乳狀液成分對O/W乳狀液性質的影響

王春玲，孟祥晨

（東北農業(yè)大學乳品科學教育部重點實驗室，黑龍江哈爾濱150030）

乳狀液成分對O/W乳狀液性質的影響

王春玲，孟祥晨*

（東北農業(yè)大學乳品科學教育部重點實驗室，黑龍江哈爾濱150030）

采用單因素實驗設計，通過機械攪拌方法制備O/W乳狀液。通過乳狀液的離心穩(wěn)定性、粘度和乳狀液的顯微結構，研究不同HLB值的復合乳化劑及含量、脫脂乳粉溶液的濃度以及油和水比例對乳狀液性質的影響，最終確定較佳的乳狀液成分。實驗結果表明：當以Span-80和Tween-80為復合乳化劑，其HLB值為9.6、復合乳化劑含量為16%（w/w）、脫脂乳粉溶液濃度為25%（w/v）、油與水比為1∶1（w/w）時，可以獲得狀態(tài)較好的乳狀液，此時乳狀液的離心穩(wěn)定性最高，可以達到97.5%。

乳狀液，O/W，乳化劑，穩(wěn)定性

乳狀液是指一相以液滴形式分散于另一相中所形成的分散體系[1]。被分散的相稱為分散相，連成一片的相稱為連續(xù)相，為了得到穩(wěn)定的乳狀液，制備時會加入乳化劑，即一般的乳狀液由分散相、連續(xù)相和乳化劑三部分組成[2]。簡單的乳狀液包括水包油（O/W）和油包水（W/O）兩種類型。乳狀液的應用很廣泛，食品中應用較多的是O/W型乳狀液，如在食品油脂的微膠囊化[3]或一些脂溶性物質的微膠囊化[4]方面。但乳狀液是高度分散的不穩(wěn)定體系，制備穩(wěn)定的乳狀液是其得以應用的一個前提，對于提高微膠囊化效率也至關重要。該研究的主要目的是通過對復合乳化劑HLB值和含量、連續(xù)相溶液濃度和油水相比例這些因素進行優(yōu)化，獲得較高穩(wěn)定性的O/W乳狀液，為脂溶性物質的微膠囊化奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

脫脂乳粉 新西蘭恒天然公司；一級大豆油 福臨門牌；Span-80 天津市大茂化學試劑廠，分析純；Tween-80 天津市天力化學試劑有限公司，化學純。

GL-21M高速冷凍離心機 上海市離心機械研究所；電子天平 瑞士梅特勒-托利多有限公司；HJ-6A多頭磁力加熱攪拌器 常州市華普達教學儀器有限公司；MAL1038384流變儀 英國馬爾文儀器有限公司；徠卡DMLB型顯微鏡 配有MPS30/60型顯微鏡攝影控制器操作程序，德國徠卡公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 乳狀液的制備過程 首先將乳化劑Span-80和Tween-80按比例進行復配，然后按照一定比例量取該復合乳化劑，加入到大豆油中，混合均勻，此為油相。將該油相置于磁力攪拌器上，在1800r/min轉速的攪拌下，按比例緩慢加入脫脂乳粉溶液，并在該轉速條件下乳化10min形成乳狀液。

1.2.2 復合乳化劑HLB值對乳狀液性質的影響 固定脫脂乳粉溶液的濃度為20%，用量為60g，大豆油用量為30g，復合乳化劑的用量為10g，按照表1的組合制備不同HLB值的乳化劑，研究乳化劑的HLB值對乳狀液性質的影響。

表1 Span-80與Tween-80配比制備不同HLB值的復合乳化劑Table 1 Preparation of the mixed emulsifiers with different HLB value by Span-80 and Tween-80

1.2.3 復合乳化劑含量對乳狀液性質的影響 固定脫脂乳粉溶液的濃度為20%，用量為60g，復合乳化劑的HLB值為9.6，按照表2的組合制備不同濃度的復合乳化劑，研究復合乳化劑含量對乳狀液性質的影響。

表2 不同含量復合乳化劑的制備Table 2 Preparation of the mixed emulsifiers with differentconcentration

1.2.4 脫脂乳粉溶液濃度對乳狀液性質的影響 固定脫脂乳粉溶液的用量為60g，大豆油用量為24g，復合乳化劑的HLB值為9.6，用量為16g，研究脫脂乳粉溶液濃度（10%、15%、20%、25%、30%）對乳狀液性質的影響。

1.2.5 油水比對乳狀液性質的影響 固定脫脂乳粉溶液的濃度為25%，復合乳化劑的HLB值為9.6，用量為16g，按照表3的組合根據不同油水比制備乳狀液，研究油水比對乳狀液性質的影響。

