Імітація форми та розміру міцел казеїну в плівковому стані - Їжа; Функція (RSC

Рональд Гебхардт * а та Ульріх Кулозік нар
a Technische Universität München, кафедра інжинірингу харчових технологій та молочних технологій, Weihenstephaner Berg 1, 85354 Freising-Weihenstephan, Німеччина. Електронна пошта: [email protected]
b Дослідницький центр з питань харчування та харчових продуктів (ZIEL) - Секція технологій, Technische Universität München, Німеччина

Вперше опубліковано 21 січня 2014 року

Фракціоновані міцели казеїну розміром (КМ) утворюють однорідні плівки, в які вони щільно упаковані. Поперечний розмір СМ у плівках можна добре вирішити методами, чутливими до поверхні, але оцінка їх висоти все ще залишається проблемою. Ми показуємо, що інформацію про висоту можна отримати за схемою розсіювання експериментів GISAXS на високовпорядкованих плівках казеїну. Ми використовуємо підхід пружного розсіяння в наближеному спотвореному хвилі (DWBA), щоб вперше змоделювати двовимірний розподіл інтенсивності експерименту GISAXS КМ поблизу їх критичного кута. Модель, яка відповідає даним GISAXS, найкраще враховує еліпсоїдний форм-фактор для КМ та розташування на гексагональній решітці. Отримані нами результати вказують на те, що під час формування плівки сферична структура розчину СМ стискається у напрямку, перпендикулярному поверхні плівки. У плівковому стані міцели набувають сплетеної еліпсоїдальної форми із співвідношенням сторін 1,9. Отже, їх поверхня і площа контакту з оточуючими збільшується. В результаті густина κ-казеїну на міцелярній поверхні зменшується, що може впливати на функціональні властивості покриттів і плівок.

Вступ

У цій роботі ми показуємо, що точну інформацію про 3D-структуру СМ в плівках можна отримати за допомогою вимірювань GISAXS, за умови, що всі міцели однакового розміру та регулярно розташовані. Ми вперше описуємо, як структурну інформацію можна отримати за допомогою моделювання та моделювання шаблону GISAXS. Аналіз заснований на наближеному спотвореному хвильовим наближенні (DWBA), який враховує множинні події розсіювання в процесі розсіювання на поверхні.

Експериментальний

Теоретичні передумови


Рис. 1 (А) Геометрія розсіювання: рентгенівські промені хвильового вектора k i одночасно відбиваються (k f) і заломлюються (k t) на гладкій поверхні твердого повітря; (B) Конкретні переноси хвильових векторів для чотирьох подій розсіювання, які розглядаються в рамках DWBA.


Рис.2 Поверхневі структури зразка відображаються у зворотному просторі на ПЗЗ-детекторі, встановленому на фіксованій відстані за зразком. Точне вирівнювання площини зразка до вхідного рентгенівського променя забезпечується переміщенням по трьох напрямках і обертанням навколо двох осей.

Моделювання

Для моделювання ми використовували IsGISAXS. 12 Програма використовує підхід пружного розсіювання для обчислення перерізу розсіювання, визначеного

(1)

У цьому рівнянні n позначає кількість фотонів, розсіяних в секунду в елементі твердого кута Δ Ω у напрямку (2 ψ f, α f), I 0 - інтенсивність падаючих фотонів, а N - загальна кількість розсіювачів. Інтенсивність розсіяння є функцією кута поза площиною ψ та кута виходу α f або, навпаки, складової хвильового вектора передає Q y та Q z. Функціональний взаємозв'язок між обома наборами параметрів задається:

(2)

Моделювання проводили в локальному монодисперсному наближенні (LMA). LMA замінює потужність розсіювання кожної частинки на середнє значення передбачуваного розподілу за розмірами відповідно до:

(3)

Через передбачувані чотири події розсіювання форм-фактор F залежить від Q y та Q z n:

F (Q ||, Q zn) = F (Q ||, Q z 1) + R f (α i) F (Q ||, Q z 2) + R f (α f) F (Q ||, Q z 3) + R f (α i) R f (α f) F (Q ||, Q z 4)

(4)

(5)

Інтерференційна функція S (Q) - це перетворення Фур'є гексагональної кореляційної функції острів-острів.

Підготовка зразка

Поверхневочутливі експерименти на плівках казеїну

Результати і обговорення


Рис.3 (А) Двовимірний розподіл інтенсивності експерименту GISAXS на високовпорядкованій КМ у плівці, приготовленій на кремнієвій пластині. Позначаються кути α f 1, α f 2 та ψ, під якими ми отримуємо горизонтальний та вертикальний зрізи для детального моделювання. (B) Розміри поверхні зразка, на яких середні показники експерименту GISAXS, порівнюються із розмірами типового зображення AFM.