前沿应用｜小角X射线散射 (SAXS) 在食品学中的纳米级探测

2026-05-25 10:44:53 安徽国科仪器科技有限公司

食品科学（Food Science）凭借其与人类健康的密切关系和庞大的产业规模，成为了大健康领域最耀眼的明星。然而，从微观角度看，其大分子的组装状态、结晶质量以及内部网络缺陷，直接决定了食品的最终口感、稳定性与营养吸收效率。

如何“看清”这些肉眼不可见的微观结构演变？小角X射线散射（SAXS）技术为我们提供了一把打开介观和微观世界的钥匙。本期，我们结合多篇高水平文献，带您深度解析 SAXS 技术在食品研究中的前沿应用。

SAXS 技术：纳米尺度结构的深度探测

SAXS 技术特别适用于探测食品材料中的孔隙、胶体团簇、颗粒尺寸分布及有序度，是解析介观结构（通常在纳米级别）的利器。

1. 解析食品前驱液中的胶体结构

在淀粉类食品糊化或加工之前，体系内高分子的聚集状态至关重要。通过对散射曲线的拟合，SAXS 可以获得淀粉颗粒内部纳米级半结晶层状结构的厚度及形貌信息。

图1 不同温度下的蜡状玉米淀粉的SAXS曲线

研究人员通过时间分辨同步辐射 SAXS 分析发现，水热处理下的糯玉米淀粉，其内部层状结构参数随糊化温度的变化而改变。更重要的是，淀粉胶体在宏观上的流变学性能与内部纳米结构尺寸及结晶度的演化存在密切的相关性。这项研究揭示了糯玉米淀粉的糊化机理，对淀粉非晶材料的加工具有一定的指导意义。

2. 脂质粒子的各向异性与空间受限系统

对于受限空间内的脂质结晶生长（如在乳液的微小液滴中），SAXS 能提供关键的形状因子与层间距信息。

图2 二维SAXS图像，以及在交叉偏振光下拍摄的装有MMM悬浮液的比色皿照片。

研究人员对乳液系统中甘油三酯纳米颗粒的结构与形貌等信息进行表征，发现液滴内脂质呈现规则排列的同质多晶结构。当脂质颗粒在受限的乳液液滴内结晶时，多晶型的转化动力学及热力学稳定性发生显著改变；同时，晶粒的空间受限特征解释了观测到的宏观乳液稳定性和流变学变化现象。

3. 原位监测：凝胶形成与相演变

在食品凝胶退火或热处理形成过程中，原位 SAXS 通过追踪散射信号，可以实时监测从溶液到凝胶内部的相变过程。

图3 对不同牛奶模型体系在热处理（90°C）0、2、5和10分钟后进行背景扣除的SAXS数据

利用 SAXS原位监测技术，研究人员观察了脱脂牛奶模型系统在热处理与酸化过程中酪蛋白及乳清蛋白聚集程度的差异，基于热处理和酸化过程中蛋白质内部结构的差异变化，并结合先前研究成果，提出了蛋白质相互作用的机制。结果表明，小角X射线散射（SAXS）是一种有前景的无损检测方法，可用于分析酸化凝胶等混浊样品，在不破坏样品的情况下评估其原始结构，而这通过传统光散射技术是无法实现的。

总结

通过 SAXS 探测的纳米级孔隙与团簇，我们得以建立一套从液态前驱体到凝胶成型、从静态介观结构到动态演变的表征体系。若结合广角X射线散射（WAXS）等技术，可进一步实现多尺度的联合表征，解析从微观到介观的全面结构。

安徽国科仪器（GKINST）致力于提供高端的 X 射线散射解决方案，助您在食品科学、营养健康及新兴交叉领域的研究中，精准捕捉每一个微观细节，加速科研成果转化。

参考文献：

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安徽国科仪器科技有限公司是一家专业从事X射线结构分析设备研发、生产、销售的创新型国家高新技术企业，在小角散射仪(SAXS)、X射线衍射仪(XRD)、高压衍射仪(HPXRD)、桌面X射线吸收精细结构谱仪(XAFS)、原位多外场样品环境、X射线源及国家大科学装置等高端X射线结构分析设备领域已顺利实现产品定型，并与各大科研院所和企业、事业单位取得合作，为客户提供全集成、高附加值的全方位解决方案。

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