DHA油乳狀液制備研究

祝艷梅,張連富

(江南大學(xué)食品學(xué)院,江蘇無(wú)錫 214122)

DHA油乳狀液制備研究

祝艷梅,張連富＊

(江南大學(xué)食品學(xué)院,江蘇無(wú)錫 214122)

采用高壓均質(zhì)法制備DHA乳液,選擇經(jīng)典的親水親油平衡(HLB)法作為乳化劑選擇的依據(jù),首先確定體系乳化需要的 HLB值為 11.3,然后選擇幾種常見的乳化劑進(jìn)行復(fù)配,確定出較好復(fù)配乳化劑為：分子蒸餾單甘酯(42%)+ Tween20(58%)。乳化劑最適添加量為 1.2%。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)和單因素實(shí)驗(yàn)對(duì)乳狀液制備最佳工藝條件進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)論為：初乳制備的最佳工藝條件是乳化溫度為 60℃,攪拌強(qiáng)度為 13000r/min,乳化時(shí)間為 20min,選擇均質(zhì)壓力為60MPa。

乳狀液,DHA,乳化劑,均質(zhì)

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

DHA微藻油 (45%) 湖北蒙牛友芝友食品有限公司贈(zèng)送;吐溫 20(HLB=16.7)、吐溫 40(HLB= 15.6)、吐溫 60(HLB=14.9)、吐溫 80(HLB=15.0)、斯潘 60(HLB=4.7)、斯潘 80(HLB=4.3) 均為分析純,中國(guó)醫(yī)藥(集團(tuán))上海化學(xué)試劑公司;三聚甘油單硬脂酸酯 (HLB=7.0)、分子蒸餾單甘酯 (HLB= 3.8) 購(gòu)自廣州品秀精細(xì)化工有限公司;蔗糖脂肪酸酯(HLB=3和 15) 購(gòu)自杭州金鶴來(lái)食品添加劑有限公司。

高剪切分散乳化機(jī) 上海弗魯克流體機(jī)械制造有限公司;HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;高壓均質(zhì)機(jī)APV-1000 美國(guó)APV公司;EBA20臺(tái)式離心機(jī) 德國(guó) Hettich公司。

1.2 DHA油乳液的制備

將乳化劑加入去離子水中,加熱至 60～70℃,使其充分溶脹,形成水相,在高速乳化均質(zhì)機(jī)的攪拌下,用注射器吸取油相以細(xì)射流方式加入水相中,高速剪切 10min,使兩相充分混合,形成初乳液。將初乳液通過(guò)高壓均質(zhì)機(jī)進(jìn)一步均質(zhì)乳化即得 20% (w/w)的DHA乳液。

1.3 乳化效果的評(píng)價(jià)方法

取制備好的一定體積的乳狀液裝入離心管中,在 3000r/min的條件下,離心 20min,乳化效果用相對(duì)乳化層體積即乳化層體積占乳液總體積的百分比(%)來(lái)表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳化劑的選擇

乳狀液的制備過(guò)程中,乳化劑的選擇十分關(guān)鍵。關(guān)于乳化劑的選擇還沒有準(zhǔn)確有效的快速的方法,實(shí)驗(yàn)中采用的主要還是一些經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)的方法,如[7]：親水親油平衡 (HLB)法、相轉(zhuǎn)變溫度 (PIT)法和內(nèi)聚能比(CER)法。本文選擇經(jīng)典的親水親油平衡(HLB)法作為乳化劑選擇的依據(jù)。乳化劑的親水親油平衡值(HLB值),指的是乳化劑分子中親水親油這兩個(gè)相反基團(tuán)的大小和力量的平衡。乳化劑分子親水或親油的傾向,取決于兩類基團(tuán)作用比較,是二者親合力平衡后,分子所表現(xiàn)的綜合效果。有研究表明[8],當(dāng)把低和高 HLB值的乳化劑混合使用時(shí),它們?cè)诮缑嫔衔叫纬伞皬?fù)合物”,定向排列緊密,具有較高的強(qiáng)度,從而能很好的防止聚結(jié),增加乳狀液的穩(wěn)定性。混合乳化劑的 HLB值用加權(quán)平均法計(jì)算,即[9]：

