摘要

為什么狂犬病如此不同？為了理解這一點(diǎn)，我們?cè)谶@里比較了疏水蛋白HFBII、奎拉葉皂苷、b-乳球蛋白或b-酪蛋白制成的泡沫的穩(wěn)定性。我們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)消除了聚結(jié)和奶油化的影響，使我們能夠主要研究奧斯特瓦爾德成熟。我們觀察到，在HFBII泡沫中，歧化被有效地阻止，并且氣泡大小在實(shí)驗(yàn)期間幾乎保持不變。我們用小變形和大變形表面膨脹和剪切流變實(shí)驗(yàn)研究的吸附層表面流變特性的巨大差異來(lái)解釋這一點(diǎn)。在低表面覆蓋率下，我們將系統(tǒng)行為映射到具有類似膨脹模量與表面壓力依賴性的等效2D聚合物網(wǎng)絡(luò)，從而允許我們引入等效分子“硬度”。這種比較表明，即使在低表面覆蓋率下，與其他系統(tǒng)相比，HFBII分子在界面上表現(xiàn)為更硬的實(shí)體。我們?cè)诟弑砻娓采w率下發(fā)現(xiàn)了類似的行為，HFBII層可以在界面處形成微觀褶皺。在較大的表面變形下，HFBII膨脹模量在更大的表面壓力范圍內(nèi)幾乎單調(diào)增加，并且與其他三種系統(tǒng)相比，達(dá)到了更高的模量。這些觀察結(jié)果與觀察到的泡沫行為差異密切相關(guān)。

介紹

對(duì)于許多工業(yè)應(yīng)用，充氣液體產(chǎn)品的長(zhǎng)期穩(wěn)定性仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。1影響泡沫穩(wěn)定性的主要因素是泡間聚結(jié)、液體排放和歧化或奧斯特瓦爾德成熟。前兩種可以使用常規(guī)乳化劑和增稠劑進(jìn)行控制，它們提供適當(dāng)?shù)谋砻娓采w率、薄膜穩(wěn)定性和足夠的整體流變性。然而，阻止Ostwald在液體泡沫中熟化更為困難，因?yàn)榇蠖鄶?shù)用于發(fā)泡的食品級(jí)氣體具有足夠的水溶性，并且會(huì)在數(shù)小時(shí)內(nèi)從小氣泡擴(kuò)散到大氣泡。這會(huì)導(dǎo)致泡沫粗化，從而進(jìn)一步增強(qiáng)乳脂化、聚結(jié)，最終導(dǎo)致氣體完全損失。減緩歧化有三種主要策略：（i）固化連續(xù)相，（ii）使用較少的可溶性氣體或（iii）使用能夠產(chǎn)生高彈性界面的乳化劑，其可以抵抗氣泡歧化應(yīng)力和/或降低界面氣體滲透率。膠凝或固化連續(xù)相是一種解決方案，用于克服許多食品（如面包、2,3冰淇淋、4摩絲等）中的泡沫粗化，但在許多其他情況下，這不是一種選擇，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致不必要的結(jié)構(gòu)變化。使用高不溶性氣體或可溶性和不溶性氣體的混合物是（部分）抑制歧化的另一種潛在策略。然而，可用于食品工業(yè)的氣體（二氧化碳、一氧化二氮、氮?dú)獾龋┚哂凶銐虻娜芙庑裕沟眠@種方法在考慮周和月的保質(zhì)期時(shí)不可行。最后一種選擇是設(shè)計(jì)氣泡表面，使其足夠堅(jiān)固以承受表面應(yīng)力，由小氣泡和大氣泡之間的氣體化學(xué)勢(shì)差異引起。1根據(jù)歧化與氣泡表面積A的變化內(nèi)在相關(guān)的事實(shí)，可以估算所需的界面強(qiáng)度，而氣泡表面積A的變化又與表面張力g或表面壓力Ⅱ相關(guān)（Ⅱ=γ0-γ，其中γ0是裸露界面的表面張力）。這些參數(shù)用于推導(dǎo)吉布斯準(zhǔn)則，5該準(zhǔn)則預(yù)測(cè)，如果膨脹模量定義為

