一种卡拉胶基Pickering乳液及其制备方法

一种卡拉胶基pickering乳液及其制备方法
技术领域
1.本发明属于pickering乳液制备技术领域，具体涉及一种卡拉胶基pickering乳液及其制备方法。


背景技术：

2.pickering乳液可通过二氧化硅、二氧化钛和氧化锌等无机颗粒及蛋白质、碳水化合物和脂肪等生物来源的聚合物颗粒在油水界面形成强有力的物理屏障，避免发生液滴聚结和奥氏熟化，从而具有更好的稳定性。多糖与蛋白质、磷脂等物质相比具有更宽的ph和温度范围的稳定性，同时具有无毒、易于消化、生物相容性高的优点，是理想的乳液稳定剂。
3.卡拉胶是一种带负电荷的硫酸化多糖，具有较强的胶凝、溶胀和持水能力，可作为稳定剂、乳化剂和增稠剂，用于肉制品、烘焙制品及乳制品的生产加工。然而，卡拉胶制备的凝胶具有机械性差的缺点，制备的乳液也存在稳定性差的缺点，限制了其在食品领域的应用。此外，其制备的乳液应用在实际食品体系中还需要考虑多重环境因素的影响，比如ph、离子强度或极端温度等，均会影响到乳液体系的稳定。而且通过化学、物理改性等手段对卡拉胶进行处理存在危害健康、成本高以及不适合大批量生产的缺点。比如κ-卡拉胶与月桂酸精氨酸酯等阳离子表面活性剂形成静电复合物来提高泡沫稳定性，但是，引入的化学颗粒会对人体存在潜在危害。因此，如何制备一种适合食品工业生产的、制备方法简单、可控、稳定性高的卡拉胶基pickering乳液是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种卡拉胶基pickering乳液及其制备方法。通过对卡拉胶的乳化性能进行调控，从而制备出高稳定性pickering乳液体系。
5.本发明在制备过程中通过加入氯化钾溶液和碱性氨基酸，为反应提供离子环境和碱性环境，进而使碱性氨基酸和氯化钾溶液能够通过与卡拉胶发生相互作用，使卡拉胶的乳化性质得到明显提升，改善卡拉胶基pickering乳液的稳定性，从而拓展了卡拉胶基pickering乳液的应用场景。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
7.本发明提供了一种卡拉胶基pickering乳液，所述卡拉胶基pickering乳液由卡拉胶在氨基酸和钾离子的混合体系中制备得到。
8.本发明还提供了一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，包括以下步骤：
9.将氨基酸和卡拉胶(kc)加入至氯化钾溶液中混合溶解，经水浴加热后，形成热熔胶，将其转移至冰水浴中，搅拌形成粗凝胶碎片，再次加入氯化钾溶液，并将所述粗凝胶碎片破碎，得到微凝胶分散液；
10.将所述微凝胶分散液与玉米油混合，经剪切乳化后，即得所述卡拉胶基pickering乳液。
11.进一步地，所述氨基酸为l-组氨酸(his)、l-赖氨酸(lys)或l-精氨酸(arg)中的至
少一种；优选为l-赖氨酸。
12.所述卡拉胶为κ-卡拉胶。
13.氨基酸可作为食品调味剂、营养强化剂和食品固色剂，在改善食品风味色泽、提高食品营养价值等方面发挥重要作用。本发明选用碱性氨基酸加入到制备过程中，为反应过程提供碱性环境，更有利于乳液的稳定。其中，l-赖氨酸与其他人工合成的颗粒分子相比，更符合食品加工的要求和清洁生产的原则。
14.进一步地，所述氯化钾溶液的浓度均为0-240mm，优选为0-20mm，其中氯化钾溶液的浓度不为0；
15.再次加入的氯化钾溶液与第一次加入氯化钾溶液的体积比为1∶1。
16.有益效果：本发明选用氯化钾溶液作为盐溶液加入至制备过程中，氯化钾提供的钾离子环境与氯化钠提供的钠离子环境、氯化镁提供的镁离子环境、氯化钙提供的钙离子环境相比，具有更好的稳定乳液的效果。本发明将氯化钾溶液分两次加入，可以使微凝胶碎片经高速分散后更容易形成均匀的微凝胶分散液。
17.进一步地，所述微凝胶分散液中氨基酸浓度为0-0.20wt.％，优选为0.05-0.10wt.％，其中微凝胶分散液中氨基酸浓度不为0，本发明将氨基酸浓度限定为0-0.20wt.％，比该数值高了会造成乳液的稳定性下降。卡拉胶的浓度为0.1-1.5wt.％，优选为0.5-1.5wt.％；
18.所述玉米油为所述卡拉胶基pickering乳液的50wt.％。
19.进一步地，所述水浴加热的温度为75℃，时间为45min，转速为650rpm；
20.所述搅拌的转速为750rpm，时间为5min；
21.所述剪切乳化的转速为15000rpm，时间为3min。
22.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
23.本发明中通过引入碱性氨基酸和氯化钾溶液，为反应提供碱性环境和离子环境。κ-卡拉胶由于排斥体积效应和相邻链段之间的静电排斥作用，处于无序状态。而钾离子可以与κ-卡拉胶的硫酸基团形成分子间或分子内的阳离子桥，连接κ-卡拉胶的分子链，诱导形成螺旋和空间网络构。氨基酸提供的碱性环境可以改变κ-卡拉胶的表面电荷分布，同时氨基酸与κ-卡拉胶发生静电相互作用，形成稳定的颗粒，并在高速剪切条件下自发形成稳定的乳液结构，拓展了卡拉胶基pickering乳液的应用场景。
