基于原子力显微镜技术的天然油脂体微观力学性能研究

Natural oil body emulsions have great application potential in modern food industry due to their high nutritional value and perfect safety. However, their physical and chemical instabilities strongly slowed down their development. The micromechanical property of oil bodies is an important factor that affects their emulsion stability, with the detailed mechanism still unknown. In addition, methods for characterizing the micromechanical property of oil bodies are barely established due to their naturally emulsified structure. In this project, a new methodology based on atomic force microscopy (AFM) for measuring the micromechanical property of natural oil bodies is proposed. Colloidal tip is to be used to deform the soy bean oil bodies and the corresponding force curve will be measured. Calculation using Hertz model will be carried out to obtain the Yong's moduli. Using this method, the effects of intrinsic factors, including oil body size and endogenous protein content, and external factors including exogenous protein composition and content, small molecular surfactant and biopolymers, on the micromechanical properties of oil bodies and their relation with emulsion stability will be studied. The proposed study is very useful for understanding the natural oil body emulsion system and their application in food industry.

天然油脂体乳液因具有较高的营养价值并且安全健康，在现代食品工业中具有广泛的应用前景，但其物理化学不稳定性阻碍了其快速发展。油脂体的微观力学性质是影响油脂体乳液物理化学稳定性的重要因素。然而目前表征天然油脂体微观力学的方法尚不完善，油脂体微观力学性能影响乳液宏观稳定性的机理尚不明确。本项目拟以大豆天然油脂体为研究对象，利用原子力显微镜胶体探针技术测量油脂体的力谱曲线，利用Hertz模型计算杨氏模量，建立基于原子力显微镜技术的天然油脂体微观力学性能的表征方法。项目将考察油脂体粒径及内源性蛋白质含量等内部因素，外源性蛋白成分及含量、小分子乳化剂及生物大分子等外部因素对油脂体微观力学性能的影响，并揭示它们影响油脂体乳液宏观稳定性的机制。本项目将原子力显微镜技术应用于胶体科学研究中，其结果对深入了解天然油脂体微观力学性质、提高天然油脂体乳液体系稳定性并促进其在食品产品中的应用具有十分重要的意义。

天然油脂体因具有较高的营养价值和天然乳化特性，在现代食品设计和开发中引起广泛关注,但其物理化学不稳定性影响其应用。油脂体的微观力学性质是影响油脂体乳液物理化学稳定性的重要因素，然而目前表征天然油脂体微观力学性质的方法并不完善，油脂体微观力学性能影响乳液宏观稳定性的机理尚不明确。本项目以原子力显微镜技术为基础，建立了原子力显微镜原位测量天然油质体力学性质的方法和理论模型，首次提出了适合描述乳滴界面力学性质的包含界面张力贡献的弹性膜模型。项目通过不同种类、不同粒径油脂体力学性能的研究，发现油脂体的刚度和杨氏模量与油脂体界面蛋白含量正相关，揭示了蛋白含量是油脂体界面强度和稳定机制的主要因素。项目还研究了利用生物大分子海藻酸钠（ALG）通过静电相互作用提高油脂体稳定性的最优条件和模型，并利用原子力显微镜原位研究了ALG包裹油脂体的力学性质、有无ALG下油脂体之间相互作用的变化，揭示了ALG提高油脂体稳定性的机制。通过研究不同种类油脂体乳液以及ALG存在时对pH、盐离子、温度、冷热循环的宏观稳定性，揭示了油脂体微观结构、力学性质与宏观稳定性之间的关系。项目建立的原子力显微镜原位测量油脂体力学的理论和模型也适用于其它乳滴的力学测量，拓宽了原子力显微镜技术在食品科学研究中的应用。项目揭示的油质体微观力学性质与宏观稳定性的关系，增进了人们对油脂体结构和性能的认识，为油脂体的应用提供了新思路。