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植物蛋白与天然双亲皂苷相互作用及对食品乳液和泡沫的稳态化研究进展

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食品科学 2022年第19期43卷 270-276页

作者：陈小威尹文俊马传国河南工业大学粮油食品学院河南郑州450001

植物蛋白基乳液和泡沫等界面主导食品存在制备困难、环境敏感、易失稳等问题,利用天然双亲皂苷与蛋白质相互作用基于“分子-界面-油滴/气泡”多维尺度的策略可解决这一系列难题。本综述总结植物蛋白与天然双亲皂苷分子在水相与界面中的... 详细信息

植物蛋白基乳液和泡沫等界面主导食品存在制备困难、环境敏感、易失稳等问题,利用天然双亲皂苷与蛋白质相互作用基于“分子-界面-油滴/气泡”多维尺度的策略可解决这一系列难题。本综述总结植物蛋白与天然双亲皂苷分子在水相与界面中的相互作用、吸附和稳定行为,从分子层面到宏观层面揭示乳液和泡沫食品的构建和稳定关系,以期为植物基界面主导食品的开发制备、稳态化和功能特性等提供理论支撑。

关键词：植物蛋白天然皂苷相互作用界面稳定乳液泡沫

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定向凝固技术的研究现状及发展趋势

材料导报 2014年第23期28卷 108-112页

作者：李勇郑碰菊张建波刘耀杨新涛江西理工大学工程研究院赣州341000 国家铜冶炼及加工工程技术研究中心赣州341000

定向凝固技术可获得定向及单晶组织结构,大大改善材料的力学和物理性能。阐述了定向凝固理论及定向凝固技术的研究现状,定向凝固技术的发展过程就是温度梯度不断提高、冷却速率不断加快的过程。简述了几种新型定向凝固技术,并展望了定... 详细信息

定向凝固技术可获得定向及单晶组织结构,大大改善材料的力学和物理性能。阐述了定向凝固理论及定向凝固技术的研究现状,定向凝固技术的发展过程就是温度梯度不断提高、冷却速率不断加快的过程。简述了几种新型定向凝固技术,并展望了定向凝固技术的未来发展趋势。

关键词：定向凝固成分过冷界面稳定温度梯度

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变顶高尾水洞明满混合流流态分析

水电能源科学 2010年第8期28卷 86-87,79页

作者：李进平杨建东武汉大学水利水电学院湖北武汉430072

针对水电站变顶高尾水洞中恒定流条件下明满混合流的界面呈小范围的来回波动现象,采用无压隧洞充蓄度和气液两相流界面稳定理论分析该流态。结果表明,明满混合流界面处局部的水流不稳定段客观存在,但不可能形成全洞长明满流交替和滞气现... 详细信息

针对水电站变顶高尾水洞中恒定流条件下明满混合流的界面呈小范围的来回波动现象,采用无压隧洞充蓄度和气液两相流界面稳定理论分析该流态。结果表明,明满混合流界面处局部的水流不稳定段客观存在,但不可能形成全洞长明满流交替和滞气现象,且基于气液两相流界面稳定理论获得的计算值与试验值吻合,为变顶高尾水洞优化设计提供了理论和计算方法支撑。

关键词：变顶高尾水洞混合流流态分析 Flow 气液两相流流界面稳定理论界面稳定优化设计波动现象无压隧洞理论分析计算方法水电站试验值明满流计算值恒定流不稳定支撑

VEC基凝胶聚合物电解质制备及电化学性能研究

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VEC基凝胶聚合物电解质制备及电化学性能研究

作者：李德照郑州大学

学位级别：硕士

商用锂离子电池多采用碳酸酯类易挥发、易燃烧的溶剂作为电解液,存在较大的安全隐患,并且电池能量密度较低。电解质固态化是公认的提高锂电池安全性和能量密度的解决方案。凝胶聚合物电解质(GPEs)在安全性方面要优于有机液态电解质,并... 详细信息