24.在本发明中，氨基酸优选为l-赖氨酸，该种氨基酸可以更好地协同钾离子对κ-卡拉胶基pickering乳液稳定性的调控机制，进而提供了一种κ-卡拉胶乳化性的调整策略。本发明所制备的卡拉胶基pickering乳液适合食品工业生产、工艺简单、制备条件温和可控，而且稳定性高。
附图说明
25.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
26.图1为本发明实施例1和对比例1-2制备的卡拉胶基pickering乳液在25℃下储藏7d后的外观图；
27.图2为本发明实施例1和对比例2制备的卡拉胶基pickering乳液的微观图；
28.图3为本发明对比例1制备的卡拉胶基pickering乳液的微观图；
29.图4为本发明实施例1和对比例1-2制备的卡拉胶基pickering乳液的粒径大小柱状图；
30.图5为本发明实施例1和对比例1-2制备的卡拉胶基pickering乳液的粒径分布图；
31.图6为本发明实施例2得到的五种不同油相占比的卡拉胶基pickering乳液在25℃下储藏7d后的外观图；
32.图7为本发明对比例3得到的五种不含氨基酸的情况下不同油相占比的卡拉胶基pickering乳液在25℃下储藏7d后的外观图；
33.图8为本发明实施例3-7得到的不同氨基酸浓度、不同卡拉胶浓度时的卡拉胶基pickering乳液分别在4℃时储藏1d、21d和42d时的外观图；
34.图9为本发明实施例3-7得到的不同氨基酸浓度、不同卡拉胶浓度时的卡拉胶基pickering乳液分别在25℃时储藏1d、21d和42d时的外观图；
35.图10为本发明实施例3-7得到的不同氨基酸浓度、不同卡拉胶浓度时的卡拉胶基pickering乳液在4℃下储藏0d、21d和42d后粒径变化图，其中，a图为κ-卡拉胶浓度为0.1wt.％的乳液粒径变化图，b图为κ-卡拉胶浓度为0.5wt.％的乳液粒径变化图，c图为κ-卡拉胶浓度为1.0wt.％的乳液粒径变化图，d图为κ-卡拉胶浓度为1.5wt.％的乳液粒径变化图；
36.图11为本发明实施例3-7制备的不同氨基酸浓度、不同卡拉胶浓度时的卡拉胶基pickering乳液经过不同方式处理后的稳定性外观图，其中(a)图为经过室温处理，(b)图为经过常规巴氏杀菌处理，(c)图为经过高温高压热杀菌处理；
37.图12为本发明实施例3-7制备的不同氨基酸浓度、不同卡拉胶浓度时的卡拉胶基pickering乳液的离心稳定性柱状图，图中a～d表示相同κ-卡拉胶浓度下不同l-赖氨酸浓度对乳液离心稳定性存在显著性影响；图中a～c表示相同l-赖氨酸浓度下不同κ-卡拉胶浓度对乳液离心稳定性存在显著性影响；
38.图13为本发明实施例8和对比例4制备的卡拉胶基pickering乳液在25℃下储藏1d后的外观图；
39.图14为本发明实施例9-14制备的卡拉胶基pickering乳液分别在4℃时储藏0d、7d、21d和42d时的外观图；
40.图15为本发明实施例9-14制备的卡拉胶基pickering乳液分别在25℃时储藏0d、7d、21d和42d时的外观图；
41.图16为本发明实施例9-14制备的卡拉胶基pickering乳液经过常规巴氏杀菌处理后的外观图；
42.图17为本发明实施例9-14制备的卡拉胶基pickering乳液经过高温高压热杀菌处理后的外观图；
43.图18为本发明实施例9-14制备的卡拉胶基pickering乳液经过离心后的外观图；
44.图19为本发明实施例9-14制备的卡拉胶基pickering乳液经过离心后的离心稳定性评价图，图中a-d表示相同l-赖氨酸添加量下不同钾离子浓度制备的乳液的离心稳定性之间存在显著性差异；a-d表示同一钾离子浓度下不同l-赖氨酸添加量制备的乳液离心稳定性之间存在显著性差异；
45.图20为本发明实施例9-14中的氯化钾溶液浓度分别为0mm、20mm和40mm，l-赖氨酸的浓度分别为0wt.％、0.1wt.％和0.2wt.％时得到的卡拉胶基pickering乳液的储能模量随角频率的变化图；
46.图21为本发明实施例9-14中的氯化钾溶液浓度分别为0mm、20mm和40mm，l-赖氨酸的浓度分别为0wt.％、0.1wt.％和0.2wt.％时得到的卡拉胶基pickering乳液的损耗模量随角频率的变化图；
47.图22为本发明实施例9-14中的氯化钾溶液浓度分别为0mm、20mm和40mm，l-赖氨酸的浓度分别为0wt.％、0.1wt.％和0.2wt.％时得到的卡拉胶基pickering乳液的损耗因子随角频率的变化图；
48.图23为本发明实施例9-14中的氯化钾溶液浓度分别为0mm、20mm和40mm，l-赖氨酸的浓度分别为0wt.％、0.1wt.％和0.2wt.％时得到的卡拉胶基pickering乳液的表观粘度随剪切速率的变化图；
