利用LUMiSizer®評估阿拉伯膠和甜菜果膠乳液的長期穩定性

阿拉伯膠(GA)是食品工業中應用廣泛的天然乳化劑。然而，由于阿拉伯膠價格高，市場供應不穩定，尋找阿拉伯膠替代品引起了研究人員的注意。近年來的研究表明，甜菜果膠(SBP)作為天然乳化劑具有巨大的潛力。

本研究通過LUMiSizer®穩定性分析儀評估GA和SBP穩定的乳液的長期穩定性。通過將GA和SBP在油水界面上的吸附過程與乳液的長期穩定性聯系起來，可以更好地理解GA和SBP穩定乳液的機理，這可能為尋找GA的替代品提供有用的信息。

1. 材料和方法

1.1 乳液的制備

將不同濃度的SBP(0.5 ~ 2.0%)和GA(0.5 ~ 15.0%)水化12 h，然后添加MCT油，使油比達到10 wt%。首先，利用高速分散劑在20,000 rpm的條件下剪切2 min以獲得粗乳液。然后，在50 MPa的高壓下將粗乳狀液均質兩個循環。

1.2  乳液的離心穩定性

通過LUMiSizer®穩定性分析儀評估了乳液的長期穩定性。測量儀器參數設置如下:溫度為25℃，轉速為4000rpm，時間間隔為10s，實驗總®®時間為2.5h。

2. 分析和討論

     使用LUMiSizer®對CG浮液的分散穩定性進行了評估。結果表明，ACP處理對乳化性能的影響高度依賴于處理條件（處理時間和電壓）。在適度的ACP處理（60kV 60s和60kV 90s）后，CG乳液顯示出更好的穩定性。然而，改性不足和改性過度后CG分子的乳化性能與未處理的樣品相似。

圖1 不同濃度甜菜果膠(SBP)(0.5 ~ 2.0%)和阿拉伯膠(0.5 -15.0%)穩定乳液的透光率圖譜(GA)

SBP和GA穩定乳液的透光率圖譜如圖1所示，底部紅線表示第一條譜線，頂部綠線表示樣品的最后一條譜線。實驗開始時，乳液是不透明的分散體系，第一條紅色譜線的透光率接近于零。隨著實驗的進行，乳液透光率譜線形態發生變化，較輕的油滴逐漸向界面處遷移，而較重的水相停留在樣品管的底部。因此，樣品頂部的顆粒濃度逐漸增加，而底部顆粒濃度逐漸減小，新記錄譜線底部的透射率逐漸增加，直到記錄到頂部的最后一個綠色譜線。此外，譜線間距離越大表明液滴的遷移速度越快，乳液越不穩定。并且，樣品透光率圖譜變化越小，乳液越穩定。如圖1所示，隨著濃度的增加，SBP和GA穩定的乳液都變得越來越穩定。

圖2 不同濃度甜菜果膠(SBP)(0.5 - 2.0%)和阿拉伯膠(GA)(0.5 - 15.0%)穩定的乳液積分透光率隨時間的變化(A)、積分透光率的變化速率(B)、油水界面位置隨時間的變化(C)、油水界面位置遷移速度(D)、不穩定指數隨時間的變化(E)和實驗結束時乳液不穩定指數(F)。

為了更直觀地比較透光率的變化情況，使用積分透光率進行分析，分別如圖2A、B所示。隨著濃度的增加，SBP和GA穩定的乳液的積分透光率的變化速率逐漸降低，表明乳液變得越來越穩定。此外，可以通過跟蹤油水界面的位置變化來獲得關于乳液分離動力學的信息。油水界面位置隨時間變化的曲線和界面遷移速度曲線分別如圖2C和D所示。隨著測試時間的增加，乳液變得越來越不穩定，頂部逐漸出現乳析層，底部出現相對澄清的水層，兩相間出現界面。此外，隨著離心時間的增加，界面逐漸從樣品管底部向界面移動。如圖2C所示，GA0.5%穩定乳液的界面從130 mm移動到108 mm，而GA15.0%穩定的乳液界面只有輕微的移動，顯示出優異的穩定性。此外，與GA0.5%（3.944μm/s）相比，GA15.0%穩定乳液的界面運動速度（0.287μm/s）低得多，這也表明其優異的長期穩定性。SBP穩定的乳液顯示出類似的結果。

SBP-和GA穩定乳液的不穩定性指數隨時間的變化和實驗結束時樣品的不穩定性指數如圖所示，分別為圖2E和F。不穩定指數的值在0到1之間，這是一個無量綱數。其中，0表示樣品沒有分離（非常穩定），1表示樣品分離（非常不穩定）。最初，乳液是一個均勻穩定的體系，隨著實驗開始，乳液逐漸分離，不穩定性指數隨實驗時間的延長而逐漸增加。隨著濃度的增加，不穩定性指數逐漸降低，這表明SBP-和GA穩定的乳液的穩定性都逐漸提高。與GA相比，相同濃度SBP穩定的乳液在長期穩定性方面具有絕對優勢，這是由于SBP乳液液滴尺寸更小、粘度更大且界面層更厚。令人意外的是，SBP2.0%-和GA15.0%-穩定乳液的不穩定性指數分別為0.018和0.045，這表明SBP2.0%穩定的乳液比GA15.0%穩定的乳液更穩定。

4. 結論

研究表明，在相同濃度下，SBP穩定的乳液長期穩定性更好。通過比較SBP2.0%和GA15.0%穩定乳液的長期穩定性，發現界面層的彈性對乳液的長期穩定性起著至關重要的作用。這項研究可能為尋找GA的替代方案提供有用的信息。