佛手瓜薯淀粉-茶多酚复合物稳定的Pickering乳液：增强稳定性与抗氧化活性研究

《Food Hydrocolloids》：Enhanced stability and antioxidant activity of pickering emulsions stabilized by chayote tuber starch-tea polyphenol composites

本研究发现，通过共糊化法制备的佛手瓜薯淀粉（CTS）-茶多酚（TP）复合物能显著提升Pickering乳液的物理稳定性与抗氧化性能。FT-IR和XRD分析表明，TP与CTS间的氢键作用破坏了淀粉分子有序结构，形成更疏松多孔的结构。CTS/TP10复合物表现出最优界面性质，界面张力降至33.53 mN/m，接触角增至93.55°。在加速氧化实验中，该复合物使过氧化值（POV）和硫代巴比妥酸反应物（TBARS）分别降低29.95%和84.94%，为开发兼具乳化与抗氧化功能的多功能食品配料提供了新策略。

　　

Highlight

FT-IR spectroscopy

通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）研究了CTS和TP之间的分子结构相互作用。在图1A中，所有样品在3100-3600 cm^-1范围内均显示出一个宽的吸收带，这对应于羟基（-OH）的伸缩振动。在2930 cm^-1处的一个中等强度峰归属于CH₂基团的不对称伸缩振动。大约1642 cm^-1处的吸收带与淀粉的无定形区相关，特别是由于水的吸收。此外，在1157、1081和1015 cm^-1处的峰代表了C-O键的伸缩振动。随着TP的加入，-OH伸缩振动带变宽并向低波数移动，表明TP和CTS的羟基之间形成了氢键。此外，随着TP浓度的增加，1047/1022 cm^-1的强度比逐渐降低，表明淀粉的有序结构被破坏。

XRD analysis

通过X射线衍射（XRD）分析了CTS/TP复合物的晶体结构。纯CTS显示出典型的B型结晶结构，在5.6°、15.1°、17.1°、19.8°、22.2°和24.1°处有特征衍射峰。所有CTS/TP复合物均保持B型结晶结构。然而，随着TP浓度的增加，衍射峰强度逐渐减弱，表明TP的加入破坏了淀粉的结晶区域。相对结晶度从纯CTS的35.6%显著降低至CTS/TP20的24.3%。这些结果表明，TP分子通过氢键渗透到淀粉链中，破坏了淀粉分子的长程和短程有序结构。

Microstructure

通过扫描电子显微镜（SEM）观察了CTS和CTS/TP复合物的形貌。纯CTS颗粒呈现光滑表面和典型的椭圆形、球形及不规则多边形。相比之下，CTS/TP复合物颗粒表面变得粗糙、不规则且多孔。这种结构变化归因于在共糊化过程中TP分子通过氢键与淀粉分子相互作用，导致淀粉颗粒部分溶解和结构破坏。随着TP浓度的增加，这种破坏效应更加明显，形成了更松散、更多孔的网络结构，这可能有利于其在油水界面的吸附。

Particle size and ζ-potential

TP的加入显著影响了CTS/TP复合物颗粒的粒径和ζ-电位。纯CTS颗粒的平均粒径为18.36 μm。随着TP浓度从5%增加到20%，复合物颗粒的粒径分别增大至25.71 μm、35.49 μm、45.82 μm和58.63 μm。粒径的增加可能是由于TP附着在淀粉颗粒表面以及氢键作用导致的颗粒聚集。同时，纯CTS颗粒的ζ-电位为-15.37 mV。随着TP的加入，ζ-电位绝对值先增大后减小，CTS/TP10的ζ-电位最低，为-21.45 mV，表明此时颗粒间的静电排斥力最强，有利于乳液的稳定性。

Thermal properties

通过差示扫描量热法（DSC）评估了CTS/TP复合物的热特性。纯CTS的起始糊化温度（T_o）、峰值糊化温度（T_p）、终结糊化温度（T_c）和糊化焓（ΔH）分别为60.84°C、65.12°C、72.01°C和12.85 J/g。加入TP后，T_o、T_p和T_c先略有升高后降低，而ΔH则持续显著下降。ΔH的降低表明TP与淀粉分子间的相互作用破坏了淀粉的双螺旋结构，降低了糊化所需能量。CTS/TP20的ΔH最低，为7.43 J/g。

Pasting properties

利用快速粘度分析仪（RVA）研究了CTS/TP复合物的糊化特性。与纯CTS相比，所有CTS/TP复合物的峰值粘度、谷值粘度、最终粘度和衰减值均显著降低，而回生值则增加。粘度的降低可归因于TP抑制了淀粉颗粒的膨胀和淀粉链的浸出，而回生值的增加则可能与TP和直链淀粉之间的相互作用有关，形成了更稳定的复合物。

Interfacial properties

界面张力和接触角测量用于评估CTS/TP复合物的界面活性。纯CTS颗粒的界面张力为64.48 mN/m。随着TP的加入，界面张力显著降低，CTS/TP10的界面张力最低，为33.53 mN/m。同时，CTS/TP复合物的三相接触角均大于90°，且CTS/TP10的接触角最大，为93.55°。界面张力的降低和接触角的增大表明CTS/TP10复合物具有最佳的界面活性，能够更有效地吸附在油水界面，形成更稳定的乳液。

Emulsion stability

通过视觉观察、离心稳定性指数（CI）和乳液指数（EI）评估了由CTS/TP复合物稳定的Pickering乳液的物理稳定性。所有乳液在储存7天后均未出现相分离。然而，与纯CTS稳定的乳液相比，CTS/TP复合物稳定的乳液，尤其是CTS/TP10稳定的乳液，具有更小的液滴尺寸、更低的CI值和更高的EI值，表明其物理稳定性显著增强。CTS/TP10稳定的乳液在加速储存（3000 rpm离心15分钟）后也表现出最高的稳定性。

Oxidative stability

评估了CTS/TP复合物在抑制乳液脂质氧化方面的潜力。在15天的加速氧化试验中，监测了过氧化值（POV）和硫代巴比妥酸反应物（TBARS）值。与纯CTS稳定的乳液相比，CTS/TP复合物稳定的乳液显著延缓了POV和TBARS值的增加。当CTS/TP复合物中TP浓度为10%时，效果最佳，POV和TBARS值分别降低了29.95%和84.94%。这表明TP作为有效的抗氧化剂，能够抑制自由基引起的损伤，从而抑制乳液体系内的脂质氧化。

Conclusion

在本研究中，成功制备了由CTS/TP复合物稳定的Pickering乳液，并系统评估了TP添加对其物理和氧化稳定性的影响。FT-IR和XRD分析证实了TP与CTS之间存在氢键相互作用，这破坏了分子有序性，产生了更松散、更多孔的结构。DSC和RVA分析表明，TP的加入显著降低了CTS的糊化焓和粘度参数。