49.图24为本发明实施例9-14中的氯化钾溶液浓度分别为0mm、20mm和40mm，l-赖氨酸的浓度分别为0wt.％、0.1wt.％和0.2wt.％时得到的卡拉胶基pickering乳液的激光共聚焦拍摄图。
具体实施方式
50.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
51.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
52.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
53.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
54.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
55.本发明的实施例中所述原料均可以通过市售购买，本发明对所述原料的来源和购买途径不作限制。
56.本发明实施例和对比例得到的乳液的检测和评价方法如下：
57.1、乳液凝胶的表观稳定性
58.取新鲜制备的乳液15g加入到20ml玻璃瓶中，使用标签纸在瓶盖进行标记，然后放
置于4℃和25℃环境中进行贮藏，并在第0、7、21、42d的固定时间记录乳液的外观变化。
59.2、乳液凝胶的离心稳定性
60.将离心管称重后记为m，向离心管中加入乳液至40g(
±
0.02)，离心管与乳液的总重记为m，然后在4℃、5000rpm条件下离心15min，拍照记录离心后的乳液外观状态。使用一次性吸管吸取乳液顶部析出的油并记录油析出质量为m2，乳液的obc用来表示乳液的离心稳定性，其中50为乳液中油相的比例(％)，乳液质量m1＝m-m。
[0061][0062]
3、热稳定性
[0063]
取新鲜制备的乳液14ml置于15ml的塑料离心管中，同时进行常规巴氏杀菌处理和高温高压热杀菌处理，具体为：
[0064]
常规巴氏杀菌处理：将水浴锅中的水加热至90℃，确认离心管管盖拧紧后放入水浴锅加热30min，然后取出在室温环境冷却，记录乳液的外观变化。
[0065]
高温高压热杀菌处理：将装有乳液的离心管盖稍微拧松，放入灭菌锅中121℃、15min的条件加热，待灭菌锅压力恢复至大气压后取出，在室温环境冷却，记录乳液的外观变化。
[0066]
4、乳液粒径
[0067]
乳液粒径采用马尔文master sizer 3000激光粒度分析仪测量。其中，油和去离子水的折射率分别设为1.43和1.33，吸收率设定为0.001，将样品加至遮光度在12％左右进行测量。液滴大小数据报告为体积加权平均直径(d
4,3
)。
[0068]
5、乳液微观结构
[0069]
直接吸取10μl新鲜乳液在载玻片上，盖上盖玻片平衡5min，然后通过显微镜在20x下进行放大观察，并拍摄乳液微观照片。
[0070]
6、乳液流变特性
[0071]
使用带有智能化tool master和样品自适应控制器trurate
tm
(anton paar)的应力控制流变仪(mcr 102,anton paar,格拉茨,奥地利)测定。每次测量时，用药匙取乳液平铺在珀尔帖板上，用抹刀擦掉多余的乳液。为了在测量前放松样品，所有样品在所需温度下平衡1min。为了减少测量过程中水分的蒸发，样品加载后，两个板之间的间隙用硅油密封。测定模式frequency sweep，设置扫描温度恒定为4℃，分别以0.1％的固定振荡应变(在lve区)在角频率范围为0.1～100rad/s下进行频率扫描，记录样品的弹性模量(g
′
)、粘性模量(g
″
)和损耗角正切值(tanδ＝g
″
/g
′
)随角频率变化的曲线。
[0072]
7、乳液表观粘度
[0073]
乳液的表观粘度随剪切速率变化图使用带有智能化tool master和样品自适应控制器trurate
tm
(anton paar)的应力控制流变仪(mcr 102,anton paar,格拉茨,奥地利)测定。每次测量时，用药匙取乳液平铺在珀尔帖板上，用抹刀擦掉多余的乳液。为了在测量前放松样品，所有样品在所需温度下平衡1min。为了减少测量过程中水分的蒸发，样品加载后两个板之间的间隙用硅油密封。剪切速率设定为0.1s-1-100s-1
。平行板夹具选择直径50mm的pp50，间隙设为1mm。温度为4℃，误差不超过0.1℃。
[0074]
8、激光共聚焦显微镜
[0075]
取200μl乳液用蒸馏水稀释5倍，加入30μl尼罗红和15μl尼罗蓝，用锡箔纸包裹1.5ml离心管，涡旋10s，避光放置30min，使染料尼罗红和尼罗蓝充分染色乳液中的油脂和多糖。随后，吸取10μl样品于载玻片上，盖上盖玻片平衡5min，然后在20x下进行放大观察。尼罗红和尼罗蓝的荧光分别在514和633nm激发，分别在521-600nm和600-720nm的两个pmt探测器上检测。
[0076]
实施例1
[0077]
本实施例考察不同种类的氨基酸对卡拉胶基pickering乳液的影响，制备卡拉胶基pickering乳液的方法，包括以下步骤：
[0078]
