文摘

羧甲基纤维素(CMC)是一种胶体与表面活性,可以作为水包油乳剂的乳化剂;然而它作为结构的主要作用是,水相增稠,或胶凝剂。本研究旨在评估CMC作为增稠剂的应用到这种基于橄榄油及其影响粒子特征,流动行为,和颜色。四这种不同石油w / w橄榄油(5%和15%)和CMC浓度(0.5%和0.75% w / w)和两个控制样本没有CMC添加使用渐变80为乳化剂。所有物理性质研究这种既取决于石油和CMC浓度。一般来说,z身高是粒径变化在107 - 121海里和那些样品5%石油和CMC是最多分散的。添加CMC阴离子电荷的增加这种获得电动电势值和−−41名55 mV。油浓度增加样品的一致性和假塑性,尽管样本更稳定的重力分离在CMC浓度最高。这种影响主要是由石油的颜色浓度。最后,结果表明,CMC可以应用在这种被增稠剂增加身体虽然修改他们的物理性质稳定。

1。介绍

已经被越来越多的兴趣lipid-based运载系统的使用,特别是用于封装和释放亲脂性的生物活性成分,包括脂质体、传统的乳剂,纳米乳,这种1- - - - - -4]。水包油(O / W)这种特定类型的胶态分散体描述的非常小的油滴尺寸分散在水相,与每个液滴被涂保护涂层的表面活性的分子和有一个半径< 100海里(5- - - - - -7]。减少O / W乳液的液滴大小可能是有益的其他类型的交付系统对某些食品应用程序,如液滴聚合和重力分离更稳定,体积粘性,光学清晰度高,它能够增加封装活性成分的生物利用度在消化过程中(8- - - - - -11]。

这种可以从食品级原料生产使用不同的处理操作,如混合、剪切、均化(7]。然而,油水界面的物理化学性质和均化机制有强烈影响乳剂的物理稳定性。大多数多糖乳液稳定剂的行为形成了一个扩展的网络在连续相,从而变得高度粘性(11,12]。因此,他们可以修改连续相的流变行为和对乳剂的物理稳定性有重要影响。这些凝胶应该选择根据他们的调整能力的理化和感官属性,如外观、质地、风味剖面(13]。在凝胶的食品中,纤维素衍生品获得接受医药、化妆品、食品、和包装用途。他们是通过取代羟基烷基或hydroxy-alkyl组在纤维素链。

羧甲基纤维素(CMC),也被称为纤维素胶,是一种阴离子型线性聚合物长链和水溶性,由化学附加生产羧甲基组骨干通过与钠反应碱纤维素monochloroacetate [14,15]。由于它的离子特性,粘度的CMC分散pH敏感和离子强度,以及其他类型的带电分子的存在(14,16]。在食品工业CMC可以作为增稠剂,乳化稳定剂、水分粘合剂,暂停和改善结构的各种各样的食品(17)的优点是生理惰性和noncaloric [18]。除了CMC是彻底的使用,因为它是无嗅无味的,形成清晰的解决方案没有朦胧或不透明度和常用的食品和饮料,防止重力分离悬浮粒子和创造理想的结构属性和口感14- - - - - -16]。

在过去的时间,CMC作为另一种增稠剂淀粉在半固体奶制品19- - - - - -22)由于其技术、感官和营养优势。然而,减少信息存在关于如何CMC作为增稠剂在食品乳剂。在最近的研究中,作者报道,CMC大分子展出主导影响乳状液流的行为,虽然脂肪滴的存在和浓度也发挥了重要作用21]。

另一方面,众所周知,油脂的摄入量与健康特性作为日常饮食的一部分,有助于预防心血管疾病,高血压,和某些癌症(23,24]。橄榄油是一种天然来源的几种生物活性化合物作为不皂化物和可溶性部分,其中包括酚类化合物(25),和有很好的感官属性,可用于制定食物与健康的特性。然而,油的类型不仅影响感官和营养特性,而且流变学和乳剂的稳定。每种类型的石油都有自己的特别的挑战,取决于它的物理化学性质如溶解性、脂肪酸的length-chain,和化学稳定性26,27]。因此,重要的是要理解影响食品乳剂的配方主要成分及其对物理性能的影响来获得基于这种交付系统长期稳定。在这种情况下,这项工作的主要目的是评估CMC浓度对物理性能的影响与稳定的这种不同的橄榄油内容以CMC作为增稠剂适用于这种。

