大豆卵磷脂和月桂酰精氨酸乙酯可以降低以蔗糖单棕榈酸酯为基础的乳液的pH敏感性及氧化降解

《Food Chemistry》:Soy lecithin and ethyl lauroyl arginate mitigate pH sensitivity and oxidative degradation of sucrose monopalmitate-based emulsions

【字体: 时间:2026年02月19日 来源:Food Chemistry 9.8

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  SMP通过协同次级表面活性剂soy lecithin和LAE显著提升酸性条件下乳液的物理稳定性和抗氧化能力,优化乳化体系适用于食品饮料。

  
安妮·布鲁克斯(Anne Brooks)| 李培龙(Peilong Li)| 阿里雷扎·阿巴斯普拉德(Alireza Abbaspourrad)
美国纽约州伊萨卡市康奈尔大学食品科学系,邮编14853

摘要

蔗糖单棕榈酸酯(SMP)是一种有前景的表面活性剂,可用于稳定乳液,但其稳定性在酸性条件下较差。为了提高乳液的物理稳定性和抗氧化性,本研究使用了辅助表面活性剂——大豆卵磷脂和月桂酰精氨酸乙酯(LAE)。在pH值为3的条件下,大豆卵磷脂产生的负电荷增强了静电排斥力,从而防止了SMP稳定乳液中的液滴聚集。此外,当卵磷脂的用量超过60%(重量百分比)时,它还具备抗氧化作用。LAE是一种阳离子表面活性剂,在低pH值下也能增强油滴间的静电排斥力,进而稳定SMP稳定的乳液。作为辅助表面活性剂,LAE通过排斥阳离子金属离子来减缓脂质氧化。当LAE与SMP的比例为20%时,在酸性条件下乳液液滴尺寸减少了90%以上;在中性条件下,通过硫代巴比妥酸反应物质(TBARS)测得的脂质氧化程度也降低了90%以上。通过调节界面成分,优化了乳液的性能,使其适用于食品和饮料领域。

引言

乳液常用于将亲脂性功能成分(如风味剂和营养成分)添加到水基饮料和食品中(McClements, 2010)。借助表面活性剂可以降低水相和油相之间的界面张力,从而形成并稳定乳液。然而,某些表面活性剂可能对健康产生不良影响(例如导致肠道功能障碍),并且由于异味问题而受到消费者的负面评价(Maher et al., 2023)。因此,人们正在寻找更符合消费者需求的表面活性剂替代品。
蔗糖酯类物质(如蔗糖单棕榈酸酯SMP)作为清洁标签乳化剂表现出优异的性能:具有出色的表面活性、可接受的口感、低毒性、生物降解性和环保性(Cholakova & Tcholakova, 2024)。SMP通常被认为是安全的(GRAS),因为其代谢产物——简单糖类和棕榈酸是日常所需营养素。尽管SMP已在食品领域得到应用,但由于其在酸性条件下的稳定性较差(Choi et al., 2011),其使用仍受到限制。这种不稳定性源于SMP在低pH值下容易被质子化,导致其电荷中和,从而减弱了维持乳液液滴间静电排斥的能力。因此,液滴容易聚集,导致乳液不稳定。提高SMP的酸稳定性有助于增强液滴间的排斥力,从而扩大其在食品和饮料行业的应用范围。
小分子且对食品安全的物质可以与主要表面活性剂结合使用,进一步提高乳液的稳定性(McClements & Jafari, 2018)。向SMP稳定的乳液中添加带电的辅助表面活性剂可以增强液滴间的静电排斥力,减少液滴聚集现象(Zembyla et al., 2020)。这些辅助表面活性剂在调节乳液的亲水-疏水平衡(HLB)方面起着关键作用,这对乳液的稳定性和性能至关重要。较低的HLB值表示亲脂性,较高的HLB值表示亲水性(Komaiko & McClements, 2016)。为油包水(O/W)乳液选择合适的HLB值会影响表面活性剂分子在油水界面上的排列和相互作用,从而影响乳液的整体稳定性。
大豆卵磷脂是一种从大豆中提取的天然物质,广泛用于食品和饮料行业作为乳化剂。卵磷脂主要由磷脂混合物组成,含有亲水头部和疏水尾部。其两亲性质使其能够位于水相和油相的界面,有助于形成稳定的乳液(List, 2015a)。在pH值为7时,卵磷脂带有负电荷,这增强了乳液液滴表面的排斥力。但由于其HLB值较低,卵磷脂更常用于水包油(W/O)乳液,过量使用可能会影响乳化效果(List, 2015b)。因此,寻找一种既能提高乳化效果又能减小油滴尺寸的SMP与卵磷脂的最佳配比至关重要。
月桂酰精氨酸乙酯(LAE)是一种由L-精氨酸、月桂酸和乙醇合成的阳离子表面活性剂,被认定为多种食品和生物医学应用中的安全物质(GRAS)。毒理学研究表明,LAE的毒性较低,因为它可以通过化学和代谢过程分解为人体容易进一步代谢的成分(Czakaj et al., 2021)。LAE在pH值为7和3时带有正电荷,与SMP结合使用时可增强液滴间的静电排斥力。
乳液的抗氧化稳定性也是选择表面活性剂的重要因素,直接影响产品质量、安全性和保质期。不饱和脂质容易氧化,导致变质,并产生对健康有害的化合物。乳液表面积的增加会加速氧化反应,从而加速产品变质和质量下降(Hennebelle et al., 2024)。通过提高抗氧化稳定性,制造商可以保持产品的风味和营养价值,延长保质期。大豆卵磷脂通过与油脂中的生育酚协同作用发挥抗氧化作用,防止脂肪和油脂氧化,从而延长产品保质期(Cui & Decker, 2016)。LAE在界面相中带有的正电荷可能有助于排斥阳离子金属,从而减缓乳液的氧化速率(Waraho et al., 2011)。先前研究还表明,LAE可以螯合金属离子,减少溶液中的活性铁物种含量,这也可能有助于降低脂质氧化(Kim et al., 2017)。
我们推测卵磷脂和LAE可以通过提供表面电荷来增强乳液的物理稳定性。同时,卵磷脂可通过再生生育酚来保护脂质免受氧化,而LAE则通过增强静电排斥力和螯合金属离子来发挥作用。本研究将探讨LAE和卵磷脂在酸性条件下对SMP稳定乳液物理稳定性和抗氧化性的影响,并评估这些辅助表面活性剂对乳液乳化能力及稳定性的影响。我们将确定能够最大化静电排斥力并最小化液滴絮凝的SMP与辅助表面活性剂(大豆卵磷脂或LAE)的最佳比例。通过提高SMP基乳液在酸性环境中的稳定性,本研究为有效利用辅助表面活性剂提供了方案,这些表面活性剂既能保持风味和稳定性,又能提升营养价值,同时延长保质期,从而兼顾健康考虑和市场需求。