大于表面張力的一半，即e>γ/2。 然而，有許多實(shí)驗(yàn)研究，系統(tǒng)遵循該標(biāo)準(zhǔn)，其中泡沫不穩(wěn)定，不利于歧化。 6–12主要原因是吉布斯標(biāo)準(zhǔn)對(duì)系統(tǒng)的有效性有限，其中：（i）界面對(duì)表面變形表現(xiàn)出純彈性響應(yīng)； 5–9許多這些限制在一系列新模型中得到了解決。 8–13然而，這些改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)是非分析性的，作為其他參數(shù)的輸入，它們需要各種表面參數(shù)， 它們的值通常取自小變形、準(zhǔn)平衡界面測(cè)量。 然而，測(cè)量表面張力和膨脹模量的條件可能與泡沫-氣泡-空氣/水界面處的條件顯著不同，因?yàn)槠缁鸬氖湛s/膨脹是一個(gè)相對(duì)緩慢、非平衡的大變形過(guò)程。 然而，有許多實(shí)驗(yàn)研究，系統(tǒng)遵循該標(biāo)準(zhǔn)，其中泡沫不穩(wěn)定，不利于歧化。6–12主要原因是吉布斯標(biāo)準(zhǔn)對(duì)系統(tǒng)的有效性有限，其中：（i）界面對(duì)表面變形表現(xiàn)出純彈性響應(yīng)；（ii）空氣/水（a/w）界面的壓差符合拉普拉斯定律；（iii）忽略了體積流變學(xué)貢獻(xiàn)；（iv）氣泡幾乎是單分散的，（v）可以認(rèn)為泡沫是無(wú)限的，因此可以忽略壁面效應(yīng)。5–9許多這些限制在一系列新模型中得到了解決。8–13然而，這些改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)是非分析性的，作為其他參數(shù)的輸入，它們需要各種表面參數(shù)，例如吉布斯彈性、表面張力等。它們的值通常取自小變形、準(zhǔn)平衡界面測(cè)量。然而，測(cè)量表面張力和膨脹模量的條件可能與泡沫-氣泡-空氣/水界面處的條件顯著不同，因?yàn)槠缁鸬氖湛s/膨脹是一個(gè)相對(duì)緩慢、非平衡的大變形過(guò)程。

在真正的泡沫中，歧化作用于其他泡沫失穩(wěn)過(guò)程，如排水和聚結(jié)，這些過(guò)程通常更快或最好是在相同的時(shí)間范圍內(nèi)。 避免此問(wèn)題的一種方法是測(cè)量表面以下單個(gè)氣泡的收縮率。13然而，缺點(diǎn)是排除了集體效應(yīng)和氣泡尺寸效應(yīng)。

為了消除上述一些因素并更好地了解主要影響因素，我們決定（1）研究實(shí)際泡沫中歧化的影響； （2） 排水和聚結(jié)的解耦效應(yīng)； （3） 研究具有更寬穩(wěn)定性范圍的泡沫和（4）測(cè)量空氣/水界面上單個(gè)（吸附或擴(kuò)散）單層的小變形和大變形膨脹表面流變性，并嘗試將其與實(shí)驗(yàn)泡沫歧化數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

表面活性材料的選擇

從實(shí)用的角度來(lái)看，尋找表面活性材料是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，這些材料（i）能夠快速吸附在界面上，提供良好的起泡性和穩(wěn)定性，防止早期氣泡聚結(jié)，以及（ii） 可被強(qiáng)烈壓縮，不會(huì)發(fā)生層坍塌或從界面解吸，以提供足夠的穩(wěn)定性，防止歧化。 因此，近年來(lái)，一系列新型且有前途的（天然）乳化劑引起了人們的關(guān)注。 這些包括frog14和疏水蛋白15、肺表面活性劑、16種天然乳化劑（如皂甙17）以及使用各種食品級(jí)18、19和非食品級(jí)材料制成的顆粒。20