2。材料和方法

2.1。油/水的成分和制备这种(O / W)

水包油(O / W)这种准备了特级初榨橄榄油(Terramater S.A. Casta de Peteroa)、智利)为分散相,羧甲基纤维素(CMC)(30000年CEKOL Quimatic S.A.80、智利)作为增稠剂、渐变(Sigma-Aldrich S.A.,France) as emulsifier/surfactant, and purified water from an inverse osmosis system (Vigaflow S.A., Chile). Different formulations were prepared at two oil concentrations (5 and 15% w/w oil) and two CMC concentrations (0.5 and 0.75% w/w CMC). For each oil concentration, a control sample without thickener was prepared. The surfactant-to-oil ratio used was 6 : 5, which was previously determined by the optimization of sonication-processing conditions (surfactant-to-oil ratio and sonication time) by Surface Response Methodology (data not shown).

80年的水相制备分散渐变纯净水使用电磁搅拌器(Arex, Velp Scientifica,意大利)在室温下30分钟的200 rpm。然后,油慢慢地添加到水相,混合搅拌使用旋转均质器系统(德国豪泽Wiggen D130) 21200或16800 rpm(样本有5%或15%的石油,resp)。10分钟在水浴 °C到避免样品的变暖。为了获得这种,粗乳剂然后使用超声波均质处理器(美国超音速&材料VCX500)和13毫米(直径)不锈钢超声波探头。声波降解法进行振幅80%,15秒的脉冲工作模式和5 s的休息,在20赫兹的频率,21和16分钟的样品5和15%的石油,分别。

之后,CMC添加到O / W这种和混合使用螺旋桨搅拌器在1500 rpm (b, Velp Scientifica,意大利)在室温下,直到他们完全色散(约40分钟)。最后,所有样本被转移到一个封闭的烧瓶和冷藏( 在测量之前°C 24 h)。至少两个批次的每个nanoemulsion准备。

2.2。粒子表征
2.2.1。颗粒大小

为每个nanoemulsion液滴尺寸及其分布测量的动态光散射(DLS)使用Zetasizer NanoS90(英国莫尔文仪器有限公司)。折射率值1.47是用于分散相(橄榄油)和1.33的连续相(水),这是由一个折射计(ra - 130、京都电子、日本)。样品的颗粒大小是所描述的zeta-average粒度(PS)和粒度分布是所描述的多分散性指数(PdI)和尺寸分布曲线。测量了每个样本一式三份。

2.2.2。粒子电荷

(Deyaguin-Landau-Verwey-Overbeek)基于DLVO理论,乳液稳定性受到排斥和乳液液滴之间的引力的大小(28]。评估,电动电势的乳液决心使用粒子电泳仪器(Zetasizer Nano-ZS系列,莫尔文仪器,英国)。数据收集粒子电荷30多个连续读数。所有测量都是在重复的新鲜样本和电动电势测量报告的意思是三个独立的测量。

2.3。流的行为

这种被测量在一个旋转流变仪(RheolabQC、安东洼地、奥地利)使用气缸传感器CC27样本与CMC和DG42控制样本。至少两个批次的成分在重复测量的温度控制 °C和加载样品后,它被允许站2分钟稳定并达到所需的温度。

流动曲线是通过记录剪切时剪切应力值的样本线性增加剪切率从1到200年代−1到120年代,在反向序列相同的时间21]。从提升流量曲线实验数据拟合的Ostwald-de Waele模型: 在哪里 是剪切应力(Pa), 是剪切速率(s−1), 是一致性指数(Pa ), 是流动行为指数。