(1)将1.0gκ-卡拉胶和0.2g氨基酸(分别为l-组氨酸、l-赖氨酸和l-精氨酸)溶解于100ml去离子水中，使用带有搅拌功能的水浴锅在75℃，650rpm的转速下水浴加热45min，形成热熔胶，加热过程使用保鲜膜封口以减少水分蒸发影响κ-卡拉胶和氨基酸的浓度；
[0079]
(2)将上述热熔胶立即转移至冰水浴中，并通过数字磁力搅拌器以750rpm的转速搅拌形成粗凝胶碎片，加入100ml去离子水，用高速分散器将悬浮液中的粗凝胶碎片破碎，得到微凝胶分散液，此时微凝胶分散液中κ-卡拉胶的浓度为0.5wt.％，氨基酸的浓度为0.10wt.％；
[0080]
(3)将50g上述微凝胶分散液与50g玉米油混合后，在冰水浴中，以15000rpm的转速剪切乳化3min，即得到三种含不同类型氨基酸的卡拉胶基pickering乳液。
[0081]
对比例1
[0082]
一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，与实施例1的区别在于：不加入氨基酸，其余步骤同实施例1。
[0083]
对比例2
[0084]
一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，与实施例1的区别在于：将氨基酸分别替换为l-天冬氨酸(asp)、l-谷氨酸(glu)、l-甘氨酸(gly)、l-酪氨酸(tyr)，其余步骤同实施例1，得到四种含不同氨基酸类型的卡拉胶基pickering乳液。
[0085]
将实施例1和对比例1-2得到的卡拉胶基pickering乳液在25℃下储藏7d后，观察其外观图，如图1所示。图1从左到右依次为对比例1、对比例2(依次分别为l-天冬氨酸、l-谷氨酸、l-甘氨酸、l-酪氨酸)和实施例1(依次分别为l-组氨酸、l-赖氨酸和l-精氨酸)制备的乳液的外观图。由图1可以看出，对比例2中酸性氨基酸l-天冬氨酸、l-谷氨酸参与制备的乳液在储藏7d后出现严重的水油分层现象；中性氨基酸l-甘氨酸、l-酪氨酸参与制备的乳液也均出现了不同程度的乳液结构溃败、水油分离的情况；而实施例1中碱性氨基酸l-组氨酸、l-赖氨酸、l-精氨酸参与制备的乳液具有相对完整的乳液结构，其中l-赖氨酸具有相对最佳的稳定乳液的效果。对比例1显示κ-卡拉胶乳液的储藏稳定性较差。
[0086]
实施例1和对比例2制备的卡拉胶基pickering乳液的微观图如图2所示，可以看出，酸性氨基酸l-天冬氨酸、l-谷氨酸参与制备的乳液出现严重的破乳现象，视野内几乎无完整的乳液液滴，这与l-天冬氨酸、l-谷氨酸参与制备的乳液在存放2h后就出现破乳、不稳定的现象一致；中性氨基酸l-甘氨酸、l-酪氨酸参与制备的乳液出现了一定程度的液滴聚集现象，乳液液滴大小不能保持一致；碱性氨基酸l-组氨酸、l-赖氨酸、l-精氨酸参与制备的乳液微观结构呈现的结果与外观现象一致，其中l-组氨酸和l-精氨酸参与制备的乳液有轻微的液滴聚集现象，而l-赖氨酸制备的乳液具有相对完整的乳液结构、乳液液滴大小保
持一致，乳液液滴未发生破乳和聚集现象。
[0087]
对比例1得到的卡拉胶基pickering乳液的微观图如图3所示，可以看出，κ-卡拉胶乳液的液滴大小不一致，存在乳液液滴聚集现象。
[0088]
实施例1和对比例1-2制备的卡拉胶基pickering乳液的粒径大小柱状图如图4所示，可观察到l-赖氨酸参与制备的乳液的粒径最小(1.85
±
0.01μm)；粒径分布图如图5所示，可观察到l-赖氨酸参与制备的乳液的粒度集中在10μm以内的范围，粒径越小，越有利于乳液的长期稳定。
[0089]
综上所述，在本发明中氨基酸选择为l-赖氨酸时所制备的卡拉胶基pickering乳液的稳定性更好。
[0090]
实施例2
[0091]
本实施例考察油相占比对卡拉胶基pickering乳液的影响，制备卡拉胶基pickering乳液的方法，与实施例1的区别在于：
[0092]
将氨基酸固定为l-赖氨酸，将步骤(3)中的50g微凝胶分散液与50g玉米油混合分别替换为：将90g微凝胶和10g玉米油混合、70g微凝胶和30g玉米油混合、50g微凝胶和50g玉米油混合、30g微凝胶和70g玉米油混合、20g微凝胶和80g玉米油混合，即将油相占比分别设定为10wt.％、30wt.％、50wt.％、70wt.％和80wt.％；
[0093]
其余步骤同实施例1，得到五种不同油相占比的卡拉胶基pickering乳液。
[0094]
对比例3
[0095]
一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，与实施例2的区别在于：不加入氨基酸，其余步骤同实施例2，得到五种不含氨基酸的不同油相占比的卡拉胶基pickering乳液。
[0096]
将实施例2得到的五种不同油相占比的卡拉胶基pickering乳液在25℃下储藏7d，观察其外观图，如图6所示，可观察到在油相占比为50-70wt.％时，外观无油相析出，乳液稳定，说明l-赖氨酸可以有效的稳定油相占比为50-70wt.％的中高油相的κ-卡拉胶基pickering乳液。
