食品和饮料

在过去的一个多世纪里，我们的食品供应链已经发展成为一个全球性的产业，通过技术来不断提高产量、食品性质和食品加工方法。

食品和饮料行业有许多方面需要了解表界面相互作用。在食品研发中，对基本生物分子相互作用的了解是必须的。界面流变学也对食品的稳定性起到巨大的作用。

除了食品本身之外，还必须考虑食品包装的外观，同时还必须考虑食品加工设施的严格清洁要求。

[表面清洁度-清洁度]

您需要表征或评价表面清洁度吗？

表面环绕着我们，无处不在。 我们在其上，活在其中并利用它们。在许多情况下，表面的清洁度是感兴趣的和重要的，在某些情况下甚至是关键的。 “清洁”的含义当然是一个定义问题，涵盖了从宏观一直到纳米尺度以及这区间的所有尺度的清洁。

当想到清洁时，我们脑海中的第一类表面就是我们日常生活中所用的房屋和物体的表面——厨房，浴室，衣服，也许还有我们的交通工具，比如我们的汽车。但我们也期望公共场所应该是卫生的 - 餐馆，公共交通和医院。后者是纳米级洁净度很关键的领域之一。例如，医院手术工具和其他表面的清洁是成功手术和防止疾病传播的关键。在离我们更远的地方，例如食品，药品或其他敏感物质的生产和加工行业，从一个零部件的制造转向另一个零部件可能需要在两者之间进行表面卫生处理。或者在电子和光学行业以及电路或涂层的制造中，最轻微的灰尘分子就可能是灾难性的。发电厂中的输油管道和热交换器等其他结构会随着时间的流逝而暴露于污染之中，伴随不需要的物质积聚，例如沉积物形成、结垢、生物膜形成和结垢等，均可能阻碍功能。

实时表征和评价表面清洁度

QSense QCM-D可以在纳米尺度上测量和量化沉淀物、水垢堆积和生物膜形成，以及实时和定量地去除相同的沉积物。优化条件以减少或防止不需要的物质聚集非常重要， 您可以在改变环境之前、之后和期间对清洁度进行表征。在清洁如评估厨房清洁度、描述生物膜形成和测量原油管道污垢中的沥青质吸附等方面，可以帮助开发消除它们的方法或添加剂。

通过接触角测量快速评价表面清洁度

清洁和洗涤剂配方的效率可以通过接触角测量来评估。

清洁和处理表面的表面自由能与清洁度和表面组成直接相关。接触角是所有表面分析技术中灵敏的一种，因为即使是表面的纳米尺寸也会影响润湿行为。 作为一种简单快速的测量技术，接触角通常用于跟踪清洁过程和清洁溶液的效率。 因此，在清洁度控制至关重要的领域，接触角测量是非常合适的质量控制方法。 通过自动化的Theta进行接触角测量，为清洁度评估提供了一种独立于用户且快速的方法。

硅片和电路板的清洁度是确保最终产品优化功能的重要因素。 玻璃表面的洁净度例如瓶子的喷墨印刷或使用粘合剂进行标签应用等直接影响后续加工步骤的质量。 测量玻璃污染有助于减少浪费并确保高效生产。

ASTM C813-90 – 采用接触角测量玻璃的疏水性污染

[表面处理和涂层-纸和包装]

在包装行业中，粘附性和润湿性在许多工艺中起着关键作用。 包装材料通常包括各种不同材料层以满足保护和改进包装内产品的所有要求。

优化涂料在纸张上的粘附性

由于相对较低的成本和可再生性，纸张经常被使用作为包装材料。纸张的阻隔性通常不足，因此不同的聚合物涂层被用于生产层压材料。为确保层压板具有良好的机械性能，必须对聚合物和纸张之间的粘附性进行优化。润湿性和表面粗糙度在粘附性中起关键作用，并且可以通过结合接触角和表面粗糙度测量来研究。

在最终使用纸制品之前，通常会对木纤维进行机械或化学改性。新型纤维的改进如利用纳米技术进行纤维功能化，也是研究的热点话题。可以采用张力仪或光学张力计与皮升分配器结合来研究单根纤维的性能。