2.4。稳定

为了确定贮存稳定性、样品分析使用一个垂直扫描分析仪(Formulaction Turbiscan马2000年,法国)。乳剂都倒在圆柱形玻璃管(总高度~ 60毫米)和存储21天5点20°C。所选温度与潜在的这些这种存储温度有关。不稳定的物理现象是评估通过反向散射(BS)资料作为样本高度的函数到圆柱形玻璃。

在存储期间,每个乳液显示霜层顶部和血清层气缸的底部。乳化的程度被乳化指数特征 ,自乳化指数越高代表乳液不稳定。通常情况下,乳化指数应该从0开始,增加存储到一个相当恒定值时,即达到当水滴都挤到奶油层(16]。这个参数是根据计算(2)被罗维奇et al。29日]: 在哪里 是乳液(毫米)和总高度 的高度是奶油层(mm)测量作为时间的函数。所有测量每个乳液进行了一式三份。

2.5。颜色

数字图像从每个nanoemulsion(15毫升样品的培养皿53毫米直径10毫米高度)捕获在一个白色背景通过计算机视觉系统设置,包括有四个自然日光的黑盒(D65)管18 W(飞利浦)和数码相机(佳能博秀G3 14议员,日本)的距离22.5厘米从样本。镜头的角度和光线在45°根据Pedreschi et al。30.]。相机与色度计校准使用30颜色图表(cr - 410、柯尼卡美能达、美国)。所有图片都是在同一条件和获得相机被EOS实用软件远程控制(佳能、美国)。图像分析提取颜色值在RGB(红、绿、蓝色)空间使用Adobe Photoshop v7.0程序(美国奥多比公司),然后转换为CIE 空间, 是黑白组件(轻), 红绿组件, 是瞳组件。第0天之间颜色的变化和不同的存储时间(天:7、14和21)在5°C使用CIE计算 方程(31日]。颜色差异( )值高于1.5表示主观评价的“明显的”感知颜色的差异32]。

2.6。统计分析

双向方差分析(石油浓度和CMC浓度)之间的交互因素应用到数据。图基的测试( )是用来计算最小显著性差异。所有与XLSTAT Pro软件计算进行了2015 (Addinsoft、巴黎、法国)。

3所示。结果

3.1。粒子表征

图1显示了大小分布的图表,标明液滴分布的不同与CMC这种基于液滴的体积百分比的函数zeta-average大小。所有样品展出monomodal粒子分布,但分布的宽度随石油浓度增加而降低。一般来说,zeta-average粒度(PS) 106.7和121.3 nm之间不同的样品稍微根据组成;然而,样品多分散性增加与CMC浓度在这种被5%的石油,而不是那些15%的石油。这种差异在理论上增加类似的CMC浓度的影响多分散性的这种不同石油浓度可以是由于更高的有效浓度的水相的CMC这种15%的石油。水相的粘度增加当CMC浓度增加可以减少液滴流动,延缓碰撞频率,减少液滴聚结(21]。在这种的情况下,5%的石油,这是观察到CMC添加增加了多分散性可能由于低浓度的CMC进入水相,它可以不足以减少液滴絮凝、聚结。这种测量24 h后的存储;因此样本的多分散性可以影响乳液不稳定的机制,聚结和絮凝。除此之外,在非常低的浓度,增加凝胶在乳剂产生不稳定的影响,由于损耗引起的絮凝nonadsorbing凝胶导致增强血清分离的乳剂11]。


图1
粒度分布的O / W这种不同石油(5%:空符号和15%:填充符号)和CMC浓度(0.5%:圆和0.75%:三角形)。

方差分析结果表明,CMC浓度影响显著( 这种粒度(PS)(表1),但只有显著差异( PS)被发现之间的样本有5%的石油和0.75% CMC和控制样本5%的石油(表2)。关于多分散性指数(PdI)、石油和CMC浓度以及他们的相互作用有显著影响( (表)PdI值1)。CMC的影响取决于不同石油浓度;样本中有5%的石油,添加CMC PdI值从0.28增加到0.41,但是在15% oil-nanoemulsions, PdI值几乎没有变化(表(从0.26到0.28)2)。可以,如前所说,的连续相粘度的增加降低了粒子运动延迟现象的聚结和絮凝。

