[論文レビュー] How does the presence of stevia glycosides impact surface bubbles stability?

Jonas Miguet, Fang Yuan+2 more|arXiv (Cornell University)|May 27, 2020

Fluid Dynamics and Thin Films参考文献 26被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、炭酸飲料における表面泡の安定性にさつまいとグリコシドが与える影響を、個々の泡の寿命を測定する制御された実験によって調査した。その結果、さつまいとグリコシドを含む溶液は、非常に低い濃度でシュガー溶液よりもはるかに安定した泡を生成することが判明した。また、食品グレードの泡抑止剤を0.1 ppm（10⁻⁴ wt%）添加することで、シュガー由来の飲料と同等の泡の安定性が回復することを同定した。

ABSTRACT

The addition of sweeteners in fizzy beverages not only affects the sugar content but also the bubbles stability. In this article, we propose a model experiment, in which the lifetime of hundreds of single bubbles is measured, to assess the stability of bubbles in solutions containing either sucrose or sweeteners. We show that the bubbles are indeed more stable in presence of sweeteners, which are surface active molecules and adsorb at the interface. Additionally, we test an antifoam at different concentrations and show that our experiment allows to identify the best concentration to reproduce the stability obtained in sucrose when we replace this latter by a sweetener.

研究の動機と目的

• 炭酸飲料における表面泡の安定性にさつまいとグリコシドが与える影響を定量すること。
• 制御された条件下でシュガー由来と甘味料由来の溶液における泡の寿命分布を比較すること。
• 泡抑止剤が甘味料によって引き起こされる泡の安定性の向上を是正する効果を評価すること。
• シュガー由来の飲料と同等の泡の安定性を再現できる最適な泡抑止剤濃度を特定すること。
• 飲料配合の泡のダイナミクスを研究するための再現性のある実験プラットフォームを確立すること。

提案手法

• 液体表面に静止した数百個の個々の泡の寿命を測定するためのカスタム実験装置を開発した。
• 高速撮影と画像解析を用いて自動的に泡の寿命を記録し、統計的分布を抽出した。
• 環境変動を最小限に抑えるために、温度と相対湿度50%を制御した条件下で実験を実施した。
• 工業的関連濃度として、10 wt%のシュガーと0.03 wt%のさつまいとグリコシド（レバウジオシドA、ステビオシドおよびそれらの混合物）を含む溶液を調製した。
• 溶液の純度と安定性を確認するための界面張力測定を実施。全溶液は0.22 µmのろ過を施して不純物を除去した。
• 泡抑止剤を0.01〜100 ppmの範囲で変動させ、泡の寿命分布に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 さつまいとグリコシドの存在は、シュガーと比較して表面泡の寿命にどのように影響するか？
• RQ2 レバウジオシドA、ステビオシドなどの異なるさつまいとグリコシドは、泡の安定性に差をもたらすか？
• RQ3 泡抑止剤は、さつまいとグリコシドを含む溶液における泡の安定性を、シュガー由来の溶液と同等のレベルまで回復させることができるか？
• RQ4 どの泡抑止剤濃度で、さつまいとグリコシドを含む溶液の泡寿命分布がシュガー由来の溶液に最も近づくか？
• RQ5 湿度や温度などの環境要因が、この系における泡の安定性にどの程度影響を及ぼすか？

主な発見

• 0.03 wt%のさつまいとグリコシドは、10 wt%のシュガーと比較してはるかに低い濃度であるにもかかわらず、泡の寿命を著しく延長することが判明した。
• テストされたさつまいとグリコシド（レバウジオシドA、ステビオシドおよびそれらの混合物）の間で、泡の安定性に顕著な差は観察されなかった。
• 0.1 ppm（10⁻⁴ wt%）の泡抑止剤濃度が、シュガー由来の溶液と最も類似した泡寿命分布を生じさせた。
• 1 ppm以上という高い濃度では、泡抑止剤が泡の安定性を完全に抑制し、超純水と同等のレベルまで低下させた。
• 泡抑止剤が存在する場合、特に極値分布が泡寿命分布を最もよく記述しており、ワイブル関数よりも優れた適合を示した。
• ろ過処理は、界面張力の安定と再現性のある結果を達成するために不可欠であり、ろ過されていないシュガー溶液に不純物が存在することを確認した。