商用锂离子电池多采用碳酸酯类易挥发、易燃烧的溶剂作为电解液,存在较大的安全隐患,并且电池能量密度较低。电解质固态化是公认的提高锂电池安全性和能量密度的解决方案。凝胶聚合物电解质(GPEs)在安全性方面要优于有机液态电解质,并且在界面兼容性、电化学性能等方面要优于全固态电解质,是迈向全固态电解质不可或缺的过渡阶段。然而,凝胶聚合物电解质存在与活性强的锂金属负极发生反应、机械性能差和室温离子电导率低等问题。根据上述现状和问题,本文采用酯类前驱体在锂金属负极侧构筑了活化Ui O-66纳米颗粒层,改善电解质与电极界面之间的兼容性,减少前驱体在聚合过程中与锂金属负极的副反应;通过热聚合方法,将酯类前驱体在PVDF-HFP链间进行修饰,为锂离子的传输构筑了快速通道,从而实现了凝胶态电池在室温下稳定循环。具体工作如下:(1)采用乙烯基碳酸乙烯酯(VEC)作为前驱体,以活化Ui O-66纳米颗粒为填料,为锂金属负极侧构筑了活化Ui O-66纳米颗粒层,正极侧仅为VEC前驱体,通过原位共聚方法制备出非对称凝胶聚合物电解质。该非对称凝胶聚合物电解质室温离子电导率达2.75×10 S·cm、电化学窗口为4.9 V、锂离子迁移数为0.48。同时活化Ui O-66纳米颗粒层在锂负极表面在1 C的条件下,LFP|UPVEC-2|Li电池首次放电比容量为153.2 m Ah·g,库伦效率为98.9%,经过460圈的循环充放电后比容量保持率为97.8%,证明此非对称凝胶聚合物电解质具有实用性。(2)在工作(1)的基础上,设计了由VEC单体在AIBN引发剂的作用下,利用热聚合的方法制备出具有离子传导相的凝胶聚合物电解质膜,并通过控制VEC单体与PVDF-HFP聚合物的比例,优选并制备出具有良好性能的凝胶聚合物电解质膜PPEV213。所制备的凝胶聚合物电解质电化学稳定窗口为4.8 V、室温离子电导率达到1.414×10 S·cm、拉伸率为88%,可以任意卷曲和弯折。组装的Li|PPEV213|Li对锂电池能够稳定循环700 h。在室温、倍率为0.2 C下,组装的LFP|PPEV213|Li电池能够稳定循环240圈,容量保持率仍能保持在96.45%。因此,本文所制备的凝胶聚合物电解质在柔性电池领域具有应用前景。

关键词：凝胶聚合物电解质原位聚合离子电导率 UiO-66纳米颗粒界面稳定

锂离子电池富镍三元正极材料的制备优化及改性研究

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锂离子电池富镍三元正极材料的制备优化及改性研究

作者：罗诗健贵州大学

学位级别：硕士

为了尽快实现交通和电网设施的能源转型,开发富镍低钴的正极材料是目前进一步提高能量密度和降低成本以提高下一代锂离子动力电池竞争力的最有效方法。本文是以富镍811体系三元正极材料Li NiCoMnO（NCM811）作为研究主体,针对其制备过... 详细信息