表3 不同油水比乳狀液的制備Table 3 Preparation of emulsifiers of different oil/water ratio

1.2.6 乳狀液穩(wěn)定性的測定 乳狀液的穩(wěn)定性用離心后油相與水相的分層情況來表示。測定方法為：取適量的制備好的乳狀液置于具有刻度的離心管中，在4℃，3000r/min的條件下離心10min，讀取離心管中析出的連續(xù)相的體積，按下式計算乳狀液的離心穩(wěn)定性：

1.2.7 乳狀液黏度的測定 參考Rachel Lutzet等[5]的方法，適當修改。使用流變儀的穩(wěn)態(tài)剪切速率掃描程序對乳狀液的粘度進行測定，使用2°直徑60mm的錐板，測定溫度為25℃，剪切速率的掃描范圍為0.01~ 100s-1。

1.2.8 乳狀液的顯微鏡觀察 取一定量剛剛制備好的O/W乳狀液于載玻片上，蓋上蓋玻片，用顯微鏡觀察制備的乳狀液，并用顯微鏡自帶拍照系統拍下乳狀液顯微照片。

2 結果與討論

2.1 復合乳化劑的HLB值對乳狀液性質的影響

2.1.1 對乳狀液離心穩(wěn)定性的影響 因為乳化劑具有兩親特性，它可以吸附在油水界面[6]，它的這種能力會通過親水親油平衡值表現出來。低HLB值（<7）的乳化劑用于制備W/O型乳狀液，高HLB值（>7）的乳化劑制備O/W型乳狀液[7]。司盤和吐溫常被用來制備復合乳化劑[8]。

圖1是不同HLB值的復合乳化劑形成乳狀液的離心穩(wěn)定性。從圖1可以看出，當乳化劑的HLB值由7.5逐漸增大到13.9，乳狀液的離心穩(wěn)定性呈現先增大后減小的趨勢。當復合乳化劑的HLB值為7.5時，乳狀液的離心穩(wěn)定性最小，僅為25%，當復合乳化劑HLB值為9.6，即Span-80和Tween-80質量比為1∶1時，乳狀液的離心穩(wěn)定性最高，為55%。實驗中發(fā)現，當單獨使用Tween-80為乳化劑時，制備的乳化液靜置10min分層嚴重，相比單一乳化劑，使用復合乳化劑制備的乳狀液更加穩(wěn)定。因為單一的乳化劑形成的界面吸附膜排列不夠緊密，膜強度不高，而復合乳化劑形成的膜強度會提高，表面吸附分子排列會更緊密。

圖1 不同HLB值的復合乳化劑形成乳狀液的離心穩(wěn)定性Fig.1 The centrifugal stability of the emulsions formed by mixed emulsifiers with different HLB

圖2 不同HLB值的復合乳化劑形成乳狀液的粘度Fig.2 The viscosity of the emulsions formed by mixed emulsifiers with different HLB value

2.1.2 對乳狀液粘度的影響 粘度是乳狀液流變特性的重要物性參數，并且粘度也與乳狀液的穩(wěn)定性密切相關。圖2是不同HLB值的復合乳化劑形成的乳狀液的粘度。乳狀液的液滴沉降速度與粘度成反比，也就是說乳狀液的粘度越大，分散相液滴運動的速度越慢，形成的乳狀液也就會越穩(wěn)定。由圖2可知，在該乳化體系下，復合乳化劑的HLB值對乳狀液粘度的影響不大，粘度也較小，該粘度范圍適合如噴霧干燥這樣的工業(yè)化生產過程。

2.1.3 不同HLB值復合乳化劑形成乳狀液的顯微照片 圖3是不同HLB值復合乳化劑形成乳狀液的顯微照片。由圖3可知，當復合乳化劑HLB為7.5時，乳狀液內油滴粒徑相對較大，而且油滴與油滴之間發(fā)生了明顯的聚集，粒徑分布很不均勻，這樣會加速油滴的沉降速度，不利于乳狀液穩(wěn)定。與其他組相比，當乳化劑HLB值為9.6時，乳狀液中油滴最密集，分布最均勻，粒徑也相對較小，此時乳狀液最穩(wěn)定，粘度最大，這與2.1.1和2.1.2中的實驗結果一致。乳化劑HLB值為11.8時，與HLB值為9.6時相比，油滴數量相對稀疏，因此乳狀液穩(wěn)定性下降。當HLB值為13.9時，分散相液滴發(fā)生粘連聚集，油滴直徑變大，數量變少。因此確定制備該O/W乳狀液最佳的復合乳化劑的HLB值為9.6。

