[论文解读] 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 8

一句话总结

本研究通过测量单个气泡的寿命，在受控实验中调查了甜菊糖苷对碳酸饮料中表面气泡稳定性的影响。研究发现，与蔗糖溶液相比，甜菊糖苷在远低浓度下可显著提高气泡稳定性；同时识别出0.1 ppm（10⁻⁴ wt%）食品级消泡剂可有效恢复气泡稳定性，使其达到与蔗糖基饮料相当的水平。

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.

研究动机与目标

• 量化甜菊糖苷对碳酸饮料中表面气泡稳定性的影响。
• 在受控条件下，比较蔗糖基与代糖基溶液中气泡寿命分布的差异。
• 评估消泡剂在抵消代糖引发的泡沫稳定性增强方面的有效性。
• 确定一种最优的消泡剂浓度，使其在甜菊糖苷甜味饮料中实现与蔗糖基饮料相当的气泡稳定性。
• 建立一个可重复的实验平台，用于研究饮料配方中的气泡动力学。

提出的方法

• 开发了一套定制实验装置，用于测量静止在液面的数百个单个气泡的寿命。
• 通过高速成像和图像分析技术自动记录气泡寿命，并提取其统计分布。
• 实验在受控温度和50%相对湿度条件下进行，以最小化环境变量的影响。
• 配制了工业相关浓度的溶液：10 wt%蔗糖和0.03 wt%甜菊糖苷（Rebaudioside A、Stevioside及其混合物）。
• 通过表面张力测量确认了溶液的纯度和稳定性；所有溶液均经0.22 µm过滤以去除杂质。
• 在0.01至100 ppm的范围内改变消泡剂浓度，以评估其对气泡寿命分布的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 与蔗糖相比，甜菊糖苷的存在如何影响表面气泡的寿命？
• RQ2 不同甜菊糖苷（如Rebaudioside A、Stevioside）在气泡稳定性方面的影响是否存在差异？
• RQ3 消泡剂是否能将甜菊糖苷甜味饮料中的气泡稳定性恢复至与蔗糖基饮料相当的水平？
• RQ4 在何种消泡剂浓度下，甜菊糖苷甜味饮料中的气泡寿命分布最接近于蔗糖基饮料？
• RQ5 湿度和温度等环境因素在多大程度上影响该体系中的气泡稳定性？

主要发现

• 在0.03 wt%浓度下，甜菊糖苷产生的气泡寿命显著长于10 wt%蔗糖溶液中的气泡，尽管其浓度远低于蔗糖。
• 在所测试的甜菊糖苷中（Rebaudioside A、Stevioside及其混合物），气泡稳定性无显著差异。
• 在0.1 ppm（10⁻⁴ wt%）浓度下，消泡剂产生的气泡寿命分布最接近于蔗糖基饮料。
• 在较高浓度（1 ppm及以上）时，消泡剂完全抑制了气泡稳定性，使其降低至与超纯水相当的水平。
• 气泡寿命分布最符合极值分布，而非威布尔函数，尤其是在存在消泡剂的情况下。
• 溶液过滤对实现稳定的表面张力和可重复结果至关重要，证实未过滤蔗糖溶液中存在杂质。