为了尽快实现交通和电网设施的能源转型,开发富镍低钴的正极材料是目前进一步提高能量密度和降低成本以提高下一代锂离子动力电池竞争力的最有效方法。本文是以富镍811体系三元正极材料Li NiCoMnO（NCM811）作为研究主体,针对其制备过程存在的问题进行参数优和对其高活性表面进行包覆改性研究。探讨了不同制备条件与NCM811材料的物相结构以及电化学性能的内在关联。与此同时,创新性的研究了多功能导电缓冲层磷酸锆钛锂快离子导体Li TiZr（PO）（LTZP）与富镍NCM811正极材料界面的兼容性。主要的研究内容和结果如下:（1）首先,系统性地研究了改变配位剂用量、搅拌速度以及反应温度对前驱体的物相结构的影响。通过控制单一变量的对比实验确定了合成前驱体的最佳工艺参数,解决了前驱粉体合成难以精确控制、产品一致性差、球形度及结晶度低的问题。合成出形貌均一且结构致密（由纳米级厚度的片层状一次晶粒团聚而成）的类球形前驱粉体颗粒。（2）然后,系统性地研究了混锂配比和不同烧结制度对NCM811正极材料的物相结构、表面形貌以及电化学性能的影响。锂盐添加量过低会导致NCM811材料结晶度差、出现无序岩盐相,过高则会导致阳离子混合严重、影响充放电性能。高温处理是为了使各原子排列进一步优化以及保证晶粒充分长大,从而使NCM811正极材料的结晶度提高,层状结构逐渐完善。通过研究不同的烧结工艺指标与富镍材料层状结构的内在规律,确定了最佳的烧结制度。（3）最后,针对富镍NCM811材料高活性表面所带来的一系列问题,本文采用简单且可扩展的湿法包覆技术,在结构优化的NCM811材料表面原位构建多功能LTZP导电缓冲层,从而稳定界面结构。通过比较不同添加量的样品测试结果,发现以1.0wt%LTZP修饰的NCM811材料具有最低的阳离子混合度,晶胞参数c/a比值最大,界面结构最稳定,电化学性能最优异。

关键词：富镍正极结构调控表面改性理论计算界面稳定

多功能性大豆蛋白纳米颗粒的制备及其应用研究

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多功能性大豆蛋白纳米颗粒的制备及其应用研究

作者：刘永创华南理工大学

学位级别：硕士

由于纳米颗粒可用于荷载活性物质和稳定界面,以天然大分子材料制备纳米颗粒逐渐成为食品领域的研究热点。本研究以大豆蛋白(Soy protein isolate,SPI)为原材料通过凝胶破碎法制备了一种具有多功能性质的纳米颗粒,研究了该纳米颗粒在不... 详细信息

由于纳米颗粒可用于荷载活性物质和稳定界面,以天然大分子材料制备纳米颗粒逐渐成为食品领域的研究热点。本研究以大豆蛋白(Soy protein isolate,SPI)为原材料通过凝胶破碎法制备了一种具有多功能性质的纳米颗粒,研究了该纳米颗粒在不同环境下的稳定性及界面性质;考察了用该颗粒来荷载具有抗氧化活性的表没食子儿茶素没食子酸酯((-)-Epigallocatechin-3-gallate,EGCG)的可行性;分析了以该纳米颗粒制备的乳液的稳定性;颗粒稳定的乳液经冷冻干燥制得油胶,比较了分别以油胶和黄油制作的面包质构(Texture profile analysis,TPA)测试结果的差异。主要研究结果如下:(1)通过高压均质技术制备了大豆蛋白纳米颗粒,在远离大豆蛋白等电点的p H条件下颗粒具有良好的耐热、耐盐稳定性,颗粒的粒径为14158 nm。由于转谷氨酰胺酶(MTGase)的共价交联作用,该纳米颗粒具有刚性结构。与SPI相比,其降低油水界面张力的能力、表面疏水性指数、界面膨胀模量均较低,其三相接触角接近于90°。(2)在接近SPI等电点条件下,以大豆蛋白纳米颗粒制备了O/W型Pickering乳液,该乳液在室温条件下放置表现出了良好的储藏稳定性。与SPI稳定的乳液相比,纳米颗粒稳定的乳液具有更高的界面蛋白吸附量和较厚的界面膜。对乳液进行离心处理,析出相同质量的油相,纳米颗粒稳定的乳液需要较高的离心速度。冻融处理结果也显示了纳米颗粒稳定的乳液具有较好的稳定油水界面的能力。经GDL诱导处理,颗粒稳定的乳液沿油滴的边缘形成了网络结构,成为了自支持凝胶。(3)EGCG在中性和碱性条件下是极不稳定的,易被氧化而变色;在SPI经MTGase交联成胶过程中,EGCG被包埋在凝胶内部网络结构中。结果表明,大豆蛋白纳米颗粒对EGCG的荷载率高达85%;当EGCG的添加浓度为1.5wt%时,荷载EGCG的纳米颗粒能够清除70%的DPPH自由基;且以荷载EGCG的颗粒稳定的乳液对油脂的氧化具有良好的抑制作用。(4)SPI和纳米颗粒稳定的乳液经过冷冻干燥得到了两种油胶样品,且颗粒油胶显示了较好的储藏稳定性,放置10个月后三个p H条件下的样品都无油相明显析出;以人造黄油、SPI油胶和颗粒油胶制作面包,发现前二种油胶制备的面包气孔均一,而颗粒影响了面包面筋网络的形成,使气体逸出,面包孔隙较大;TPA测试结果表明,放置三天后,面包的弹性、内聚性和回复性都有所下降,硬度增加,但颗粒油胶制备的面包硬度增加幅度较低。