[0097]
将对比例3得到的五种不含氨基酸的情况下不同油相占比的卡拉胶基pickering乳液在25℃下储藏7d，观察其外观图，如图7所示，可观察到在油相占比为50-70wt.％时，乳液液滴结构溃败，油相析出，乳液不稳定。
[0098]
综上所述，在本发明中氨基酸选择为l-赖氨酸时，油相占比为50-70wt.％时所制备的卡拉胶基pickering乳液的稳定性更好。因为本发明的研究针对的是乳液临界不稳定的情况下，所以从50-70wt.％可有效稳定乳液的油相占比中选择稳定性稍差的50wt.％油相占比作为研究对象。
[0099]
实施例3
[0100]
一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，与实施例1的区别在于：
[0101]
将氨基酸固定为l-赖氨酸，浓度为0wt.％时，步骤(1)中的卡拉胶加入量为0.2g、1.0g、2.0g、3.0g，即卡拉胶的浓度为0.1wt.％、0.5wt.％、1.0wt.％和1.5wt.％；
[0102]
其余步骤同实施例1，得到四种不同卡拉胶浓度的卡拉胶基pickering乳液。
[0103]
实施例4
[0104]
一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，与实施例1的区别在于：
[0105]
将氨基酸固定为l-赖氨酸，浓度为0.01wt.％时，步骤(1)中的卡拉胶加入量为
0.2g、1.0g、2.0g、3.0g，即卡拉胶的浓度为0.1wt.％、0.5wt.％、1.0wt.％和1.5wt.％；
[0106]
其余步骤同实施例1，得到四种不同卡拉胶浓度的卡拉胶基pickering乳液。
[0107]
实施例5
[0108]
一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，与实施例1的区别在于：
[0109]
将氨基酸固定为l-赖氨酸，浓度为0.05wt.％时，步骤(1)中的卡拉胶加入量为0.2g、1.0g、2.0g、3.0g，即卡拉胶的浓度为0.1wt.％、0.5wt.％、1.0wt.％和1.5wt.％；
[0110]
其余步骤同实施例1，得到四种不同卡拉胶浓度的卡拉胶基pickering乳液。
[0111]
实施例6
[0112]
一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，与实施例1的区别在于：
[0113]
将氨基酸固定为l-赖氨酸，浓度为0.10wt.％时，步骤(1)中的卡拉胶加入量为0.2g、1.0g、2.0g、3.0g，即卡拉胶的浓度为0.1wt.％、0.5wt.％、1.0wt.％和1.5wt.％；
[0114]
其余步骤同实施例1，得到四种不同卡拉胶浓度的卡拉胶基pickering乳液。
[0115]
实施例7
[0116]
一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，与实施例1的区别在于：
[0117]
将氨基酸固定为l-赖氨酸，浓度为0.02wt.％时，步骤(1)中的卡拉胶加入量为0.2g、1.0g、2.0g、3.0g，即卡拉胶的浓度为0.1wt.％、0.5wt.％、1.0wt.％和1.5wt.％；
[0118]
其余步骤同实施例1，得到四种不同卡拉胶浓度的卡拉胶基pickering乳液。
[0119]
将实施例3-7得到的不同氨基酸浓度、不同卡拉胶浓度的卡拉胶基pickering乳液分别在4℃时储藏1d、21d和42d时的外观图如图8所示，在25℃时储藏1d、21d和42d时的外观图如图9所示。由此可以看出，虽然l-赖氨酸具有良好的稳定卡拉胶乳液的效果，但也需要考虑卡拉胶浓度对乳液稳定性的影响，4℃的低温环境可以降低乳液失稳程度，而室温25℃储藏42d后，κ-卡拉胶浓度为0.5wt.％制备的乳液稳定性不好；
[0120]
当κ-卡拉胶浓度为0.1wt.％时，κ-卡拉胶浓度过低不足以维持乳液的稳定，制备的乳液在短时间内出现水乳分层现象。这是因为过低的κ-卡拉胶浓度(0.1wt.％)下形成的乳液液滴直径较大，油水界面存在较大的界面张力，连续相结构薄弱，容易油滴聚集，进而导致乳液不稳定；
[0121]
当κ-卡拉胶浓度为1.5wt.％时，κ-卡拉胶浓度过高，导致粗凝胶不易被破碎成更小的颗粒，高速分散后仍呈明显的大颗粒状，不能有效的包裹油脂。
[0122]
将实施例3-7得到的不同氨基酸浓度、不同卡拉胶浓度的卡拉胶基pickering乳液在4℃下储藏0d、21d和42d后粒径变化图，如图10所示，其中，图中的a图为κ-卡拉胶浓度为0.1wt.％的乳液粒径变化图，b图为κ-卡拉胶浓度为0.5wt.％的乳液粒径变化图，c图为κ-卡拉胶浓度为1.0wt.％的乳液粒径变化图，d图为κ-卡拉胶浓度为1.5wt.％的乳液粒径变化图。通过对图10中的a-b分析可以看出，在κ-卡拉胶浓度0.5-1.0wt.％的范围内使用l-赖氨酸具有良好的稳定乳液的效果。