粗糙度对纸张润湿性的影响

由于其纤维状结构，纸张和纸板表面几乎都是粗糙的。因为它会放大表面化学物质的润湿效果，这种粗糙度会影响润湿性。另外，用于提高印刷质量的不同类型的等离子体和火焰处理会影响表面化学和表面粗糙度，因此评价粗糙度对接触角的影响非常重要。

下面的例子显示了粗糙度对接触角的影响。 在三个不同的样品位置测量粗糙度和水的接触角。 特别是亲水基纸，测量的接触角在接触角读数中显示出很大的变化。 通过计算粗糙度校正的接触角剔除粗糙度的影响后，接触角彼此更为接近。 粗糙度校正接触角的差异是由于表面的表面化学性质。 结合接触角和表面粗糙度测量使得评价粗糙度如何影响接触角成为可能。

[ 表面粗糙度和润湿性 下载]

采用润湿性研究评价印刷质量

包装的另一个方面是其视觉外观。 在包装上印刷的目的是销售内部的产品。 印刷质量受油墨润湿性、吸收性以及向多孔纸铺展的影响。 在低表面能聚合物涂料上印刷可能具有挑战性。可以采用光学张力仪测量接触角来评价内部和表面施胶对纸张吸收性能的影响。 如果需要的话，高速摄像头可以研究非常快速的吸收现象。

喷墨打印技术越来越多地用于家庭和办公室打印，在工业打印、包装行业和功能性打印应用中也变得很常见。 光学张力仪结合皮升分配器可用于演示喷墨适印性，尤其是其与纸张的相互作用。

使用力学张力仪的粉末润湿性方法研究涂层和油墨颜料的吸收性能。

使用接触角测量评价挤出涂布纸上的等离子体处理效果。

当印刷非吸收性和低表面能的塑料表面时，油墨和基材之间的粘附力具有挑战性。基材的表面自由能应高于油墨的表面自由能。 为了确保良好的印刷质量，应该在印刷之前使用例如等离子体和火焰处理等表面处理方法来增加涂布基材的表面自由能。

应用文摘：包装行业的表面处理评价

喷墨打印应用中的张力测量

喷墨印刷是一种多用途技术，广泛应用于小型家庭和办公室印刷、高速工业印刷以及更多新颖的功能印刷应用。由于油墨和基材之间的相互作用对于定义喷墨印刷质量至关重要，所以张力测定法在该领域中被广泛使用。

通过比较油墨的表面张力和基材的表面能可以估计油墨和基材之间的粘附性。 采用接触角测量来研究液滴的吸收和铺展。 Theta光学张力仪的皮升级分配器选项通过使用压电驱动技术生成与真实的喷墨过程中相同大小的液滴。

应用文摘：喷墨打印中的张力测量

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生物分子相互作用分析

生物分子相互作用的分析是许多学科领域的焦点，从生物化学和生物技术到医药科学。是基础科学和应用研究和开发的焦点，生物分子相互作用研究的目标是从纯粹地获得知识和理解生物系统和功能，到使用获得的知识应用于设计药物、仿生传感器以及提高我们的生活质量的技术。

对生物分子相互作用的基本理解

例如，在基础和应用研究中，对脂类蛋白和蛋白-配体相互作用机制的基本认识是一个目标，在这些研究中，这些系统被研究和表征得到生物分子相互作用过程。

QSense QCM-D是一种实时检测和监测生物分子相互作用的方法，如结合和相互作用动力学以及分子层的结构变化。该方法已被用于提高对目标相互作用机制和配体结构变化的理解。它也被用于探索分子的行为和疾病的起因，如蛋白质折叠紊乱，多肽聚集成长而细的纤维、淀粉样结构等。

