柑橘皮膳食纤维在皮克林乳剂中的乳化与界面性能研究

xinxi1368

•PECel 的乳化性、流变性和界面性能最弱。

•半纤维素+果胶对乳液的乳化效果最好。

•半纤维素+果胶在乳液中具有优异的界面性能。

•半纤维素和果胶分子之间的氢键最强。

•Cel+Hem+Pec 的乳化效果比Hem+Pec 弱。

柑橘皮含有三种主要膳食纤维——纤维素 (Cel)、半纤维素 (Hem) 和果胶 (Pec)——它们被广泛用作生物基材料，但作为皮克林乳液 (PE) 的基础乳化剂仅有局限性。本研究从柑橘皮中依次提取Pec、Hem和Cel，并利用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和原子力显微镜表征了它们的化学结构。系统比较了三种单独使用和联合使用对PE的稳定效果。与单独成分稳定的乳液相比，Hem+Pec 的组合产生大量乳化，并保持稳定 3 天而没有分层。 Hem+Pec+Cel的乳化作用比Hem+Pec弱。等温滴定量热和界面表征表明Hem和Pec之间存在较强的氢键，提高了界面的润湿性（接触角89.2°）。此外，Hem+Pec界面具有优越的膜厚（160 nm）和良好的空间位阻，使得PEHem+Pec能够形成有序的网络结构。有效防止液滴聚集，从而稳定PEHem+Pec。这些研究结果为植物膳食纤维对PE的协同稳定作用提供了科学依据，促进了天然多糖乳化剂的发展。

第01部分/

研究成果

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柑橘皮中 Cel、Hem 和 Pec 的结构表征

图1 由柑橘皮制备的纤维素(Cel)、半纤维素(Hem)和果胶(Pec)的红外光谱(A)、X射线衍射光谱(B)和原子力显微镜图像(C)。

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由 Cel、Hem、Pec 及其组合制备的 PE 的表征

图 2 由 Cel、Hem、Pec 及其组合稳定的 PE 乳液的外观。 (A)新鲜乳液； (B) 一维存储后； (C) 离心稳定性； (D) 冻融稳定性； (E) 温度稳定性； (F) pH 值稳定性。

图 3 用 Cel、Hem、Pec 及其组合表征稳定聚乙烯。 A）乳化稳定性（%）； (B) 电位 (mV)；新鲜 PE 的液滴尺寸 (C) 和储存 24 小时后的 PE 的液滴尺寸 (D)； (E)光场显微镜图像； (F) 共焦激光扫描显微镜图像。 Ns：无统计学意义； *：P<0.05； **：P<0.01； **：P<0.01； * * *：P < 0.001。

图 4 Cel、Hem、Pec 及其组合稳定聚乙烯的流变研究。 (1) 粘度； (B) 储能模量G′ (■) 和损耗模量G″ (□)。

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Cel、Hem、Pec制备的聚乙烯及其复合材料的界面性能

图5 Cel、Hem、Pec及其组合稳定了油水界面的接触角。

图 6 由 Cel、Hem、Pec 及其组合稳定的聚乙烯的界面特性。 (A) 界面张力随时间的演变； (B) 液滴悬浮时间。

图 7 含有 Cel、Hem、Pec 及其组合的聚苯乙烯微球的透射电子显微镜图像。

04

Cel、Hem 和 Pec 的分子间相互作用

图8 Cel、Hem、Pec及其组合的傅里叶变换红外光谱

图 9 Hem→Cel (A)、Pec→Cel (B)、Pec→Hem (C) 和 Hem+Pec→Cel (D) 的 ITC 滴定热图。 (E) 焓变 (ΔH) 作为摩尔比的函数。

05

潜在的稳定机制

图 10 研究了 Cel、Hem、Pec 及其组合对聚乙烯的稳定机制。

第03部分/

综上所述

在这项研究中，Pec、Cel 和 Hem 是从柑橘皮中依次提取的。我们通过制备聚乙烯（PE）并系统地研究其潜在机制，观察到了 Cel、Hem 和 Pec 的协同稳定作用。 Cel、Hem 和 Pec 的组合比单独成分产生更好的乳化作用。 Cel+Hem+Pec的乳化效果比Hem+Pec弱。这可能是由于Cel的添加，降低了储能模量和损耗模量，导致乳化效果变弱。 PEHem+Pec 显示出更好的表观稳定性和微观形态。与其他体系相比，Hem 和 Pec 之间的热力学变化显着，表明氢键作用增强。这种氢键的增强不仅使Hem+Pec的接触角接近90°，改善了界面的润湿性，而且增强了界面的强度和厚度。这些变化有效地防止了液滴聚集并显着提高了PEHem+Pec的稳定性。该研究为扩大Hem和Pec作为生物基PE乳化剂的应用提供了科学依据。