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pH-abhängige Trends in Kaffeerahm untersuchen durch Größen- und Zeta-Potenzial-Analyse

2025-05-23Application Note

Untersuchen Sie mit BeNano 180 Zeta Max für präzise Partikelgrößen- und Zetapotenzialanalysen, wie sich der pH-Wert auf die Stabilität von Kaffeeweißer auswirkt.

Produkt	BeNano 180 Zeta Max
Industrie	Analyse von Lebensmitteln und Getränken
Probe	Kaffeeweißer
Messgröße	Partikelgröße, Zetapotenzial
Messtechnologie	Dynamische Lichtstreuung (DLS), Elektrophoretische Lichtstreuung (ELS)

Einleitung

Das Zeta-Potenzial von Partikeln wird stark von der Dispersionsumgebung beeinflusst, wobei Faktoren wie pH-Wert, Ionenstärke und kleine Moleküle sowohl seine Größenordnung als auch sein Vorzeichen erheblich beeinflussen. Unter diesen Faktoren hat der pH-Wert den stärksten Einfluss. Im Allgemeinen tragen Partikel in Umgebungen mit niedrigem pH-Wert eine positive Ladung und unter Bedingungen mit hohem pH-Wert eine negative Ladung, wobei die Auswirkungen der Adsorption von Wasserstoff- und Hydroxidionen ausgeschlossen sind. In der Nähe des isoelektrischen Punktes (IEP) ist die Partikelladung minimal, was zu einem niedrigen Zetapotenzial, einer erhöhten Aggregationswahrscheinlichkeit und einer verringerten Stabilität der Dispersion führt. Folglich dienen sowohl die Größe als auch das Zetapotenzial der Partikel als wichtige Indikatoren für die Systemstabilität.

Das BeNano 180 Zeta Max, kombiniert mit dem BAT-1-Autotitrator, ermöglicht die präzise Messung der Partikelgröße und des Zetapotenzials über einen breiten pH-Bereich hinweg in einer einzigen Testsequenz und bietet so eine umfassende Bewertung der Probenstabilität. In diesem Anwendungsbeispiel wird der Zusammenhang zwischen pH-Wert, Größe und Zetapotenzial in Kaffeeweißer untersucht.

Experimenteller Teil

Der BeNano 180 Zeta Max verwendet einen 671-nm-Laser mit einer Ausgangsleistung von 50 mW als Lichtquelle. Die Messung des Zetapotenzials erfolgte mit einem Detektor bei 12°, während die Partikelgröße mit dem Detektor bei 173° bestimmt wurde. Für diese Untersuchung wurde eine in Wasser dispergierte Kaffeeweißer-Probe analysiert und die Veränderungen der Partikelgröße und des Zetapotenzials bei unterschiedlichen pH-Werten untersucht. Die pH-Titration erfolgte durch Zugabe einer HCl-Lösung, wobei der Ziel-pH-Wert auf 2 festgelegt wurde, mit Schritten von einer pH-Einheit und einer Toleranz von ±0,2. Die integrierte Temperaturkontrolle des Bettersize BeNano hielt die Temperatur konstant bei 25 °C ± 0,1 °C. Die Messungen wurden in einer gefalteten Kapillarzelle durchgeführt.

Ergebnisse und Diskussion

Durch die Messung der Partikelgröße und des Zetapotenzials bei verschiedenen pH-Werten konnte deren Abhängigkeit vom pH-Wert ermittelt werden.

Dependence of size and zeta potential on pH of coffee creamer

Abbildung 1. Abhängigkeit von Partikelgröße und Zetapotenzial vom pH-Wert des Kaffeeweißers

Die Ergebnisse zeigen einen klaren Trend: Zu Beginn der Titration (pH 9,14) betrug das Zetapotenzial etwa –60 mV, was auf eine hohe negative Oberflächenladungsdichte hinweist. Bei diesem pH-Wert lag die gemessene Partikelgröße bei etwa 380 nm.

Mit der Zugabe von HCl und dem Absinken des pH-Werts näherte sich das Zetapotenzial allmählich Null und erreichte den isoelektrischen Punkt (IEP) bei einem pH-Wert von 5,52. In diesem Bereich nahm die Partikelgröße deutlich zu, da die reduzierte elektrostatische Abstoßung zu ausgeprägter Aggregation führte. Mit weiterer Zugabe von HCl verschob sich die Ladung des Partikelsystems von negativ zu positiv. Mit weiter sinkendem pH-Wert wurde das Zetapotenzial zunehmend positiver, was zu einer stärkeren elektrostatischen Abstoßung zwischen den Partikeln und einer entsprechenden Verringerung der Partikelgröße führte.

zeta potential analyzer

BeNano 180 Zeta Max

Schlussfolgerung

In dieser Studie wurden die pH-abhängigen Schwankungen der Größe und des Zetapotenzials von Kaffeeweißer untersucht. Bei hohen pH-Werten war das Zetapotenzial negativ und ging mit sinkendem pH-Wert in einen positiven Wert über, wobei der isoelektrische Punkt bei einem pH-Wert von etwa 5,52 lag. In diesem Stadium verstärkte sich die Partikelaggregation deutlich. Diese Ergebnisse unterstreichen die entscheidende Rolle des pH-Werts bei der Regulierung der Stabilität und des Verhaltens kolloidaler Systeme.