)象的原因可能是明膠量的減少不足以為海藻酸鈉提供有效的界面結(jié)合點(diǎn)，因此限制了海藻酸鈉對乳液穩(wěn)定性的提高；此外連續(xù)相中大量未吸附的海藻酸鈉產(chǎn)生的耗盡絮凝是一個(gè)重要原因[29]。因此，當(dāng)GE與AL的濃度比例R超過1∶1時(shí)，明膠和海藻酸鈉的協(xié)同作用降低。

2.4 乳液的乳析穩(wěn)定性

乳液產(chǎn)品在長期放置過程中會(huì)出現(xiàn)乳析分層現(xiàn)象。在該工作中，利用LUMiFuge116穩(wěn)定性分析儀來測量分析了乳液的乳析穩(wěn)定性。圖8描述了不同GE與AL濃度比例(R=4∶1～1∶1)和不同pH值(4.5～7.0)條件下，乳液在3 000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心30 min后的透光率曲線，并且曲線隨著時(shí)間的推移，由紅色變?yōu)榫G色。容器的整體透光率以及pH=4.5的乳液透光率曲線位置隨時(shí)間變化的斜率值均已通過電腦統(tǒng)計(jì)計(jì)算并表示在表1中。乳液由于離心力的作用變得不穩(wěn)定而發(fā)生乳析，因此透光率曲線位置隨時(shí)間變化的斜率值反映了乳液生成乳析層的乳析速率。

表1 不同GE-AL濃度比R和pH值下的積分透光率(%)計(jì)算結(jié)果列表Table 1 The integral transmission (%) at different R and pH

從表1中可以看出，在所有比例下，pH值為4.5時(shí)，積分透光率要比其他pH值條件下的值低，意味著酸性條件更有利于乳液的穩(wěn)定。而產(chǎn)生這種穩(wěn)定的原因是在酸性條件更有利于明膠和海藻酸鈉形成更厚更致密的乳液界面層，來防止液滴在離心過程中破裂。如前面章節(jié)所述，隨著pH值降低，由于明膠與海藻酸鈉之間更強(qiáng)的靜電相互作用可以產(chǎn)生更多更致密的復(fù)合凝聚物，因而在油滴表面形成了更厚更緊密的界面層[30]。隨著明膠海藻酸鈉比例的降低(4∶1至1∶1)積分透光率逐漸降低。這表明乳液變得越來越更穩(wěn)定，這種趨勢與粒度分析的結(jié)果是一致的。此外，乳液生成乳析層的乳析速率由R為4∶1比例下的5.621 μm/s降低到R為1∶1比例時(shí)的1.433 μm/s。一方面是由于2種生物聚合物更好的協(xié)同作用使得乳液液滴產(chǎn)生更強(qiáng)的空間或靜電斥力，另一方面也是由于體系中海藻酸鈉含量的升高導(dǎo)致體系黏度比較大。依據(jù)斯托克斯定律，液滴的沉降速率與體系的黏度成反比，因此導(dǎo)致乳液析出速率的降低。這更加證明了2種聚合物分子在1∶1的比例下有著非常好的穩(wěn)定乳液的協(xié)同作用。當(dāng)pH值為 4.5濃度比例為1∶1時(shí)，積分透光率為最低值12.23%，這意味著該乳液的乳析穩(wěn)定性比在其他條件下更好。

圖8 在3 000 r/min的轉(zhuǎn)速下不同R和pH值下的透光率曲線Fig.8 Transmission profiles at 3 000 r/min with different R and pH values

2.5 溫度對乳液穩(wěn)定性的影響

在商業(yè)應(yīng)用中，乳液在生產(chǎn)、加工及儲(chǔ)藏過程中的熱穩(wěn)定性是非常重要的。Ding等制備了明膠穩(wěn)定的乳液，并探究了溫度對該乳液體系穩(wěn)定性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)儲(chǔ)藏溫度為37～60 ℃時(shí)，乳液發(fā)生嚴(yán)重分層，乳滴破裂無法再被分散，因此限制了乳液的應(yīng)用[31]。在該工作中將制備好的乳液(R=1∶1)在25～80 ℃條件下加熱約30 min，并通過粒度分布和微觀結(jié)構(gòu)觀察來研究乳液的熱穩(wěn)定性，結(jié)果見圖9。

圖9 a)乳液(R=1∶1)在不同溫度25～80 ℃的粒徑大小D43; b)乳液在不同溫度下的顯微結(jié)構(gòu)圖(20×)顯示值為平均值(n=3)Fig.9 (a) D43 of emulsions (R=1∶1) at different temperature of 25～80 ℃; b) Micrographs of emulsion droplets (R=1∶1) at temperature of 25～80 ℃

從圖9a)可以看出，乳液在25 ℃和50 ℃之間的粒徑D43有一個(gè)從7.0 μm到8.6 μm的小幅增加趨勢，這一結(jié)果可能是由于多糖吸附在蛋白質(zhì)包裹的油滴的表面，增加了界面層的厚度和電荷的堆積，從而增加了油滴之間的位阻和靜電排斥力。然而，在較高的溫度50～80 ℃之間的粒徑D43從8.6 μm顯著增加到13.6 μm，從圖9b)的微觀結(jié)構(gòu)分析中也可以觀察到嚴(yán)重的液滴聚集現(xiàn)象。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是在高溫下蛋白質(zhì)變性因而暴露出更多的反應(yīng)基團(tuán)(非極性鍵等)，從而增強(qiáng)了蛋白質(zhì)穩(wěn)定的乳液液滴之間的吸引力相互作用[32]。這些結(jié)果表明乳液在50 ℃以下具有更好的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

研究了GE-AL由于靜電相互作用而形成的復(fù)合凝聚物以及它們的協(xié)同作用對水包油乳液穩(wěn)定性的影響。隨著GE和AL的質(zhì)量濃度比R從1∶1增加到8∶1,復(fù)合凝聚物的濁度曲線移向更高的pH值。pH低值于5.1時(shí)，在所有的濃度比例下GE-AL的靜電相互作用都隨著pH值的降低而加強(qiáng)。同時(shí)我們系統(tǒng)地研究了不同因素(pH值、濃度比R和溫度)對乳液穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，在所有濃度比例下乳液液滴的粒徑隨著pH值從7.0降至4.5呈下降趨勢。在pH值為4.5和1∶1的比例下，GE-AL具有更好的協(xié)同作用，乳液粒徑較小為7.0 μm，液滴形態(tài)均勻，乳析穩(wěn)定性好(積分透光率12.23%)，乳析速率最低為1.433 μm/s。此外，與較高溫度相比，乳液在50 ℃以下發(fā)生較少的聚集。該研究為利用明膠和海藻酸鈉的協(xié)同作用提高乳液的穩(wěn)定性的應(yīng)用提供了有價(jià)值的信息。