典型食品乳液体系的微流变学性能研究

Foods are typical complex fluids with multiple phases and ingredients. Its properties including stability, texture and flavor, are closely related with their microscopic structure and mechanical property. However, traditional rheology only measures averaged bulk information and cannot provide microscopic information about a complex system. Therefore it is required to develop and use microrheological technique for research in this field. This project proposes to design a characteristic food emulsion system with MCT-water and study its microrheology using particle tracking technique. By adjusting the physical and chemical parameters such as emulsifier, thickener and emulsification condition, the microscopic structures of the emulsion are controlled. The effects of microstructure parameters (including dispersed phase viscosity and volume fraction, droplet size and distribution, continuous phase viscosity and interface elasticity) on the microrheology of the system are investigated. The particle tracking technique is optimized for the use in food emulsion system. By comparison with the bulk rheology, quantitative/semiquantitative relation between miscroreology and bulk rheology will be established. Our study will provide a theoretical foundation for deep understanding of the microscopic properties of food complex system which in turn might improve food quality design.

食品是典型的多相多组分复杂体系，其宏观性能（如稳定性、质构、风味等）与体系的微观结构和微观力学性能密不可分。传统流变学只能提供食品复杂体系的宏观平均信息，无法探测微观局部信息，这迫切需要借助微观流变学开展深入系统的研究。本项目以中链甘油三酯-水乳液为基础建立食品复杂体系模型，通过改变乳化剂、增稠剂、乳化条件等物理化学参数，设计和调控乳液的微观结构（如分散相体积分数、分散相大小及分布、分散相粘度、连续相粘度、界面粘弹性）。优化基于粒子示踪技术的食品微流变学研究方法，通过与宏观流变性能的比较性研究，系统建立典型食品乳液体系微观结构参数-微观流变-宏观流变之间的定量/半定量关系，为深入理解食品复杂体系的微观性能进而更好地设计食品品质提供理论基础。

食品乳液是典型多相多组分复杂流体体系，内部结构及流变学特性对应着不同的特征长度和时间尺度。微流变学是通过观察样品中示踪粒子的运动来研究体系微观尺度流变学性能的新兴技术。微流变学具有样品量少、测试频率范围大、可观测不均匀样品微观局部信息等优点。项目以Tween80稳定的O/W型食品乳液体系作为研究对象，系统研究了分散相浓度、乳液粒度及示踪粒子大小对典型食品乳液的微观和宏观流变学性能的影响，以及大豆分离蛋白SPI溶液及其稳定的乳液酸化凝胶过程中微观和宏流变学性质的变化。主要发现：分散相浓度、乳滴粒度及示踪粒子大小对典型食品乳液的流变学结果有显著影响。随含油量增加，乳液表现出粘弹性行为，且示踪粒子被束缚在乳滴形成的不稳定结构中，Krieger-Dougherty模型拟合表明微观流变学观察到的乳液流变学行为更趋近于“硬球”体系行为，而宏观流变学观察到的结果则更趋近于“软球”体系行为；酸化过程中，宏观流变学测得SPI溶液和乳液体系粘弹模量均先增大后减小，均经历了溶液—凝胶—解凝的过程，但微观流变学结果证实SPI溶液蛋白质先聚集后又解聚，酸化过程后期仍存在一定的蛋白质聚集体，而SPI乳液酸化过程中，体系最初就存在一定的乳滴聚集体，之后形成蛋白质和乳滴双重聚集体，而酸化后期仍存较强的未完全解聚的乳滴和蛋白质的聚集体，微观流变学结果与宏观流变学结果互相补充。.研究优化了基于粒子示踪技术的食品微流变学研究方法，揭示典型食品乳液体系微观结构参数-微观流变-宏观流变之间的关系，为深入理解食品复杂体系的微观性能进而更好地设计食品品质提供理论基础。