[0123]
实施例3-7制备的不同氨基酸浓度、不同卡拉胶浓度的卡拉胶基pickering乳液经过不同方式处理(室温、常规巴氏杀菌处理和高温高压热杀菌处理)后稳定性外观图如图11所示，其中(a)、(b)和(c)分别对应室温、常规巴氏杀菌处理和高温高压热杀菌处理。由图11可以看出，在κ-卡拉胶浓度0.5-1.0wt.％的范围内，l-赖氨酸参与制备的乳液具有良好的热杀菌稳定性。
[0124]
实施例3-7制备的不同氨基酸浓度、不同卡拉胶浓度的卡拉胶基pickering乳液的离心稳定性如图12所示，说明在κ-卡拉胶浓度为0.5-1.0wt.％的范围内，l-赖氨酸可以有效地提高卡拉胶基pickering乳液的离心稳定性。
[0125]
综上所述，在本发明中当κ-卡拉胶浓度在0.5-1.0wt.％的范围内，l-赖氨酸具有显著的提高卡拉胶基pickering乳液稳定性的效果。
[0126]
实施例8和对比例4考察不同离子环境对卡拉胶基pickering乳液的影响
[0127]
实施例8
[0128]
一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，与实施例1的区别在于：
[0129]
将氨基酸固定为l-赖氨酸，将步骤(1)和(2)中的去离子水等量替换为氯化钾溶液，浓度为20mm；
[0130]
其余步骤同实施例1。
[0131]
对比例4
[0132]
一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，与实施例8的区别在于：将氯化钾溶液分别等量等浓度的替换为氯化钠溶液、氯化镁溶液、氯化钙溶液；
[0133]
其余步骤同实施例1，得到三种含不同盐离子类型的卡拉胶基pickering乳液。
[0134]
将实施例8和对比例4得到的卡拉胶基pickering乳液在25℃下储藏1d后，观察其外观图，如图13所示。图13从左到右依次为实施例8、对比例4(依次分别为氯化钠溶液、氯化镁溶液和氯化钙溶液)制备的乳液的外观图。由图13可以看出，对比例4中氯化镁溶液、氯化钙溶液参与制备的乳液出现了严重的乳液结构溃败、水油分离的情况；对比例4中氯化钠溶液参与制备的乳液底部出现析水现象；而实施例8中氯化钾溶液参与制备的乳液外观完好，无析水现象，说明氯化钾溶液具有良好的稳定乳液的效果。
[0135]
综上所述，在本发明中氨基酸选择为l-赖氨酸时，盐溶液为氯化钾溶液时所制备的卡拉胶基pickering乳液的稳定性更好。
[0136]
实施例9
[0137]
一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，与实施例1的区别在于：
[0138]
将氨基酸固定为l-赖氨酸，其中，步骤(1)为：将1.0gκ-卡拉胶分别和0、0.02、0.10、0.20g的l-赖氨酸溶解于100ml的浓度为0mm的氯化钾溶液中(即100ml去离子水)，使用带有搅拌功能的水浴锅在75℃，650rpm的转速下水浴加热45min，形成热熔胶，加热过程使用保鲜膜封口以减少水分蒸发影响κ-卡拉胶和氨基酸的浓度；
[0139]
(2)将上述热熔胶立即转移至冰水浴中，并通过数字磁力搅拌器以750rpm的转速搅拌形成粗凝胶碎片，加入100ml浓度为0mm的氯化钾溶液中，用高速分散器将悬浮液中的粗凝胶碎片破碎，得到微凝胶分散液；
[0140]
其余步骤同实施例1，得到五种不同l-赖氨酸浓度的卡拉胶基pickering乳液，即l-赖氨酸的浓度为0wt.％、0.01wt.％、0.05wt.％、0.10wt.％、0.20wt.％。
[0141]
实施例10
[0142]
一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，与实施例9的区别在于：
[0143]
(1)将1.0gκ-卡拉胶分别和0g、0.02g、0.10g、0.2g的l-赖氨酸溶解于100ml的浓度为20mm的氯化钾溶液中；
[0144]
(2)将上述热熔胶立即转移至冰水浴中，并通过数字磁力搅拌器以750rpm的转速
搅拌形成粗凝胶碎片，加入100ml浓度为20mm的氯化钾溶液中，用高速分散器将悬浮液中的粗凝胶碎片破碎，得到微凝胶分散液；
[0145]
其余步骤同实施例9，得到五种不同l-赖氨酸浓度的卡拉胶基pickering乳液，即l-赖氨酸的浓度为0wt.％、0.01wt.％、0.05wt.％、0.10wt.％、0.20wt.％。
[0146]
实施例11
[0147]
一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，与实施例9的区别在于：
[0148]
(1)将1.0gκ-卡拉胶分别和0g、0.02g、0.10g、0.2g的l-赖氨酸溶解于100ml的浓度为40mm的氯化钾溶液中；
[0149]
(2)将上述热熔胶立即转移至冰水浴中，并通过数字磁力搅拌器以750rpm的转速搅拌形成粗凝胶碎片，加入100ml浓度为40mm的氯化钾溶液中，用高速分散器将悬浮液中的粗凝胶碎片破碎，得到微凝胶分散液；