关键词：大豆蛋白多功能纳米颗粒界面稳定输送载体微结构修饰油胶

LiCoO2表面包覆层调控与电化学性能研究

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LiCoO2表面包覆层调控与电化学性能研究

作者：李泽坤天津理工大学

学位级别：硕士

作为一种高效储能装置,锂离子电池已被广泛应用。在锂离子电池中,正极材料的性能对电池的能量密度、功率密度、循环寿命和安全性等起着重要影响。对正极材料进行表面包覆可有效减少电解质和正极材料的直接接触从而提高材料的电化学性能... 详细信息

作为一种高效储能装置,锂离子电池已被广泛应用。在锂离子电池中,正极材料的性能对电池的能量密度、功率密度、循环寿命和安全性等起着重要影响。对正极材料进行表面包覆可有效减少电解质和正极材料的直接接触从而提高材料的电化学性能,但包覆层的自身性质和厚度往往是制约材料性能的主要因素。此外,在高温煅烧包覆前驱体过程中包覆层会与基体材料发生反应转变为新的包覆材料。基于此,本文选择代表性的层状氧化物正极Li Co O(LCO),设计了锂离子导体、非锂离子导体材料包覆LCO,探究了不同包覆层和LCO的反应情况以及材料在液态电池、全固态电池体系中的电化学性能。首先,在LCO表面设计了TiO、AlO、CuO和Mg O等氧化物包覆层,结合XRD表征分析了不同煅烧温度下包覆层的结构组成,发现特定的包覆材料和LCO可在一定煅烧温度下反应形成新的多相包覆层。为进一步探究包覆层对LCO电化学性能的影响,组装了液态扣式半电池进行测试,结果表明多相包覆层对LCO的性能改善起到了积极作用。但是将不同包覆材料包覆的LCO匹配硫化物固态电解质并组装固态电池后,其性能却不如未改性的LCO,这可能是与包覆层的离子电导率低有关。基于上述结果,又设计了具备较高离子导电率的LiTiO和LiTiO包覆层,发现这两种包覆层和LCO是比较稳定的,不会因调控包覆烧结温度而生成多相包覆层。和金属氧化物这类电子导体相比,快离子导体包覆层能更好地匹配硫化物固态电解质。组装成Li Co O|Li Si PSCl|Li-In全固态电池以评估其电化学性能和不同包覆层对正极/硫化物界面的影响。结果表明表面LiTiO和LiTiO包覆均有效提升LCO在固态体系中的电化学性能,大幅度降低界面阻抗。拉曼光谱测试结果也证明循环后正极/硫化物电解质界面没有产生副反应产物。同时,发现TiO和AlO包覆层对LCO的电化学性能产生了负面的影响,说明Li的有效传输是影响固态电池性能的关键因素之一,包覆层的离子电导率是十分重要的。上述结果为设计适用于硫化物全固态电池的正极材料包覆层和提供了新的策略。

