基于大豆纤维改性的Pickering乳液构建及构效关系研究

The structure, size, and interfacial characteristics of solid particles are critical for the structure and stability of Pickering emulsion . On the basis of the our previous research, soybean fiber, which was edible and environment-friendly renewable, will be chosen as the raw material. Nanoscale/sub-nanoscale soybean fiber will be prepared through physical pretreatment. The influences of size, structural integrity, and grafting conditions of ethyl cellulose or peptide on the structure and interfacial characteristics of amphiphilic soybean fiber solid particles will be investigated. The correlations between the structural and interfacial characteristics of soybean fiber solid particles, and stability of Pickering emulsion will be studied to eludicate the structure-function. The results of this study can guide the green modification of cellulose and its usage in preparation of new food grade materials. Meanwhile, the results can bring new knowledge for basic theory of Pickering emulsion.

研究发现，固体粒子的结构、粒径大小和界面特性是影响皮克林(pickering)乳液结构和稳定性的关键因素。本项目在前期的研究基础上，选取食品级且环境友好的可再生材料——大豆纤维为原料，研究采用物理预处理技术制备纳米级/亚纳米级大豆纤维，探讨其粒径、结构完整性及与乙基纤维素或多肽接枝条件对构建具有双亲活性的大豆纤维固体粒子的结构及界面特性的影响；在此基础上研究大豆纤维粒子的结构特征、界面特性与Pickering乳液的结构、稳定性之间的相关性，明确大豆纤维粒子结构与Pickering乳液稳定性之间的构效关系。本项目研究结果将为纤维素绿色化改性制备新型食品级原料提供理论和方法指导，同时对于Pickering乳液化学基础理论具有重要意义。

本项目采用预处理技术（均质、干热处理等）结合酸解及疏水改性等技术制备具有双亲活性的大豆纤维（Insoluble soybean fiber，ISF），同时构建O/W型ISF-Pickering乳液，通过全面评测和分析ISF的结构功能性质、界面特性、乳液性能及稳定性及三者之间的构效关系，以明晰大豆纤维的乳化机制。（1）首先采用不同物理-化学方法处理豆渣制备ISF，定向调控ISF结构并改善其理化特性。处理后的ISF由紧密排列的棒状结构转变为疏松多孔的簇状结构，β-糖苷键断裂，ISF分子长链遭到破坏，释放大量游离羟基；ISF孔隙率上升，表面积增大，ISF吸附水/油能力提高；（2）通过均质处理、干热处理、硫酸水解和乙基纤维素疏水等技术定向调控大豆纤维性能，提升ISF乳液稳定性。其中，均质及干热处理更易形成具有更强空间网络结构能力的ISF，此类ISF主要通过乳液体系中类凝胶结构来显著提高乳液稳定性；酸解及疏水改性主要以静电相互作用、氢键键合作用、共价键和疏水相互作用等调节ISF结构及界面活性，改善乳液稳定性；并全面分析了ISF乳液的环境适应性；（3）基于项目开展期间的研究成果，初步探索了ISF凝胶（乳液）、ISF在蛋白质乳浊体系中的应用，拓展了ISF乳浊体系的应用范畴和开发前景，为后续深入开发ISF绿色化改性制备新型食品级原料提供了更详实的理论基础和科学研究经验。