[0150]
其余步骤同实施例9，得到五种不同l-赖氨酸浓度的卡拉胶基pickering乳液，即l-赖氨酸的浓度为0wt.％、0.01wt.％、0.05wt.％、0.10wt.％、0.20wt.％。
[0151]
实施例12
[0152]
一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，与实施例9的区别在于：
[0153]
(1)将1.0gκ-卡拉胶分别和0g、0.02g、0.10g、0.2g的l-赖氨酸溶解于100ml的浓度为80mm的氯化钾溶液中；
[0154]
(2)将上述热熔胶立即转移至冰水浴中，并通过数字磁力搅拌器以750rpm的转速搅拌形成粗凝胶碎片，加入100ml浓度为80mm的氯化钾溶液中，用高速分散器将悬浮液中的粗凝胶碎片破碎，得到微凝胶分散液；
[0155]
其余步骤同实施例9，得到五种不同l-赖氨酸浓度的卡拉胶基pickering乳液，即l-赖氨酸的浓度为0wt.％、0.01wt.％、0.05wt.％、0.10wt.％、0.20wt.％。
[0156]
实施例13
[0157]
一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，与实施例9的区别在于：
[0158]
(1)将1.0gκ-卡拉胶分别和0g、0.02g、0.10g、0.2g的l-赖氨酸溶解于100ml的浓度为160mm的氯化钾溶液中；
[0159]
(2)将上述热熔胶立即转移至冰水浴中，并通过数字磁力搅拌器以750rpm的转速搅拌形成粗凝胶碎片，加入100ml浓度为160mm的氯化钾溶液中，用高速分散器将悬浮液中的粗凝胶碎片破碎，得到微凝胶分散液；
[0160]
其余步骤同实施例9，得到五种不同l-赖氨酸浓度的卡拉胶基pickering乳液，即l-赖氨酸的浓度为0wt.％、0.01wt.％、0.05wt.％、0.10wt.％、0.20wt.％。
[0161]
实施例14
[0162]
一种卡拉胶基pickering乳液的制备方法，与实施例9的区别在于：
[0163]
(1)将1.0gκ-卡拉胶分别和0g、0.02g、0.10g、0.2g的l-赖氨酸溶解于100ml的浓度为240mm的氯化钾溶液中；
[0164]
(2)将上述热熔胶立即转移至冰水浴中，并通过数字磁力搅拌器以750rpm的转速搅拌形成粗凝胶碎片，加入100ml浓度为240mm的氯化钾溶液中，用高速分散器将悬浮液中的粗凝胶碎片破碎，得到微凝胶分散液；
[0165]
其余步骤同实施例9，得到五种不同l-赖氨酸浓度的卡拉胶基pickering乳液，即
l-赖氨酸的浓度为0wt.％、0.01wt.％、0.05wt.％、0.10wt.％、0.20wt.％。
[0166]
实施例9-14制备的卡拉胶基pickering乳液分别在4℃时储藏0d、7d、21d和42d时的外观图如图14所示，在25℃时储藏0d、7d、21d和42d时的外观图如图15所示。由图14-15可以看出，l-赖氨酸浓度为0，即不添加氨基酸时，在第0d，钾离子会破坏κ-卡拉胶乳液的稳定性，在第42d，l-赖氨酸稳定乳液的效果有限，乳液出现破乳分层现象。在42d时低钾离子浓度与l-赖氨酸共同参与制备乳液时，两者表现出协同提高卡拉胶乳液的稳定性的效果。而且，可以知晓当氯化钾溶液浓度高于40mm时不利于乳液的稳定，说明高钾离子浓度不具备协同提高卡拉胶乳液的稳定性的效果。
[0167]
将实施例9-14制备的卡拉胶基pickering乳液分别经过常规巴氏杀菌处理和高温高压热杀菌处理，其外观图分别如图16和17所示。可以看出，不含钾离子的l-赖氨酸稳定乳液经两种常规热杀菌技术后表现出稳定的外观，说明钾离子不具备提高卡拉胶乳液热稳定性的能力。
[0168]
实施例9-14制备的卡拉胶基pickering乳液经过离心后的外观图如图18所示，离心稳定性评价如图19所示，可以看出浓度为0.05-0.10wt.％的l-赖氨酸可以有效地提高含有浓度为0-20mm钾离子的卡拉胶基pickering乳液的离心稳定性的能力。
[0169]
对实施例9-14中的氯化钾溶液浓度分别为0mm、20mm和40mm，l-赖氨酸的浓度分别为0wt.％、0.1wt.％和0.2wt.％时得到的卡拉胶基pickering乳液的流变特性进行测试，其中，储能模量随角频率的变化如图20所示，损耗模量随角频率的变化如图21所示，损耗因子随角频率的变化如图22所示，表观粘度随剪切速率的变化如图23所示。结果表明，所有样品的g
′
和g
″
都表现出一定的频率依赖性，说明弹性界面具有较好的抵抗外加变性的能力。在低离子强度下，l-赖氨酸的加入可以显著提高样品的g
′
和g
″