关键词：锂离子电池全固态电池表面包覆界面稳定

基于小烛树蜡和甘草酸的油脂结构化体系构建及性质研究

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基于小烛树蜡和甘草酸的油脂结构化体系构建及性质研究

作者：洪鑫江南大学

学位级别：硕士

传统塑性脂肪作为食品工业的重要原料赋予加工食品特殊的功能特性与感官享受。然而,无论是来源于动物或热带植物的天然塑性脂肪还是通过氢化、酯交换或分提制取的人造塑性脂肪,均含有大量饱和脂肪酸和部分反式脂肪酸,给人体健康带来潜... 详细信息

传统塑性脂肪作为食品工业的重要原料赋予加工食品特殊的功能特性与感官享受。然而,无论是来源于动物或热带植物的天然塑性脂肪还是通过氢化、酯交换或分提制取的人造塑性脂肪,均含有大量饱和脂肪酸和部分反式脂肪酸,给人体健康带来潜在危害。因此开发低饱和、零反式脂肪酸的新型塑性脂肪是当前食品工业的研究热点。将液态油结构化,在不改变其营养组成的基础上使液态油转变为一种固态或半固态的凝胶形式,赋予其可模拟传统塑型脂肪的加工属性,是近年来脂肪替代物开发的新兴方法。本课题基于小烛树蜡(Candelilla wax,CW)的油相结晶凝胶特性与甘草酸(Glycyrrhizic acid,GA)的水相自组装凝胶乳化特性,构建了油脂结构化体系(W/O乳液凝胶、W/O/W乳液凝胶、油泡沫和充气型乳液凝胶),评价了多相体系的物理稳定性与流变特性,研究了其构建过程中的微观结构与界面行为,综合探讨了两种结构单元对系统的影响规律与稳定机制,最后探索了油脂结构化体系在活性成分共包封与低脂代糖充气食品开发中的应用潜力,以期为新型塑性脂肪的开发提供基本参考,拓宽GA与CW在食品工业的应用场景。主要内容与结论如下:(1)以天然CW为凝胶剂制备油凝胶,再通过剪切均质构建无表面活性剂型W/O乳液凝胶体系。探索了凝胶剂的浓度和油水比对乳液凝胶性能的影响,对体系的微观结构和宏观特性展开研究,建立两者间的联系。随后深入探讨了W/O乳液的形成过程以及稳定机制。研究发现,CW在浓度低至3%时即可形成稳定的油凝胶,凝胶性能突出。CW油凝胶为屈服-假塑性流体,具有良好的触变性、温敏性,范德华作用力在CW油凝胶的形成和稳定中发挥重要作用。CW基W/O乳液具有良好的物理稳定性,在经历30天储存后未发生相分离。CW晶体颗粒“锚定”于油-水界面,充当空间屏障,连续相中的CW晶体形成网络结构固定液态油相,同时与界面晶体共同作用有效稳定W/O乳液体系。CW基W/O乳液具有良好的温度响应性,在高温下会发生凝胶-溶胶的相转变,有利于作为活性物质的递送载体,对特定温度环境做出特异性响应。(2)研究了GA的界面活性与自组装凝胶特性,并利用GA的凝胶与乳化协同作用制备W/O/W乳液,探究了GA浓度对乳液稳定性与凝胶性能的影响。随后于油相中加入CW作为凝胶剂,解析了CW的加入对于W/O/W乳液性质及包埋的活性成分稳定性的影响。结果显示GA具有良好的界面活性,有效降低油水界面张力。GA纤维可以吸附至界面形成具有粘弹性的界面膜。当GA浓度达到5%时,W/O/W乳液内水相包封率约100%,几乎没有发生水相迁移。油相中CW的加入有利于改善乳液的稳定性与凝胶强度。将W/O/W乳液用于原花青素与β-胡萝卜素的共包封,显著提高了活性物质的保留率,添加5%CW的W/O/W乳液具有最高水平的原花青素和β-胡萝卜素保留率,分别为89.2%与86.6%。(3)通过搅打CW油凝胶制备食品级油泡沫,并借助微观结构观察,流变学测试、粒径分布、热力学研究等测试手段重点考察了降温程序与凝胶剂浓度对于油泡沫凝胶性质与气泡特性的影响。研究发现以5℃/min将样品快速降温至5℃,再于25℃回温,通过熔融介导可形成小而均匀的粒状晶体。此降温程序下制备的油泡沫起泡性最佳。Pickering和网络稳定双重稳定模式保障了油泡沫对油相分离、气泡聚结和Ostwald熟化具有很高的稳定性。CW浓度显著影响油泡沫的搅打起泡性、微观结构、流变行为和稳定性,通过调整CW浓度即可得到适应不同应用场景的油泡沫。(4)基于天然GA的自组装性能与CW的结晶凝胶特性,经剪切乳化构建乳液/凝胶体系。结合纳微尺度表征与光谱学分析考察了油水比对体系性能的影响。经证实,随着油相含量从30%提高到70%,体系也由O/W乳液转变为双连续相凝胶体系。基于GA的界面乳化活性与体相凝胶性能,O/W乳液中的油滴作为活性填料与基质发生相互作用,提高乳液的凝胶强度。通过搅打O/W乳液形成充气型乳液凝胶体系,体系由液态转变为具有一定塑性的半固体状态,CW晶体球的部分聚结在系统的稳定中发挥重要作用。