由于自然界中大多数的生物化学反应发生在由磷脂双层膜或细胞内的细胞膜上，膜会影响蛋白质的折叠，并创造出反应发生的特定微环境。要了解和模拟实际的生物系统，必须在模拟自然条件的环境中研究这些相互作用。膜磷脂的朗缪尔单分子膜已被证实为生物膜的优良模型系统。在药物探索发现中，药物通过细胞壁渗透到细胞以及药物与细胞膜的反应是药物传递的重要因素。这些可以通过研究药物与漂浮生物膜模型的相互作用来评估。在食品工业中，过敏性蛋白的去除是非常重要的，通过分子水平的研究可以获得更深入的理解。

应用文摘:生物分子在细胞膜模型中的相互作用。

应用研究与开发中的生物分子相互作用分析

一旦建立了生物分子相互作用行为领域的知识，就有可能使用这些新信息。在应用科学中，例如在药物探索、纳米毒理学或生物传感器的设计中，生物分子的相互作用是关键，而这些知识可以用来确定新化合物的目标，并检测潜在的新候选药物。

在此背景下，QSense QCM-D被用于分析蛋白和蛋白与DNA的相互作用以及检测抗体-抗原的相互作用。QCM-D对于小分子结合蛋白质后的三级结构的构象变化非常灵敏，可用于设计、验证和优化药物化合物。例如，研究淀粉样生长抑制剂的影响，研究核酸受体的构象影响和筛选化合物与细胞的相互作用和蛋白质药物靶点。

生物分子相互作用的知识也可以用来设计生物传感器和检测系统，在那里生物行为被模仿和使用，例如检测和诊断疾病。

纳米颗粒的毒性

纳米粒子(NP)现在被应用于许多不同的行业，包括化妆品、油漆和涂料。因此，对纳米颗粒的毒性进行了深入研究。由于其巨大的比表面积，吸入的纳米颗粒可以诱导呼吸系统的肺部炎症和不良免疫反应。

Langmuir膜分析仪为研究纳米颗粒对脂质膜的影响提供了一种好的工具。研究了1wt %羟基磷灰石纳米颗粒对天然肺表面活性剂(Infasurf)的等温压缩曲线的影响。在与纳米颗粒接触后，左侧的等温压缩曲线有明显的时间依赖性转移，这表明了表面活性剂的抑制作用。

ACS Nano 2011, 5(8)， 6410-6416。2011美国化学学会版权所有。（经许可）

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[表面活性剂和乳液/液稳定性]

乳液是两种或两种以上液体的混合物，它们通常是互不相容的。从热力学的观点来看，乳液是一个不稳定的体系，因为液-液系统有分离和降低它的界面能的自然趋势。

乳液的稳定性可以被定义为体系抵抗其物理化学性质随时间变化的能力。乳液的稳定性在许多工业应用中非常重要，包括涂料、食品、农业配方，个人护理和石油。乳化、絮凝和聚集等几种机制会导致破乳。

虽然乳液稳定性在大多数工业产品和工艺中是必需的，但也有一些加工过程不需要乳液的稳定性。例如，原油回收需要在运输前将原油从水中分离出来，或者废水处理也不需要油水乳状液。

界面流变学测试预测乳状液的稳定性

界面流变学是一个特殊的流变学分支，它涉及研究在界面上形成的特别的二维体系。正如流变学是研究流体流动，界面流变学是研究流体界面流动特性。

食品和饮料中的界面流变学

蛋白质可以作为食品中的表面活性剂，但也可以添加其他稳定剂以提高稳定性。卵磷脂是为数不多的天然表面活性剂之一。随着环境和健康问题受到关注，天然表面活性剂越来越引起人们的兴趣。

应用文摘下载：蛋白质在气液和油水界面上的吸附和界面凝胶化

应用文摘下载：在气液界面上单分子层的界面流变学

观看网络研讨会：界面流变学：从基础到应用

工业级非离子乳化剂的表面表征

聚氧乙烯表面活性剂被广泛用于工业应用，如涂料、食品、农业配方、个人护理和石油，其中乳液和泡沫稳定性是重要的。 醇乙氧基化物正在取代传统上在许多应用中作为乳化剂的更有毒的烷基酚乙氧基化物。 然而，直链醇乙氧基化物没有表现出与烷基酚乙氧基化物一样良好的乳化剂性能，这主要是由于后者有更庞大的尾部。 这是由于极性头和碳氢化合物尾的大小不同，阻碍了界面上紧密堆积的薄膜的形成。

