吐溫-80制備食品級微乳的穩(wěn)定性評價

趙嘉敏,陳中,林偉鋒

(華南理工大學輕工與食品學院,廣東廣州,510640)

吐溫-80制備食品級微乳的穩(wěn)定性評價

趙嘉敏,陳中,林偉鋒

(華南理工大學輕工與食品學院,廣東廣州,510640)

以吐溫-80為表面活性劑 (S),乙醇、丙二醇和甘油為助表面活性劑 (CS),大豆油、中鏈甘油三酸酯(MCT)和丁酸乙酯為油相(O)制備食品級微乳,通過測定粒徑以及觀察離心、溫度、鹽度、酸堿等環(huán)境因素對微乳外觀上的影響,從而評價微乳的穩(wěn)定性,并比較不同微乳的穩(wěn)定性差異。結果表明:微乳的穩(wěn)定性很好,是一個熱力學穩(wěn)定體系;以乙醇為助表面活性劑,以丁酸乙酯為油相,所制得的吐溫-80食品級微乳穩(wěn)定性最好。

微乳,食品級,吐溫-80,穩(wěn)定性

微乳是由油、水、表面活性劑以及助表面活性劑所形成的熱力學穩(wěn)定的、各向同性的、外觀透明或半透明的分散體系[1-2]。微乳的顯著特征是:不需要外界供能,能夠自發(fā)形成;粒徑為 1～100 nm[3-5]。文中采用吐溫-80為表面活性劑,以不同的食品級助表面活性劑以及油相,制備出一系列吐溫-80食品級微乳,并通過測定粒徑以及觀察離心、溫度、鹽度、酸堿等環(huán)境因素對微乳外觀上的影響,從而評價微乳的穩(wěn)定性,并比較不同組分制備出來的微乳穩(wěn)定性差異。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

吐溫-80市售,食品級;丙二醇,日本產(chǎn),食品級;甘油,市售,食品級;大豆油,金龍魚;中鏈甘油三酸酯 (MCT),市售,食品級;丁酸乙酯,廣州市仟壹生物技術有限公司;無水乙醇、NaCl、NaOH,國藥集團化學試劑有限公司;HCl,廣州市東紅化工廠;去離子水,實驗室自制。

TH-1000梯度混合器,上海滬西分析儀器廠;Mettler PL403電子天平、SevenEasy S20K酸度計,梅特勒-托利多儀器有限公司;馬爾文粒度分布儀,馬爾文儀器有限公司;TGL-16G臺式高速離心機,上海安亭科學儀器廠。

1.2 粒徑的測定

取少量靜置 1周的微乳樣品,用去離子水稀釋至樣品含水量約為 98%,用旋渦混合器混合均勻,再經(jīng)過 0.22μm微孔濾膜過濾,過膜后的樣品注入納米粒度分布儀的樣品池中,設定溫度為 25℃和各種油相的折光率,進行粒徑測定,每個樣品平行測定 2次。

1.3 離心試驗

取適量的微乳樣品,置于高速離心機中,以15000 r/min的速度離心 30 min,觀察微乳性狀的變化。

1.4 高低溫試驗

高溫試驗的條件:分別在 60℃和 80℃水浴中加熱 30 min;低溫試驗的條件:分別在冷藏室 (4℃)和冷凍室 (-18℃)均進行放置 12 h和放置 15d處理。觀察不同溫度對微乳性狀的影響。

1.5 鹽度試驗

取適量的微乳樣品,加入適量的固體 NaCl,使樣品中的 NaCl濃度分別達到 0.1,0.2,0.5和 1 mol/L。觀察不同濃度的 NaCl對微乳性狀的影響。

1.6 酸堿試驗

取適量的微乳樣品,滴加 0.2 mol/L HCl或者0.2 mol/L NaOH調(diào)節(jié)體系的 pH值在 1～12波動。觀察微乳在酸堿變化過程中的性狀變化情況。