关键词：小烛树蜡甘草酸油脂结构化体系凝胶性能界面稳定

固态锂电池用聚氨酯复合电解质的制备和性能研究

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固态锂电池用聚氨酯复合电解质的制备和性能研究

作者：李海娟哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

使用聚合物电解质的固态锂电池具有较高的安全性和能量密度,但其实际应用受制于聚合物电解质的室温离子电导率较低、力学性能差以及与电极接触不好。为了解决上述问题,本论文以聚氨酯-双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)电解质为研究对象,采... 详细信息

使用聚合物电解质的固态锂电池具有较高的安全性和能量密度,但其实际应用受制于聚合物电解质的室温离子电导率较低、力学性能差以及与电极接触不好。为了解决上述问题,本论文以聚氨酯-双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)电解质为研究对象,采用钛酸钠纳米棒(NTO)和微米级的玻璃纤维(GF)掺杂,并结合有机小分子丁二腈(SN)增塑,获得了具有高机械强度、高弹性、高室温离子电导率并且与电极接触紧密的聚合物复合电解质。具体工作如下:通过水热反应制备了形貌均一的钛酸钠纳米棒(NTO),并用硅烷偶联剂对其表面改性,提高NTO在聚氨酯(PU)基体中的分散性能,制备了PU-LiTFSI-NTO复合电解质。NTO掺杂促进了锂盐的解离,使复合电解质在35℃时离子电导率提高了3倍,达到4.6×10 S cm,同时保持了高弹性。为了进一步提高电解质的离子电导率,在PU-LiTFSI-NTO复合电解质中添加SN,使PU的结晶度明显降低,室温离子电导率提高到1.25×10 S cm。利用该复合电解质、磷酸铁锂(LFP)及锂片组装固态锂电池(Li|PU-LiTFSI-NTO/SN|LFP),在0.5 C的倍率下,稳定循环300次以后,放电比容量为136 m Ah g,容量保持率为92%。但是,添加了SN的复合电解质的拉伸强度由1.9 MPa下降了90%。为了提高PU-LiTFSI-NTO/SN复合电解质的力学性能,进一步采用微米级的玻璃纤维进行掺杂。由于GF具有较强的支撑作用,所制备的PU-LiTFSI-NTO/GF复合电解质的拉伸强度高达7.35 MPa,同时具有高弹性。由复合电解质组装的固态锂电池(Li|PU-LiTFSI-NTO/SN/GF|LFP)在室温0.5 C的倍率下,循环600次后放电比容量为133 m Ah g,容量保持率为95%。固态电池在折叠、剪切、点燃等滥用条件下,依旧可以工作,表现出良好的安全性。本论文的研究结果为提高聚合物固态电解质的室温离子电导率和力学性能提供了一种思路。

关键词：固态锂电池聚氨酯复合电解质钛酸钠纳米棒玻璃纤维界面稳定