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。