式中：WA,WB,WC分別為乳化劑 A,B,C的質(zhì)量。

2.1.1 乳化體系所需 HLB值的確定 本實(shí)驗(yàn)中選用了 Span80和蔗糖脂肪酸酯 15兩種不同 HLB值的乳化劑,按照不同的比例混合,根據(jù) HLB值的計(jì)算方法,使乳化劑的 HLB值在 8～14之間,如表 1所示。

表1 同HLB值的乳化劑復(fù)配方法

通過(guò)測(cè)定相對(duì)乳化層體積,探究了 HLB值不同對(duì)乳化效果的影響,結(jié)果如圖 1。

圖1 同HLB乳化劑復(fù)配對(duì)乳化效果的影響

從圖 1可以看出,HLB值在 11.3時(shí),乳化劑的乳化效果最好,此時(shí)所得到的乳狀液相對(duì)乳化層體積為94%。所以,選定體系乳化所需的HLB值為11.3。

2.1.2 復(fù)配乳化劑的選擇 根據(jù)上步實(shí)驗(yàn)確定的體系乳化的 HLB值為 11.3,選擇了實(shí)驗(yàn)中比較常用的乳化劑進(jìn)行復(fù)配。將乳化劑兩兩復(fù)配出 HLB值為11.3的乳化劑對(duì),各種不同的乳化劑復(fù)配對(duì)乳化效果的影響,結(jié)果如圖 2。

圖 2 不同的復(fù)配乳化劑對(duì)乳化效果的影響注：1.分子蒸餾單甘酯 (33%)+Tween80(67%);2.Span60 (36%)+Tween80(64%);3.三聚甘油單硬脂酸酯 (46%) +Tween80(54%);4.蔗糖脂肪酸酯 3(34%)+Tween40 (66%);5.分子蒸餾單甘酯 (36%)+Tween40(64%); 6.Span60(39%)+Tween40(61%);7.三聚甘油單硬脂酸酯(50%)+Tween40(50%);8.蔗糖脂肪酸酯 3(39%)+ Tween20(61%);9.分子蒸餾單甘酯 (42%)+Tween20 (58%);10.Span60(45%)+Tween20(55%);11.三聚甘油單硬脂酸酯(56%)+Tween40(44%)。

由圖 2可知,復(fù)配乳化劑的 HLB值雖然相同,都為 11.3,但復(fù)配乳化劑對(duì)乳化效果的影響卻不盡相同,與分子蒸餾單甘酯搭配使用所組成的復(fù)配乳化劑的乳化效果較好,乳化相對(duì)層體積都在 94%以上,如圖中所示的 1、5、9號(hào),其中 9號(hào)的乳化效果最好,所以選擇 9號(hào)作為乳化劑的最優(yōu)組合,即：分子蒸餾單甘酯(42%)+Tween20(58%)。

2.2 乳化劑最適添加量的確定

在乳化劑的使用過(guò)程中,有一個(gè)重要的概念—臨界膠束濃度 (CMC),它是乳化劑的一個(gè)重要性能指標(biāo)。臨界膠束濃度 (CMC)即[10]乳化劑溶于水后,水的表面張力下降,并且表面張力隨著乳化劑濃度增加而急劇下降后,就大體保持不變。這時(shí)的乳化劑濃度稱為臨界膠束濃度(CMC)。表面活性劑具有潤(rùn)濕、滲透作用,這些作用主要靠界面吸附,因此只要其濃度稍高于 CMC即可顯示效果,而它們的乳化、分散、增溶、洗滌作用需要靠膠束的作用,因此在使用時(shí),溶液中乳化劑的濃度必須超過(guò) CMC才能有明顯效果[11]。

本實(shí)驗(yàn)按照 2.1確定的最佳復(fù)配乳化劑：分子蒸餾單甘酯(42%)+Tween20(58%)以不同的添加量加入到待乳化的水相中,經(jīng)過(guò)高速剪切和高壓均質(zhì),測(cè)定相對(duì)乳化層體積,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 3。