表1
双向方差分析的粒度(PS),多分散性指数(PdI),电动电势(ZPot) O / W这种基于橄榄油CMC浓度不同。 和 值。
表2
粒子大小的平均值和显著差异(PS),多分散性指数(PdI),电动电势(ZPot) O / W这种基于橄榄油CMC浓度不同。

这种电荷,衡量电动电势(ZPot),是影响显著( )通过石油和CMC浓度和二进制两因素交互作用(表1);然而因素更影响ZPot CMC浓度( 值= 938.48)。控制样品(没有添加CMC)显示ZPot−−19.18和14.05 mV的值为样本5和15%的石油,分别。这些结果与其他研究协议,这种稳定的非离子表面活性剂(二层80)[33,34]。此外,据报道,非离子乳化剂/表面活性剂可以给油滴一个负电荷,由于羟基的选择性吸附离子从水相或由于阴离子杂质的存在如游离脂肪酸在表面活性剂和油阶段(16]。

CMC添加到这种时候,ZPot的大小值显著增加( 油浓度(表)2)。样本有0.5% CMC和不同石油浓度显示ZPot值明显不同( ),但是增加到0.75% CMC时没有发现电荷之间的这种差异与不同的含油量。然而,强烈的负面 这些这种可能性中观察到由于CMC的存在,这是一种阴离子水状胶质。阴离子组在CMC和其表面性质的聚合物链可以稳定这种,因为它们可以吸收界面层,但是他们的稳定行动取决于先前吸附物种之间可能的相互作用和竞争(11,35]。

最后,据报道,乳剂与电动电势更积极比−30 + 30 mV或更多的负面mV可以被认为是稳定的,因为液滴的电荷是强大到足以认为排斥力液滴之间主要的系统中(34,36]。因此,这种与CMC可以考虑稳定与不稳定的物理机制。

3.2。流的行为

图2显示流曲线CMC-based这种不同石油浓度。所有与CMC样品表现出非牛顿流和剪切稀化行为,其中有观察到明显的区别。这种最高的石油和CMC浓度呈现更高程度的剪切稀化行为主要是由于中断的油滴和CMC链的空间组织,在剪切力的方向一致(21,37]。这种行为是在协议与其他研究乳剂与CMC和其他聚合物(13,21,38]。这种没有CMC添加显示牛顿流动行为和流动行为指数的值( 1(表)3)。

表3
平均值和流动参数的显著差异( :一致性指数和 :流动行为指数)对O / W这种基于橄榄油CMC浓度不同。

图2
流动曲线的O / W这种不同石油(5%:空符号和15%:填充符号)和CMC浓度(0.5%:圆和0.75%:三角形)。

众所周知在文献中,CMC分散体系表现出剪切稀化行为及其流变特性充分描述了Ostwald-de Waele模型(21,39- - - - - -41]。在这项研究中,流动的曲线CMC-based这种也成功地安装在Ostwald-de Waele模型 在96.7 - -99.9%。流参数的方差分析结果显示显著的影响( )因素研究(CMC和石油浓度)和它们之间的二元交互一致性指数( )和流动行为指数( )的值。观察表3之间没有发现显著差异,控制这种不同石油浓度,但添加CMC时,样品的一致性和假塑性增加。一般来说, 值显著增加CMC和石油浓度增加,可能引起的流动阻力的增加由于polymer-solvent交互。增加的有效体积分数在这些这种分散相,增加石油浓度,结果在一个狭窄的粒子之间的距离,导致包装的油滴,这些粒子间的相互作用更强13,21]。此外,添加CMC以来连续相的粘度增加扩展CMC连锁店开始重叠和缠绕,导致瞬态网络结构增加了流动阻力(21,42]。关于流动行为指数,通过增加CMC和石油浓度 从0.65到0.49值显著降低,在假塑性行为(表3)。假塑性代表一个不可逆的结构故障可能发生的由于剪切下粒子的空间再分配领域的对齐nonspherical粒子(CMC)的流场、变形和破坏絮体(油滴)16]。