材料

异辛烷(ACS试剂,≥99.0%)、氯化钡二水合物(≥99.0%)、三氯乙酸(ACS试剂,≥99.0%)、过氧化枯烯(工业级,80%)、硫氰酸铵(ACS试剂,≥97.5%)、甲醇(≥99.9%)、1-丁醇(99.9%)、磷酸二氢钠(≥99.0%)、柠檬酸(ACS试剂,≥99.5%)、硫代巴比妥酸(≥98%)、丁基化羟基甲苯(BHT)(≥99%,FCC,FG级)、1,1,3,3-四乙氧基丙烷(TEP)(≥96%)以及四水合氯化亚铁均购自Sigma-Aldrich公司

卵磷脂在调节乳液物理稳定性中的作用

表面活性剂的界面特性对其形成和维持稳定乳液的能力至关重要。随着卵磷脂含量从0%增加到100%,表面活性剂分散体的表面张力显著增加(图1A)。由于SMP是一种强效表面活性剂,1.0%的浓度即可将水的表面张力从72 mN/m降低到35 mN/m。在总表面活性剂浓度相同的情况下,含有20%(重量百分比)卵磷脂和80%(重量百分比)SMP的分散体表现出更好的稳定性

结论

蔗糖单棕榈酸酯(SMP)稳定的乳液在低pH值下由于表面电荷被中和而表现出较差的物理稳定性。为了解决这一问题,本研究使用了辅助表面活性剂大豆卵磷脂和LAE。大豆卵磷脂产生的负电荷增强了乳液在pH值为3时的静电排斥力,但过量使用会降低乳化效果,进而影响物理稳定性。

生成式人工智能(AI)声明

作者声明本文的撰写过程中未使用生成式AI。仅使用了非生成式AI工具,如Office 365和Google Docs中的拼写和语法检查工具以及引用管理软件。所有使用非生成式AI的情况均经过了作者和编辑的审核。

CRediT作者贡献声明

安妮·布鲁克斯(Anne Brooks):负责初稿撰写、项目管理、方法设计、实验设计及概念构思。李培龙(Peilong Li):负责修订与编辑、项目监督、方法设计、实验设计及概念构思。阿里雷扎·阿巴斯普拉德(Alireza Abbaspourrad):负责修订与编辑、项目监督、资金筹集及概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢PepsiCo公司的支持,同时非常感谢凯利·多纳吉(Kelley Donaghy)博士对本文的编辑工作。
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