已经研究了两种基于EO基团数量不同的C10-Guerbet醇工业级非离子表面活性剂的吸附和表面流变性质。，它们是C10EO6和C10EO14。

两种表面活性剂的表面压力等温线符合重新取向模型。 但是，表面流变学数据有不同的解释。 它表明，C10EO6可以在扩散弛豫过程的模型框架中解释，而C10EO14偏离扩散弛豫过程，其表面流变反应接近于非离子聚合物表面活性剂。 图1（C10EO6）和图2（C10EO14）显示了两种表面活性剂在两个频率（0.02 Hz和0.5 Hz）下振荡扰动得到的储能模量（E'）和损耗模量（E“）。 实线和虚线是从扩散模型获得的适合实验数据。 结果表明，只有C10EO6表面活性剂的实验数据与所提出的模型有良好的一致性。

图1. C10EO6表面活性剂在两个频率（0.02Hz-三角形）和（0.5Hz-菱形）下储存模量（E'，空心符号）和损失模量（E“，实心符号）与表面活性剂本体浓度的关系函数。 实线和虚线是扩散模型实验数据的最佳拟合曲线。

图2. C10EO14表面活性剂在两个频率（0.02Hz-三角形）和（0.5Hz-菱形）下的储存模量（E'，空心符号）和损耗模量（E“，实心符号）与表面活性剂本体浓度的关系函数。 实线和虚线是扩散模型实验数据的最佳拟合曲线。

两种表面活性剂的表面流变性质表明它们在空气/水界面处形成了粘弹性层，然而由于氧乙烯基团的数量不同，吸附膜表现出不同行为。对于较小的表面活性剂，吸附和流变数据符合扩散模型，而较大的C10EO14表面活性剂表现出更接近于聚合物表面活性剂的表面行为。而且，两种表面活性剂的膨胀弹性和粘度的比较表明通过增加EO基团的数量可增加弹性。吸附的表面活性剂膜的弹性与泡沫和乳液稳定性直接相关。因此，与较短的C10EO6表面活性剂相比，C10EO14表面活性剂可能形成更稳定的抗聚结层。尽管如此，由于前者表面活性剂的扩散性较高，因此使用C10EO6比C10EO14泡沫形成能力更强。因此，这些结果可能会发现有趣的应用，以便通过使用含有氧乙烯基团的非离子表面活性剂合理地开发稳定的泡沫和乳液。

文献依据: P. Ramírez, L.M. Pérez-Mosqueda, L.A. Trujillo-Cayado, M. Ruiz, J. Munoz, R.Miller, Equilibrium and surface rheology of two polyoxyethylene surfactants (CiEOj) differing in the number of oxyethylene groups, Colloids Surf., A 375(2011) 130–135.

沥青质稳定油 - 水乳液

当油被回收时，形成了复杂的油-水乳液。 在油-水界面吸附的沥青质倾向于增加这些乳液的稳定性。通常不需要稳定的油-水乳液，因为这增加了泵送和运输费用并且会腐蚀管道，泵和蒸馏塔。

沥青质的表面活性可以用光学张力仪通过简单的界面张力测量来评估。通过将高压腔体组合到系统中，可以实现在高压和高温下进行测量。

另一种广泛应用的方法是研究油水界面的界面流变性。界面的弹性与油水乳状液的稳定性有关。吸附沥青质层的界面流变性可以用振荡液滴法研究。另一种方法是采用基于浮针流变仪的界面剪切流变（ISR）表征沥青质堆积密度的关系函数。

布鲁斯特角度显微镜可以在空气-水界面上对沥青质进行可视化的形态学研究。

应用文摘下载：蛋白质在空气-水和油-水界面处的界面凝胶化吸附

下应用文摘下载：薄膜结构的成像：布鲁斯特角显微镜

观看网络研讨会：界面流变学：从基础到应用