3.3。稳定

根据物理参数结果,这种以0.75% CMC在两次石油浓度应该更稳定的重力分离,因为重力分离的物理基础给斯托克斯定律的速度滴乳化应该减少液滴尺寸减少,阶段之间的密度差异减少,和水相粘度增加16]。在这种情况下,样本CMC浓度最高的提出更高的一致性指数( )值(表3比控制样品和这种0.5% CMC),他们在两个存储显示最高的稳定温度的研究,观察不稳定现象从15天。

图3显示反向散射配置文件(%)沿管长度对这种准备不同的CMC浓度和橄榄油在5°C。观察不同扰动过程取决于CMC-olive油比使用,所有样品稳定直到存储15天。乳剂含有0.5:5 (% w: w) CMC-olive石油显示高反向散射变异,使最不稳定的乳液(图3(一个))。这可以归因于这些样本的高多分散性指数水平(表2),发现一个小的人口大粒子可能会导致不稳定的乳化在长期存储(26]。同时,扰动的不稳定现象是由于物理机制为合并或絮凝,因为根据多个光散射的理论比例的反向散射的一种变体在管干涉与液滴尺寸的增加(43]。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图3
反向散射档案管长度的函数后21天在静止的条件下对这种被准备在5°C (a) CMC-olive石油(0.5:5%),(b) CMC-olive石油(0.5:15%),(C) CMC-olive石油(0.75:5%),和(d) CMC-olive石油(15%:0.75)。

0.5的样品准备:15 (% w: w) CMC-olive石油,减少底部的反向散射观察管(数字3(一个)和3 (b)观察),但一个峰值在管顶部的最后一次(21天),这表明引力相分离乳液的乳化。然而,这些结果是一致的乳化指数显示较低的值。观察可以解释为一致性引起乳液配方的高水平的橄榄油(一致性索引值,表3)。

CMC浓度高的样品准备显示相同的行为在橄榄油相比,0.5% CMC的函数,但总的来说取得了最高的稳定值使用浓度0.75% CMC(数据3 (c)和3 (d))。这个结果可能表明,CMC浓度较高时,乳化稳定性提高,这可能是表观粘度的增加由于连续水相的水状胶质的贡献。以前的研究人员(44)也报道,添加CMC乳清蛋白质乳剂物理稳定性改善。其他结果表明,替代0.3% (w / w)黄原胶和0.5% CMC (w / w)有显著提高储存稳定性与控制样本(17]。随着CMC浓度的增加,液滴变小,分子量分布窄,这样更稳定的乳剂可以预期29日]。

乳液乳化指数CMC-olive石油的依赖在不连续相浓度不同时间和温度提出了表4。几乎所有准备乳剂存储在5°C是更稳定的新鲜形式(储存时间= 0)相比,20°C。的差异在不同的O / W这种21天的存储之后变得更加明显。因此,储存温度的变化影响乳液的稳定性,因为它可以增加droplet-droplet碰撞频率,它可以促进聚合条件下,在没有一个强大的斥力之间的水滴(45]。此外,温度可以降低表观粘度的增加促进增加乳化现象(16]。

表4
乳化指数O / W这种稳定CMC浓度和不同橄榄油在21天的存储在5°C和20°C。

所有这种被存储在5°C显示低乳化索引值为15天,这是非常稳定的乳状液,因为没有管观察血清层分离;因此,乳化层造成轻微。相反,nanoemulsion包含0.5:15 (% w: w) CMC-olive油最低稳定在所有这些样本(表4)。另一方面,nanoemulsion 20°C的存储显示CMC-olive石油样品之间的显著差异( ),乳化指数最高的价值获得了0.5:15 (% w: w) CMC-olive石油。当血清层随时间(即出现。,the creaming index increased), it indicates a decrease in sedimentation stability or a clarification at the bottom of tube [29日]。这表明,使用低浓度橄榄油和高CMC浓度导致改进生产nanoemulsion的物理稳定性。这些样本显示,最高抗絮凝、聚结,和相位分离与其他样品相比,可由于表观粘度的增加0.75% CMC时补充道。这个结果是在协议与以前的工作46),观察到CMC添加乳化指数降低,增加了30%的石油。