圖3 乳化劑用量對(duì)乳化效果的影響

由圖 3可知,在一定范圍內(nèi),隨著乳化劑用量的增加,乳狀液的乳化效果越好。但乳化效果增加到1.2%后,其相對(duì)乳化層體積增加不明顯,乳化效果沒有明顯的改善趨勢(shì)。如果乳化劑用量太高,易導(dǎo)致體系的黏度過(guò)大,同時(shí)過(guò)多的乳化劑也會(huì)增加成本,故取乳化劑用量為 1.2%較合適。

2.3 乳液制備最佳工藝條件的優(yōu)化

2.3.1 初乳化最佳工藝條件的優(yōu)化 經(jīng)過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn),我們選擇對(duì)乳化效果影響較大的三個(gè)因素：乳化溫度,乳化強(qiáng)度和乳化時(shí)間設(shè)計(jì)三因素三水平的L9(34)正交實(shí)驗(yàn),來(lái)優(yōu)選加工工藝的技術(shù)參數(shù)。因素水平表見表 3,正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表 4,方差分析結(jié)果見表 5。

表3 正交實(shí)驗(yàn)因素與水平

表4 正交實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

表5 方差分析結(jié)果

由表 4極差 R的大小可以看出,各因素對(duì)乳化效果的影響主次順序?yàn)椋篈＞B＞C。從表 5方差分析結(jié)果來(lái)看,A,B的影響較顯著,C不顯著,其中A對(duì)乳化效果的影響最大。綜合得出最優(yōu)的工藝條件為：A1B1C3,即乳化溫度為 60℃,乳化強(qiáng)度為 13000r/min,乳化時(shí)間為 20min。

2.3.2 均質(zhì)壓力對(duì)乳化效果的影響 高壓均質(zhì)乳化具有良好的性質(zhì)特點(diǎn),這使得其成為目前實(shí)驗(yàn)中最主要的乳狀液制備技術(shù)。高壓均質(zhì)的原理即[12]利用高壓使得液料高速流過(guò)狹窄的縫隙時(shí)而受到強(qiáng)大的剪切力、液料被沖擊到金屬環(huán)上而產(chǎn)生強(qiáng)大撞擊力以及因靜壓力突降與突升而產(chǎn)生的空穴爆炸力等綜合力的作用,把原先顆粒比較粗大的乳濁液或懸浮液加工成顆粒非常細(xì)微的穩(wěn)定的乳濁液或懸浮液的過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)主要討論均質(zhì)壓力和均質(zhì)次數(shù)對(duì)乳化效果的影響。以下實(shí)驗(yàn),均質(zhì)溫度都為 40℃,均質(zhì)壓力對(duì)乳化效果的影響見圖 4。由圖可知,隨著均質(zhì)壓力升高,乳化效果改善比較明顯,乳狀液穩(wěn)定性逐漸增加。但當(dāng)壓力超過(guò) 60MPa后,乳狀液穩(wěn)定性反而出現(xiàn)了下降趨勢(shì),可見,均質(zhì)壓力并非越來(lái)越好。其中主要原因可能有兩點(diǎn)[12-13]：均質(zhì)壓力太大,乳化粒子的顆粒太小,粒子的布朗運(yùn)動(dòng)速度快,顆粒碰撞次數(shù)多,顆粒易于締合;同時(shí)脂肪球粒徑變小,表面積增加,原先的膜材料數(shù)量不夠包被新的表面,從而引起乳液中脂肪球的成簇或部分聚結(jié),最終破壞脂肪球原有的合適分布狀態(tài);對(duì)于吐溫系列等非離子型乳化劑,其水溶性隨溫度的升高而降低,高壓均質(zhì)引起的溫度升高可能導(dǎo)致吐溫類乳化劑的乳化能力下降。

圖4 均質(zhì)壓力對(duì)乳化效果的影響

由此可見,均質(zhì)壓力并非越高越好,所以從節(jié)能和設(shè)備損耗兩方面考慮,本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中選擇均質(zhì)壓力為60MPa較合適。

