疏水化大米淀粉微粒稳定的Pickering乳状液的制备与稳定性研究

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本文以四种不同直链淀粉含量(AC:1.90~26.98%)的大米淀粉为原料,制备辛烯基琥珀酸酐(OSA)疏水化修饰的大米淀粉微粒。以不同取代度的疏水化大米淀粉微粒为乳化剂,制备Pickering乳状液,探讨淀粉理化性质及乳状液制备条件对Pickering乳状液稳定性的影响规律。采用光学显微镜、界面流变仪等分析手段,研究淀粉微粒在油/水界面的吸附行为和所形成界面膜的流变学特性与乳状液稳定性的关系,探讨疏水化淀粉微粒稳定乳状液的机理。开发新型功能性淀粉基颗粒乳化剂,为其在食品工业和相关行业中的应用提供理论依据。主要研究内容及结论如下:(1)以特糯2072(TN)、特优2035(TY)、Ⅱ优838(ⅡY)和冈优188(GY)四种早籼米为原料,采用碱法提取大米淀粉。研究不同品种大米淀粉的糊化特性、支链淀粉链长分布及粒径分布等理化性质的差异。结果表明:大米淀粉颗粒的平均粒径(Dav)与直链淀粉含量(AC)呈负显著相关关系(P<0.05)。四种不同直链淀粉含量的大米淀粉糊化特性差异较大,特优2035具有最高的峰值黏度,而特糯2072的峰值黏度最低;糊化温度、热浆黏度、冷浆黏度随着直链淀粉含量的增加而增加。大米淀粉短链(DP6-11)和中间链(DP12-23)所占比例均较高,长链所占比例较小;特优2035的短链含量明显高于其它3个品种,且链长分布影响大米淀粉的RVA特性。(2)以提取的不同品种大米淀粉为原料,水相体系制备得到不同取代度(DS0.0187~0.0360)的疏水化淀粉微粒。研究疏水化修饰对大米淀粉的糊化特性、粒径分布和颗粒结构的影响。结果表明:改性后,糊化温度均明显降低,不同品种RVA特征值的变化较大。直链淀粉含量与热浆黏度(P<0.05)、消减值(P<0.05)、冷浆黏度(P<0.01)均呈显著的正相关性。激光粒度分析、SEM实验结果表明疏水化修饰对淀粉微粒径分布与表面颗粒结构无明显影响,淀粉仍保持颗粒结构。(3)以疏水化淀粉微粒为颗粒乳化剂,以大豆油/水体系为研究模型,构筑Pickering乳状液,研究直链淀粉含量和取代度对乳状液稳定性的影响规律,并采用光学显微镜观察乳状液的微观结构。结果表明:乳相体积越大,液滴粒径越小且分布越均一,乳状液越稳定;淀粉颗粒吸附于油/水界面,包裹住油滴,通过物理屏障作用及三维空间位阻作用稳定乳状液,抑制油滴聚结。疏水化淀粉微粒稳定的乳状液液滴平均粒径在32.99~71.82μm之间,乳状液能稳定贮存100 d而无絮凝。乳化稳定性与取代度呈极显著正相关(P<0.01),与直链淀粉含量呈负相关但不显著(R=-0.284)。(4)综合考虑直链淀粉含量、取代度、颗粒粒度等理化性质,选取疏水化修饰后的特优2035(DS=0.0287)为颗粒乳化剂,研究不同制备条件(颗粒浓度、油相体积、pH值、NaCl浓度及蔗糖浓度)对Pickering乳状液稳定性的影响规律。结果表明:淀粉颗粒浓度增加,乳相体积增加,乳状液液滴粒径减小。乳状液的液滴粒径随着油相浓度的增加而增大,且当油相浓度大于50%时,净乳相体积明显降低。在较低pH值(pH 4~-8)条件下,乳化稳定性高;当pH>9,乳状液的稳定性急剧下降。不同NaCl浓度下,乳状液的Dav在20.22~25.08μm之间,体系NaCl浓度对乳状液的稳定性无显著影响。乳状液液滴粒径随着蔗糖浓度的增加先增大后减小。Dav从20.22μm增加至32.08μm,再减小为16.30μm。(5)乳状液静态剪切流变实验表明:随着剪切速率的增加,乳状液黏度下降,具有剪切稀释行为,流体指数(n)小于1,淀粉颗粒稳定的Pickering乳状液为典型的假塑性流体。动态黏弹性分析表明,淀粉颗粒浓度为4.0%时,乳状液弹性模量(G’)最高,损耗角正切(Tanδ)最小;随着油相浓度的增加,乳状液弹性模量降低,损耗角正切增加;pH值增加,乳状液弹性模量无显著性变化,但损耗角正切降低。Pickering乳状液具有典型的凝胶流变学行为,且G’越高,Tan δ越小,乳状液体系液滴间相互作用力越强,在一定的外力作用下,抵抗形变能力越强。
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