3.4。颜色

双向方差分析显示,只有主要因素有显著影响( 在这种不同(表的颜色参数5)。 (轻), (瞳坐标)显著影响( 石油和CMC浓度), 值之间存在着显著的差异( )油浓度。添加CMC在这种被降低了 值,但是增加了CMC浓度对样品明度(表没有显示效果6)。这种效应可以归因于CMC的结构成这种形状。中央军委可以修改油滴的空间分布,形成液滴聚集影响散射效率,因为减少光散射效率减少轻盈的乳剂47]。凝胶对颜色的影响参数不清楚在文献中,虽然凝胶修改工具颜色没有观察到在某些产品。钟等。48)显示在基于乳剂混合胶体分散轻脂肪和表面活性剂含量的增加而增加,而淀粉含量影响不大。在另一项研究中,钟等。49刺槐豆胶的混合系统(LBG)和乳液,轻松获得随LBG浓度增加而降低。Arancibia et al。22]研究了增稠剂的作用类型与不同的脂肪含量和半固体的甜点的颜色,通过增加CMC水平脱脂牛奶样品中获得的 增加;然而,当淀粉含量增加这种类型的样本, 值降低。

表5
轻盈的双向方差分析( ),红绿组件( ),瞳组件( )O / W这种基于橄榄油CMC浓度不同。 和 值。
表6
平均值和明度显著差异( ),红绿组件( ),瞳组件( )O / W这种基于橄榄油CMC浓度不同。

红绿( )和瞳( 与石油浓度)组件不同,这些参数值显著增加的负面级石油浓度增加,在两个CMC浓度(表进行了研究6)。这种效果是由于色素的存在在橄榄油、叶绿素和类胡萝卜素(50]。叶绿素和类胡萝卜素的浓度之间的橄榄油不同分别4.9 - -24.4和4.5 - -13.29毫克/公斤,取决于橄榄品种(51]。叶绿素的绿色颜料占这种类型的油,而类胡萝卜素占他们的猜忌。在这种情况下,最高的这种油浓度表现出比样品更有效的绿色与5%的石油,同时减少猜忌与增加石油浓度观察,这表明,橄榄油中类胡萝卜素的存在并不影响这种的颜色。蓝色的增加是由于叶绿素a和脱植基叶绿素的存在“一个”,给一个颜色蓝绿色的橄榄油(50]。

评估存储的影响与CMC这种颜色,颜色第0天之间的差异和不同的存储时间(7、14、21天)计算 色差(图4)。在第七天,观察到样本有0.75% CMC显示更高的色差值高于2,这表明这些样本颜色差异明显的人类的眼睛(32]。在第14天,在所有这种区别的颜色略有不同,尽管这在最低的样品更明显增油的浓度。在最终的储存时间,颜色的变化主要取决于乳液稳定因为所有样本显示影响cy乳化和相分离 值。一般来说,几乎所有的样本显示颜色差异明显的人类的眼睛(值高于1.5)。


图4
不同的颜色( )对初始时间(0)存储在5°C的O / W这种(5%的石油:空符号,15%油:符号,0.5% CMC:圆,和0.75% CMC:三角形)。

4所示。结论

添加CMC在这种基于这种橄榄油稍微影响粒子的大小,因为它变化在107到121纳米之间。所有物理性质研究的这种既取决于石油和CMC浓度。油浓度的影响主要是样品的颜色和流动特性。然而,一致性通过添加CMC增加乳剂的稳定性。最后,结果表明,CMC可以应用增稠剂进入这种橄榄油的基础上,增加他们的物理稳定性,但修改他们的物理属性。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢财政支持项目FONDECYT CONICYT POSTDOCTORADO没有。3150537奖学金授予作者罗莎·纳瓦罗(项目贝科de Doctorado Nacional没有。21130758)和USACH (VRIDEI技术学院)基底MECESUP-USA1555LD项目。作者r·n·祖尼加启动研发项目从UTEM表示感谢。