2 結果與分析

2.1 微乳粒徑比較

2.1.1 不同油相

以吐溫-80為表面活性劑,乙醇為助表面活性劑,分別采用大豆油、MCT和丁酸乙酯等作為食品級長、中、短鏈脂肪酸酯的代表來制備微乳,結果見圖1。從圖 1可以看出,所有樣品的粒徑均在 1～100 nm內(nèi),證明這些澄清透明或者半透明的樣品均達到微乳粒徑的要求。納米級的粒徑,使樣品在儲存過程中相當穩(wěn)定[6-10]。本文制備的微乳樣品能在室溫下存放 6個月以上,并一直保持澄清透明或半透明狀態(tài)。

圖 1 不同油相的微乳粒徑比較

對于 3種不同油相的微乳樣品,樣品的粒徑都隨著含油量的減少而減小。含油量減少,體系所需要增溶的油分子就會減少,從而減小分散相的尺寸,使測定的粒徑減小。當表面活性劑 (surfactant,簡稱 S)的質(zhì)量與助表面活性劑 (co-surfactant,簡稱 CS)和油(oil,簡稱 O)的質(zhì)量之和的比例 (即 S/(CS+O))相同時,3種油相微乳樣品的粒徑從大到小依次為:大豆油 >MCT>丁酸乙酯。因為在相同的表面活性劑濃度下,形成的膠團聚集數(shù)相同,被增溶物質(zhì)的分子結構越大,所形成分散相的尺寸就會越大,從而使測定的粒徑增大。此外,所有樣品的多分散系數(shù)均小于0.2,表明每個體系中分散相的粒徑大小都較為一致,而且大小分布都較為集中。2.1.2 不同助表面活性劑

以吐溫-80為表面活性劑,丁酸乙酯為油相,分別采用乙醇、丙二醇和甘油為助表面活性劑制備微乳,結果見圖 2。從圖 2可以看出,所有樣品的粒徑均在 1～100 nm內(nèi),證明這些澄清透明或者半透明的樣品均達到微乳粒徑的要求,在儲存過程中相當穩(wěn)定。對于 3種不同助表面活性劑的微乳樣品,樣品的粒徑都隨著含油量的減少而減小。在相同的 S/(CS+O)條件下,3種助表面活性劑微乳樣品的粒徑從大到小依次為:乙醇 >甘油 >丙二醇。

圖 2 不同助表面活性劑的微乳粒徑比較

2.2 離心穩(wěn)定性

以吐溫-80為表面活性劑,分別以乙醇、丙二醇和甘油為助表面活性劑,分別以大豆油、中鏈甘油三酸酯 (MCT)和丁酸乙酯為油相制備食品級微乳,在15 000 r/min離心 30 min的條件下,所有微乳樣品均能保持澄清透明狀態(tài),無分層或絮凝現(xiàn)象。

2.3 溫度穩(wěn)定性

2.3.1 高溫條件

高溫處理對所制備微乳的影響見表 1。從表 1可以看出,60℃對各種吐溫-80食品級微乳樣品均沒有明顯影響。在 80℃高溫下,各種微乳樣品都會發(fā)生暫時分層,但靜置一段時間后會復原。原因可能是高溫會導致吐溫-80的溶解度大大降低,影響其對油分子的增溶能力,從而表現(xiàn)為樣品發(fā)生渾濁或者分層;當溫度下降,又會使吐溫-80的溶解度升高,恢復其對油分子的增溶能力,從而使樣品變回澄清透明狀態(tài)。從表 1還可以看出,以丁酸乙酯為油相,分別以乙醇 /丙二醇 /甘油為助表面活性劑,各種微乳樣品對高溫的熱穩(wěn)定程度從大到小依次為:乙醇 >>丙二醇≈甘油。原因可能是高溫對丙二醇和甘油的黏度影響較大,破壞整個微乳體系的微觀結構,從而導致體系較不穩(wěn)定。

