基于神经酰胺/卵磷脂的水致复合油凝胶体系构建及影响因素研究

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油凝胶是液态植物油被凝胶剂分子形成的三维网络固定于其中形成的低饱和、零反式半固态油脂,在食品、药品、化妆品等领域具有广泛的应用前景。其中,复合油凝胶因其优异的可调性备受关注。神经酰胺(Ceramide,CER)是一种新型的食品级有机凝胶剂,具有良好的保健作用。卵磷脂(Lecithin,LEC)是一种天然的两性物质,它虽然不是一种有效的凝胶剂,但在多组分体系中,它可以作为晶体调节剂或共筑剂。本课题以LEC和CER为研究对象构建复合凝胶体系,并采用流变仪、示差扫描量热仪、偏光显微镜、激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪和傅立叶变换红外光谱仪等仪器对构建的体系进行初步表征和机理探究。在此基础上通过研究加水对体系的影响构建了水致复合凝胶体系,以及通过调节加水时的体系温度、油相性质和水相性质来调控复合体系的性质。主要研究结果如下:(1)神经酰胺/卵磷脂复合油凝胶体系构建。本文将不同摩尔比的LEC和CER在葵花籽油中混合,结果显示,当样品中有更多的非凝胶剂(LEC)时形成凝胶,而有更多的凝胶剂(CER)时几乎没有形成凝胶。6L4C和5L5C形成了具有高强度(G’>1.0×10~5 Pa)和优异持油能力(高达99.84%)的油凝胶,且其稳定性高于单组分凝胶(0L10C)。偏光显微镜显示6L4C为短针状晶体,而其他复合样品为持油效率较低的三维球状结晶,且均不同于单组分凝胶。综上提出假设:在不同凝胶剂组成的样品中,LEC和CER以6:4的摩尔比进行分子共组装(Co-assembly),冗余的LCE或CER以自分类(Self-sorting)方式形成基础晶体后通过侧面堆积与共组装纤维结合,形成在显微镜下观察到的各种微观结构。这一工作构建了新型的复合油凝胶,同时证明了可以通过简单地改变凝胶剂的摩尔比调节多组分凝胶的响应行为。(2)水致复合凝胶体系构建。LEC和CER在特定比例才可形成稳定油凝胶,本研究通过加入少量水诱导了某些无法形成凝胶的样品胶凝。微观结构表明,水参与了晶体网络的组装,使样品的微观形态由三维球状晶体转变为网罗液体油更高效的二维棒状或片状晶体。在水致凝胶中观察到不同的X射线衍射峰(14.9(?))表明水的加入使LEC和CER晶体发生了重排。傅立叶红外光谱显示了水与胶凝剂之间存在相互作用,证实了水在体系自组装中的重要性。这一工作构建了新型的水致复合凝胶体系,增加了在油脂产品中添加水溶性营养物质的可能性。(3)加水时的体系温度对水致凝胶的影响。在不同体系温度下加水(TW)导致了不同的凝胶行为和微观结构。在20℃和95℃温度下制备的样品均形成凝胶,且95℃时的凝胶强而脆,在45℃和70℃温度下制备的样品结构较弱而无法凝胶。20℃时制备的凝胶为片状晶体,且展现出与单一凝胶不同的X射线衍射峰(14.5(?))。95℃时的凝胶呈现出由层状和纤维晶体稳定的油滴组成的网状结构,其衍射图显示了两个分别对应于CER凝胶(~13(?))和LEC凝胶(~12(?))的特征峰。我们推测:TW的增加导致CER和LEC的结晶方式从共组装(TW=20℃)转变为自分类(TW=95℃)。本研究通过控制加水时的体系温度调控了水致油凝胶的特性,这一方法可以进一步帮助我们设计健康的脂肪产品。(4)油相性质对水致凝胶的影响。油相性质改变了凝胶的微观结构和宏观性质,且凝胶的晶体形状与油相性质呈现明显的相关性。随着油基极性和粘度的增大:凝胶的强度呈增加趋势,且由粘度为0.082 Pa·s(223.22±29.46 Pa)与0.72 Pa·s(1954.71±281.56 Pa)油基制备的凝胶的强度有显著性差异;凝胶结晶的峰值温度呈下降趋势,焓变绝对值增大;氢键强度显著增大。油基的粘度和极性性质通过影响凝胶剂分子在油相中的溶解度和相互作用来影响晶体的形成,从而影响样品的宏观性质。结果表明,可以通过使用不同基料油来调控油凝胶的加工特性。(5)水相性质对水致凝胶的流变学性质影响。Na OH的添加增强了凝胶的强度和稳定性,10 M NaOH样品的凝胶强度(~2.3×10~4 Pa)显著高于H2O样品(~6.6×10~2Pa);H3PO4的添加降低了凝胶强度,但增强了恢复性,即增强了凝胶的涂抹性。温度扫描表明水相性质对体系的影响通过调节晶体的排列来改变凝胶的微观结构和流变性能。结果再次证实了水相在此复合体系自组装中的重要性,也表明了可以通过改变水相性质来调节凝胶的特性。
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