，并在l-赖氨酸添加量为0.1wt.％时具有更好的提高模量的效果，说明l-赖氨酸和钾离子可以协同提高乳液凝胶网络结构的稳定，这与之前的视觉外观一致。添加赖氨酸的乳液在低离子环境中的tanδ始终小于1，没有出现屈服点，表明乳液即使在较高的变形速率下，也没有出现凝胶-溶胶转变。在0.1-100sde剪切速率范围内乳液的表观粘度随剪切速率的变化，所有样品均表现出较强的剪切稀变的行为，说明高剪切速率下油滴发生破裂从而导致剪切稀化，这是因为相邻液滴之间物理相互作用减少或结构受到了破坏。与e-20-0和e-40-0相比，e-20-0.1和e-40-0.1均表现出较好的粘弹性，说明在低离子强度时添加0.1wt.％l-赖氨酸更有助于提高乳液粘度。流变学结果表明，低离子强度可以协同赖氨酸改善乳液的弹性性能，并有助于提高其稳定性。
[0170]
对实施例9-14中的氯化钾溶液浓度分别为0mm、20mm和40mm，l-赖氨酸的浓度分别为0wt.％、0.1wt.％和0.2wt.％时得到的卡拉胶基pickering乳液激光共聚焦拍摄图如图24所示，可以看出，油相(红色区域)位于乳液液滴内部，而多糖复合物(绿色区域)包裹油相，表明玉米油位于内部，多糖复合物均匀的锚定在油滴表面，说明乳液属于o/w型。当添加0.1wt.％l-赖氨酸时，与e-0-0.10相比，样品e-20-0.10贮藏42d后的液滴依然可以保持完整结构，液滴粒径更小，说明低钾离子会更有利于乳液的颗粒层的稳定。在离子强度为20mm时，乳液e-20-0.20的液滴分布紧密，结构相对完整；而40mm时并不能使乳液维持长期稳定，液滴破裂，但仍可以在油相界面处发现多糖界面，说明l-赖氨酸-卡拉胶稳定的乳液只能在低于40mm的离子环境中才能维持长期稳定。
[0171]
综上所述，在本发明中浓度为0.05-0.10wt.％的l-赖氨酸与浓度低于40mm的钾离子环境可以协同提高卡拉胶基pickering乳液稳定性。
[0172]
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种卡拉胶基pickering乳液，其特征在于，其由卡拉胶在氨基酸和钾离子的混合体系中制备得到。2.一种如权利要求1所述的卡拉胶基pickering乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氨基酸和卡拉胶加入至氯化钾溶液中混合溶解，经水浴加热后，转移至冰水浴中，搅拌形成粗凝胶碎片，再次加入氯化钾溶液，并将所述粗凝胶碎片破碎，得到微凝胶分散液；将所述微凝胶分散液与玉米油混合，经剪切乳化后，即得所述卡拉胶基pickering乳液。3.根据权利要求2所述的卡拉胶基pickering乳液的制备方法，其特征在于，所述氨基酸为l-组氨酸、l-赖氨酸或l-精氨酸中的至少一种；所述卡拉胶为κ-卡拉胶。4.根据权利要求2所述的卡拉胶基pickering乳液的制备方法，其特征在于，所述氨基酸为l-赖氨酸。5.根据权利要求2所述的卡拉胶基pickering乳液的制备方法，其特征在于，所述氯化钾溶液的浓度均为0-240mm，其中氯化钾溶液的浓度不为0；再次加入的氯化钾溶液与第一次加入氯化钾溶液的体积比为1∶1。6.根据权利要求5所述的卡拉胶基pickering乳液的制备方法，其特征在于，所述氯化钾溶液的浓度均为0-20mm，其中氯化钾溶液的浓度不为0。7.根据权利要求2所述的卡拉胶基pickering乳液的制备方法，其特征在于，所述微凝胶分散液中氨基酸浓度为0-0.20wt.％，其中微凝胶分散液中氨基酸浓度不为0，卡拉胶的浓度为0.1-1.5wt.％；所述玉米油为所述卡拉胶基pickering乳液的50wt.％。8.根据权利要求7所述的卡拉胶基pickering乳液的制备方法，其特征在于，所述微凝胶分散液中氨基酸浓度为0.05-0.10wt.％，卡拉胶的浓度为0.5-1.5wt.％。9.根据权利要求2所述的卡拉胶基pickering乳液的制备方法，其特征在于，所述水浴加热的温度为75℃，时间为45min，转速为650rpm。10.根据权利要求2所述的卡拉胶基pickering乳液的制备方法，其特征在于，所述剪切乳化的转速为15000rpm，时间为3min。

技术总结
本发明公开了一种卡拉胶基Pickering乳液及其制备方法，属于Pickering乳液制备技术领域。所述卡拉胶基Pickering乳液由氨基酸协同钾离子制备得到。制备方法为：将氨基酸和卡拉胶加入至氯化钾溶液中混合溶解，经水浴加热后，转移至冰水浴中，搅拌形成粗凝胶碎片，再次加入氯化钾溶液，并将所述粗凝胶碎片破碎，得到微凝胶分散液；将所述微凝胶分散液与玉米油混合，经剪切乳化后，即得所述卡拉胶基Pickering乳液。本发明引入氨基酸和氯化钾溶液为反应提供碱性环境和离子环境，使氨基酸和氯化钾溶液能够通过与卡拉胶发生相互作用形成稳定的颗粒，进而使制备的卡拉胶基Pickering乳液具有较高的稳定性。Pickering乳液具有较高的稳定性。Pickering乳液具有较高的稳定性。


技术研发人员：汪雪娇 王雪敏 曹建新 郭超凡 殷小钰 张基亮 罗娜 陈鑫 罗俊华
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2023.08.31
技术公布日：2023/10/19