表1 各種微乳樣品的高溫穩(wěn)定性試驗結果

2.3.2 低溫條件

低溫處理對所制備微乳的影響見表 2。從表 2可以看出,冷藏對所有微乳樣品均沒有影響。冷凍時間較短對微乳體系的影響很小,而且體系會慢慢復原,但長時間冷凍對微乳體系的影響較大。原因可能是長時間冷凍處理會破壞微乳體系的微觀結構,結實鋒利的冰結晶會刺破界面膜,導致界面張力迅速上升,使體系變成油水不相容的狀態(tài)。

表2 各種微乳樣品的低溫穩(wěn)定性試驗結果

從表 2還可以看出,以乙醇為助表面活性劑,分別以丁酸乙酯 /MCT/大豆油為油相,各種微乳樣品在冷凍較長時間后的穩(wěn)定程度從大到小依次為:丁酸乙酯 >>MCT≈大豆油。原因可能是丁酸乙酯的極性較大,使丁酸乙酯在靜置過程中重新與其他組分相混合,所以長時間冷凍處理只會使體系發(fā)生暫時分層。以丁酸乙酯為油相,分別以乙醇 /丙二醇 /甘油為助表面活性劑,各種微乳樣品在冷凍較長時間后都能保持一定的穩(wěn)定性。

2.4 鹽穩(wěn)定性

當微乳體系的 NaCl濃度從 0.1 mol/L增加到 1 mol/L時,所有微乳樣品都沒有任何外觀變化,均保持很好的穩(wěn)定性。主要是因為吐溫 -80是非離子表面活性劑,不帶電荷而受離子的影響小,從而使體系較穩(wěn)定。

2.5 酸堿穩(wěn)定性

所制備微乳在酸溶液和堿溶液中的情況見表 3。從表 3可以看出,所有微乳樣品在酸性和堿性環(huán)境中都能保持很好的穩(wěn)定性,其中耐酸性比耐堿性更強。主要是因為吐溫 -80是非離子表面活性劑,不帶電荷而受 H+濃度的影響小,從而使體系較穩(wěn)定。

表3 各種微乳樣品的酸堿穩(wěn)定性實驗結果

3 討論

以吐溫-80為表面活性劑,分別以乙醇 /丙二醇 /甘油為助表面活性劑,分別以大豆油 /MCT/丁酸乙酯為油相制備食品級微乳,各種微乳樣品的粒徑均在 1～100 nm,使得樣品在儲存過程中非常穩(wěn)定。本文制備的微乳能在室溫下存放 6個月以上,并一直保持澄清透明或半透明狀態(tài)。在離心、溫度、鹽度以及酸堿等環(huán)境因素的影響下,微乳仍能保持很高的穩(wěn)定性。在吐溫-80系列食品級微乳的穩(wěn)定性比較中,以乙醇為助表面活性劑和以丁酸乙酯為油相,所制得的微乳穩(wěn)定性最好。

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Stability Evaluation of Food-gradeM icroemulsions with Tween-80

Zhao Jia-min,Chen Zhong,LinWei-feng
(College ofLight Industry and Food Science,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)

In this study,food-grade microemulsions were prepared with t ween-80 as the surfactant phase(S),ethanol,propylene glycol and glycerol as the co-surfactant phase(CS)and soybean oil,medium chain triglycerides and ethyl butyrate as the oil phase(O).Stability ofmicroemulsionswas evaluated by particle size deter mination and visual observation ofmicroemulsions affected by environment factors,including centrifugal effect,temperature,salinity and pH acidity.Stability comparison of differentmicroemulsionswas also estimated with the same method.The results indicated that stability ofmicroemulsionswaspretty good and microemulsionswere thermostable systems.Stability of the microemulsion system composed of tween-80 as the surfactant phase,ethanol as the co-surfactant phase and ethyl butyrate as the oil phase was best.

microemulsions,food-grade,t ween-80,stability

碩士研究生。

2010-05-20,改回日期:2010-08-23