在本文中，我們將重點(diǎn)研究?jī)煞N分子穩(wěn)定劑，即HFBII疏水蛋白和Quillaja皂甙的起泡行為，并將其與更為知名的乳蛋白（如b-乳球蛋白和b-酪蛋白）進(jìn)行比較。 我們研究了泡沫抗歧化的穩(wěn)定性，并將其與非平衡、大變形、表面膨脹流變學(xué)和表面剪切流變學(xué)聯(lián)系起來(lái)。 所選材料的范圍代表了各種各樣的粗化時(shí)間，因此適合與歧化穩(wěn)定性進(jìn)行比較。 因此，我們將不討論抗聚結(jié)的起泡性和穩(wěn)定性以及它們與吸附動(dòng)力學(xué)的關(guān)系。

狂犬病

疏水蛋白是絲狀真菌產(chǎn)生的一類具有高度表面活性的蛋白質(zhì)。 它們的生物學(xué)功能是介導(dǎo)（氣生）菌絲、孢子和子實(shí)體的形成，在此過(guò)程中，親水和疏水環(huán)境（即細(xì)胞材料和空氣）之間形成一個(gè)大界面。21

疏水蛋白由100±25個(gè)氨基酸組成，具有8個(gè)半胱氨酸殘基的特征模式，形成4個(gè)分子內(nèi)二硫鍵，15使蛋白質(zhì)分子非常緊密和剛性。 疏水蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)顯示出明顯的疏水區(qū)和親水區(qū)。22–24根據(jù)其水溶性和親水模式，疏水蛋白可分為兩類。23 I類疏水蛋白相對(duì)不溶于水，而II類疏水蛋白表現(xiàn)出良好的水溶性。

對(duì)于II類疏水蛋白，HFBII是小分子量（7.2 kDa）和4個(gè)二硫鍵的獨(dú)特組合，可防止疏水部分重排到蛋白質(zhì)核心，并使其暴露于周圍介質(zhì)中。 因此，在水環(huán)境中，HFBII表現(xiàn)為天然Janus粒子，23具有不同的親水性和疏水性表面補(bǔ)丁，從而導(dǎo)致不同的兩親性行為。 最近，Cox等人對(duì)HFBII的表面性質(zhì)進(jìn)行了研究，25并用于解釋簡(jiǎn)單氣泡團(tuán)中極低的空氣溶解速率。 在后續(xù)工作中，Cox等人26證明HFBII可用于生產(chǎn)液體泡沫，這些泡沫不會(huì)變粗，并且在幾個(gè)月內(nèi)保持穩(wěn)定。 這種泡沫的特殊穩(wěn)定性與其他蛋白質(zhì)穩(wěn)定的泡沫的低穩(wěn)定性形成鮮明對(duì)比。

皂甙

皂甙是一類天然表面活性化合物，大量存在于植物物種中，具有獨(dú)特的親水性糖苷（乙二醇）部分和疏水性（苷元）部分。27疏水性部分通常為甾體或萜類。 Quillaja皂甙是三萜苷，從磨碎的內(nèi)樹(shù)皮或修剪過(guò)的莖和樹(shù)枝的木材中提取得到。 除乳化性能外，它們還表現(xiàn)出優(yōu)異的發(fā)泡性能，但目前尚未對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的研究和探索。

探索泡沫粗化與表面流變學(xué)之間的關(guān)聯(lián)性疏水性蛋白——摘要、介紹

探索泡沫粗化與表面流變學(xué)之間的關(guān)聯(lián)性疏水性蛋白——材料和方法

探索泡沫粗化與表面流變學(xué)之間的關(guān)聯(lián)性疏水性蛋白——結(jié)果和討論

探索泡沫粗化與表面流變學(xué)之間的關(guān)聯(lián)性疏水性蛋白——結(jié)論、致謝！