从介质研磨的脱脂核桃粉中提取复合颗粒作为新型食品级Pickering稳定剂

背景介绍

天然来源的胶体颗粒在功能性食品、制药和个人护理行业的应用备受关注，而蛋白质和碳水化合物组成的复合胶体颗粒作为水包油Pickering乳液的稳定剂具有巨大的应用潜力。脱脂核桃粉(DWF)产品是核桃油加工后的副产物，主要由蛋白质(约55%)和碳水化合物(约28%)组成，是一类丰富的天然复合颗粒来源。因此，本研究采用介质研磨工艺构建蛋白质和碳水化合物组成的复合DWF Pickering颗粒(DWFPs)，并通过研究DWFPs平均粒度和形态，以及由这些颗粒稳定的皮克林乳液流变特性，从而证明兼具疏水性和亲水性的DWFPs是一种优良的Pickering乳液稳定剂，为开发新型核桃基功能食品奠定基础。

研究方法

 本研究先通过采用亚临界正丁烷为溶剂的新型连续相变萃取法代替传统的有机溶剂油萃取法获得DWP粗干粉，粗干粉经介质研磨机之后冻干得DWP干粉颗粒，通过粒度、电位、原子力显微镜、红外光谱、乳化特性的测定对干粉颗粒进行了表征，通过乳化相体积分数和稳定性指数的测定、共焦激光扫描显微镜(CLSM)测定；流变测定对由磨碎的干粉颗粒稳定的皮克林乳液进行表征。

结果与分析

通过均质化分别制备具有不同质量浓度颗粒(c = 0.1-4.0%)的DWFPs和不同油相(玉米油)(ϕ= 0.2-0.8，v/v)的PEs(图4)。然后将所有乳液样品的液滴分别滴到水或油相中。结果表明，所有的液滴很容易分散在水中，但不分散在油中，这表明形成了水包油乳液。如图1a和1c所示，即使当浓度低至0.1%时，也可以成功地制备PEs，而没有明显的乳液体积分数降低，这表明DWFPs有优异的乳化性能。为了解核桃蛋白颗粒的稳定机理，采用紫外/可见分光光度计在280 nm波长下测定核桃蛋白的可溶性游离部分，并测定不溶性颗粒的重量。油相对DWFPs稳定的乳液稳定性起着至关重要的作用，并且DWFPs稳定的乳液在长时间储存后对聚结相当稳定。可以合理地证实，来自DWF的湿磨纳米粒子可以作为优异的Pickering稳定剂。

图 1 由DWFPs稳定的Pickering乳液在0.1%至4.0%(从左至右)的不同颗粒浓度(c)下的照片图像，油体积分数(ϕ)固定在0.5 (a:新制备；b:储存3个月后)，由DWFPs稳定的Pickering乳液在0.2-0.8不同油相体积下，同时c = 3.0% (c:新鲜制备；d:储存3个月后)

图2显示了不同c(在固定ϕ=0.5)和不同ϕ(在固定c=3.0%)下由DWFPs稳定的乳液的平均液滴尺寸。在固定ϕ=0.5时，液滴尺寸随着c从0.5%增加到2.0%而减小，并在c=2.0%时保持稳定。当c增加到3.0%时，乳化相体积逐渐增加到100%，表明当油与水的体积比固定时，水相中较高浓度的DWFPs将更多的颗粒吸附在水-油界面上，并在有限的聚结过程中稳定较高的界面面积(当液滴接近尺寸极限和相对均匀的尺寸分布时，乳液液滴的聚结速率将降至零) (图2a)。当ϕ从0.2增加到0.8时，在c=3.0%时，可用于稳定界面每个单位面积的DWFPs将减少，从而有助于大液滴的形成。平均液滴尺寸随着ϕ的增加而逐渐增加(图5b)。因此，乳液体积稳定是颗粒浓度(c)和油相量(ϕ)的组合结果。

图2 由DWFPs稳定的Pickering乳液的平均液滴尺寸在0.5%至4.0%的不同颗粒浓度(c)下，油体积分数(ϕ)固定在0.5 (a)，或在0.2-0.8的不同ϕ值下，而c=3.0% (b)

根据图3a和b，当受到不同的角频率时，由DWFPs稳定的所有PEs呈现典型的剪切变薄行为。随着c的增加，粘弹性响应的最终储能模量G’增加。对于整个频率范围内，储能模量G '的值大于损耗模量G ' '，这表明由DWFPs颗粒稳定的乳液的流变行为主要是弹性的，并且在皮克林乳液中形成了凝胶状结构(图3c-d)。当c达到2.0%及以上时，所有样品的乳化相体积分数变化不大，并保持稳定在接近100%(图1a)。对于c=3.0%和4.0%的样品，与c=1.0%和2.0%的样品相比，储能模量(G’)增加了约100倍(图3c)。凝胶强度的增加很可能有助于液滴尺寸的减小(图2a和b)，从而形成更紧密的乳液液滴堆积密度。油相的体积分数(ϕ)在影响DWFPs稳定的Pickering乳液的流变性能中也起着重要作用，如图3d所示。例如，将ϕ从0.2增加到0.6也导致储能模量(g’)增加约100倍(图3d)，表明ϕ越高，乳化相体积分数越高，因此体系中的液滴越接近。更致密的液滴堆积导致乳液的储能模量更高。因此，颗粒浓度(c)和油体积分数(ϕ)是控制乳液流动行为和稳定性的两个关键参数。

图3 由DWFPs (c和d)稳定的Pickering乳液的角频率与动态粘度(a和b)和储能模量G′&损耗模量G′的关系图。对于a、c，油相ϕ的体积分数固定为0.5，而不同的DWFPs浓度(c)分别为1.0、2.0、3.0和4.0%。对于b、d，DWFPs浓度固定在c=3.0%，而不同的ϕ值分别为0.2、0.4、0.5、0.6和0.8

结论

这种新型复合颗粒由天然脱脂核桃粉(DWF)通过介质研磨工艺制成，含有蛋白质、碳水化合物和纤维。制备的复合颗粒可作为水包油型Pickering乳液的良好稳定剂；颗粒浓度(c)和油体积分数(ϕ)是控制乳液稳定性的两个关键参数；水相中c的增加导致乳化相体积增加，油滴尺寸减小，粘弹性储能模量(G’)增加；随着油相体积分数的增加，乳化相体积分数和液滴尺寸增加，流变性能表现出明显增强的凝胶状结构。研究结果为构建高稳定性Pickering乳液提供了新的思路，也将助推核桃饼粕蛋白深加工利用。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110554

供稿人：

李闪闪