3 結(jié)論

采用經(jīng)典的 HLB值法作為乳化劑的選擇依據(jù)。首先選擇吐溫 80和斯潘 80復(fù)配出 HLB值在 8～14范圍內(nèi),比較乳化相對(duì)層體積大小,確定適合體系乳化的 HLB值為 11.3,然后選擇食品中較常見的一些乳化劑兩兩復(fù)配,通過(guò)對(duì)乳化效果作比較,確定了適合該體系的乳化劑配方為：分子蒸餾單甘酯 (42%) +T ween20(58%)。從體系的粘度和經(jīng)濟(jì)節(jié)約兩方面考慮,選用乳化劑添加量為 1.2%時(shí)最適合。初乳制備過(guò)程中,選擇三個(gè)主要因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),從方差分析的結(jié)果來(lái)看,各因素對(duì)乳化效果的影響主次順序?yàn)椋喝榛瘻囟?＞乳化強(qiáng)度 ＞乳化時(shí)間,最優(yōu)的工藝條件為：乳化溫度 60℃,乳化強(qiáng)度 13000r/min,乳化時(shí)間 20min。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn),確定最適均質(zhì)壓力為60MPa。

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Study on preparation of DHA em ulsion

ZHU Yan-mei,ZHANG L ian-fu＊
(School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

DHA em uls ions we re p rep a red through high hom ogeniza tion.Hyd rop hile-L ip op hile Ba lance(HLB),one of the m os t c lass ic m e thods for choos ing em uls ifie rs,was app lied in this s tudy.Firs tly,the HLB va lue of the em uls ion was assured as11.3.Furthe rm ore,a com b ina tion of som e comm on em uls ifie rs was se lec ted as of the em uls ifying comp lex which inc luded D is tilled M onog lyce ride and Tween20,the ra tio of these two comp ounds was21∶29.The op t im a l dosage of the em uls ifying comp lex was1.2g/100g.The op t im a l technology ofDHA em uls ion p roduc ing was de te rm ined accord ing to s ing le-fac tor tes t and orthogona l tes t,which was desc ribed be low：em uls ifying temp e ra ture,60℃;em uls ifying intens ity,13000r/m in;p rocess ing p e riod,20m in;hom ogenizing p ressure,60M Pa.

em uls ion;DHA;em uls ifie r;hom ogeniza tion

TS201.2

B

1002-0306(2010)03-0314-04

含有兩個(gè)或兩個(gè)以上不飽和雙鍵的脂肪酸稱為多不飽和脂肪酸,與人體健康密切相關(guān)的多不飽和脂肪酸主要有兩類：ω-3和ω-6系列的多不飽和脂肪酸。DHA是屬于ω-3系列的多不飽和脂肪酸,其分子結(jié)構(gòu)如下：

DHA大量存在于海洋動(dòng)物中。一些在寒冷水域或深水層棲息的魚類和一些中上水層魚類 (如沙丁魚、鱈魚、鯖魚、紅鮭、鮐魚、鯡魚、秋刀魚等)以及一些浮游生物或常食含有ω-3高度不飽和脂肪酸的海草的海獸體內(nèi)也含有豐富的 DHA[1]。此外,一些海洋微型浮游植物,具有合成ω-3高度不飽和脂肪酸的獨(dú)特能力。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外對(duì)微藻中的脂肪酸也進(jìn)行了大量研究,證實(shí)了在硅藻類、金藻類、甲藻類、隱藻類、黃藻類中也含有豐富的 DHA[2]。目前添加于食品和直接用做營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑的DHA主要來(lái)源于魚油和微藻油。研究表明,DHA具有多種生理功能[3-6],如抑制血小板凝聚,減少血栓形成,預(yù)防心血管疾病;降血脂、防動(dòng)脈硬化;抗過(guò)敏作用;抑制腫瘤生長(zhǎng),降低癌癥發(fā)病率;健腦益智;保護(hù)視力等。這些重要的作用已經(jīng)引起了食品、醫(yī)藥和保健品領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注,因此,對(duì) DHA的研究和新產(chǎn)品的開發(fā)已成為了時(shí)下的熱點(diǎn)話題。本實(shí)驗(yàn)研究的目的是將DHA油乳化,制備成O/W型乳液,以改善其水溶性,拓寬其應(yīng)用范圍,為保健食品的研究和開發(fā)開辟一條新的途徑。

2009-04-24 ＊通訊聯(lián)系人

祝艷梅(1984-),女,在讀研究生,研究方向：天然藥食科學(xué)。