离子强度和热处理对Pickering乳液凝胶冻融稳定性的影响
背景介绍
许多水包油乳液基食品如酱汁、奶油和冰淇淋通过冷冻延长保质期，在储存期间以及加热后都应保持稳定。但这些乳液在经过冻融循环后会发生失稳，从而影响产品的理化性质和感官品质。因此，有必要开发具有改善冻融稳定性的乳液基产品。
本文是探究添加盐和热处理对Pickering乳液凝胶（PEG）冻融稳定性的影响，通过乳析指数、微观结构和热性能的变化来评价PEG的冻融稳定性。明确工艺条件对PEG的影响，有助于提高冷冻乳液基产品的质量，扩大其应用范围。
研究方法
本研究对不同离子强度和热处理的PEG进行冻融循环，以测定其乳析指数并评价所有初始和经过不同条件处理后冷冻解冻乳液的稳定性,通过光学显微镜观察PEG的微观结构。
结果与分析
在不添加盐时，冷冻前样品没有任何明显的乳析迹象（图1A，上）。经过一次冻融循环后，相分离程度随着离子强度的增加而降低（图1A，下）。含盐量在200 mM及以上时，试管底部水相体积减小。这一现象表明，NaCl的存在增强了PEG的冻融稳定性；在不添加盐时，冷冻之前没有明确的证据表明相分离（图1B，上），但经过一次冻融循环后出现相分离（图1B，下）。在相对较低的温度（25、50和75℃）下，玻璃管底部观察到一层薄薄的乳清，而在较高温度（80和90℃）下，未观察到乳清层。这一结果表明，热处理有利于乳液凝胶的冻融稳定性。在冻融循环之前，对照组乳液（无盐或未热处理）中未观察到乳清层，表明它们相对稳定。然而，这些样品在一次冻融循环后分离为上层乳脂层和下层乳清层，然后在第二次和第三次冻融循环后观察到油分离。这些结果表明，对照组PEG的冻融稳定性较差。相比之下，在热处理和（或）含盐均表现出良好的冻融稳定性（图1C）。
图1 Pickering乳液凝胶（PEG）冻融循环前后的视觉观察
初始和冻融PEG的微观结构如图2A和B所示。添加高离子浓度和热处理可形成PEG液滴的絮凝和凝胶状结构。在一次冻融循环后，对照组（0 min 0 mM）结构趋于完全塌陷，油相和蛋白分离。对于高离子浓度、80℃ 30 min热处理的样品，聚合物尺寸略有增大。随着冻融过程的继续，在80℃ 30 min热处理样品的微观结构中出现了巨大的油滴（图2B），表明PEG部分破坏。在三次冷冻和解冻周期后，图像表明在高离子强度和80 ℃30min热处理下PEG没有太大变化。综上所述，高离子浓度与热处理的结合有助于PEG具有良好的冻融稳定性。
图2 三次冻融循环前后Pickering乳液凝胶的共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像
热处理和添加盐对PEG流变性能的影响如图3所示。所有样品均表现出剪切稀化行为，即表观剪切粘度随剪切速率的增加而明显降低。未加热乳液的表观粘度随着盐含量的增加而降低。这一效应可归因于连续相中醇溶蛋白涂层液滴与乳清蛋白网络之间的静电吸引力下降。在所有样品的频率扫描范围内，储能模量（G′）的值超过了耗损模量（G″），这表明乳状液在加热之前就已经凝胶化。与粘度测量结果一致，热处理显著增加了样品的G′，这可能是由于蛋白质变性和聚合物增加所致。同样，热处理的乳液形成PEG的强度随着NaCl含量的增加而降低，这表明醇溶蛋白包裹的油滴与水相中乳清蛋白之间的一些有吸引力的相互作用可能已经减弱。
图3 不同离子强度和热处理的Pickering乳液凝胶的流变性能
结论
通过在冻融循环过程中添加盐和热处理，可以增加PEG对相分离和乳析的阻力。微观结构表明，高浓度盐和热处理有助于保持冻融循环过程中PEG的凝胶状结构。综上所述，通过控制乳化液滴与乳化液凝胶之间的静电相互作用以及高浓度盐和热处理，可以制备出具有良好冻融稳定性的新型粘弹性食品材料，这些材料可用于冷冻食品。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.125401
供稿人：
黑雪