圖3 不同HLB值復合乳化劑形成乳狀液的顯微照片（40×10）Fig.3 The micrographs of the emulsions formed by mixed emulsifiers with different HLB value（40×10）

2.2 復合乳化劑含量對乳狀液性質的影響

圖4 不同含量復合乳化劑形成乳狀液的離心穩(wěn)定性Fig.4 The centrifugal stability of the emulsions formed by mixed emulsifiers with different concentration

2.2.1 對乳狀液離心穩(wěn)定性的影響 乳化劑的含量是影響乳狀液穩(wěn)定性的一個重要因素。當不添加乳化劑時，制備的乳狀液靜置之后會迅速分層。圖4是不同含量復合乳化劑形成乳狀液的離心穩(wěn)定性。從圖4可以看出，在復合乳化劑含量為8%時，乳狀液很不穩(wěn)定，離心穩(wěn)定性只有47%。隨著復合乳化劑添加量的增大，乳狀液的離心穩(wěn)定性也逐漸增大，當復合乳化劑含量達到16%和18%時，乳狀液很穩(wěn)定，離心穩(wěn)定性分別達到了91%和91.5%，因為當乳化劑的含量增大時，油滴界面上吸附的乳化劑量會增多，提高了界面膜的強度，分散的油滴也不易粘連，從而增強了乳狀液的穩(wěn)定性。而且通過顯著性分析可知，兩組乳狀液離心穩(wěn)定性差異不顯著（P>0.05），但與其它各組相比差異顯著（P<0.05）。

2.2.2 對乳狀液粘度的影響 圖5是不同含量復合乳化劑形成乳狀液的粘度。由圖5可知，隨著乳狀液含量由8%遞增到18%時，乳狀液的粘度也在逐漸增大，并且與2.2.1中實驗結果比較，乳狀液的離心穩(wěn)定性與乳狀液的粘度成正比。當復合乳化劑含量為18%時雖然乳狀液粘度最大，但仍然具有良好的流動性。同時因為粘度對乳狀液穩(wěn)定性的影響主要通過阻止液滴之間的碰撞來實現，因此粘度增大會在一定程度上降低液滴之間的碰撞幾率，從而提高乳狀液的穩(wěn)定性。

圖5 不同含量復合乳化劑形成的乳狀液的粘度Fig.5 The viscosity of the emulsions formed by mixed emulsifiers with different concentration

2.2.3 不同含量復合乳化劑形成的乳狀液的顯微照片 圖6是不同含量復合乳化劑形成乳狀液的顯微照片。由圖6可以觀察到，當復合乳化劑添加量由8%增加到16%，乳狀液內分散相油滴的直徑明顯變小，在乳化劑含量為8%和12%時油滴聚集現象很明顯，而且分布稀疏，當乳化劑量增加到14%和16%后，乳狀液狀態(tài)有了顯著改觀，油滴分布密集均勻，但乳化劑含量為16%時的粒徑更小，所以乳化劑含量為16%乳狀液的穩(wěn)定性更好。雖然乳化劑含量為18%時乳狀液穩(wěn)定性與乳化劑含量16%時相近，但從經濟角度考慮，最后確定最佳的復合乳化劑含量為16%。

圖6 不同含量復合乳化劑形成乳狀液的顯微照片（40×10）Fig.6 The micrographs of the emulsions formed by mixed emulsifiers with different concentration（40×10）

2.3 脫脂乳粉溶液濃度對乳狀液性質的影響

2.3.1 對乳狀液離心穩(wěn)定性的影響 圖7是不同濃度的脫脂乳粉溶液形成的乳狀液的離心穩(wěn)定性。由圖7可以看出，隨著脫脂乳粉溶液濃度的增大，固形物含量增大，O/W乳狀液穩(wěn)定性越來越好，離心穩(wěn)定性由66%增加到95%，當脫脂乳粉溶液濃度為25%和30%時，乳狀液離心穩(wěn)定性差異不顯著（P>0.05），與其他組相比差異顯著（P<0.05）。

圖7 不同濃度的脫脂乳粉溶液形成的乳狀液的離心穩(wěn)定性Fig.7 The centrifugal stability of the emulsions formed by skim milk solution with different concentration

2.3.2 脫脂乳粉溶液濃度對乳狀液粘度的影響 圖8是不同濃度脫脂乳粉溶液形成乳狀液的粘度。由圖8可知，隨著脫脂乳粉溶液濃度由10%遞增到30%，乳狀液的粘度也在逐漸增大。但所有實驗組的乳狀液仍然具有良好的流動性，有利于進一步應用，如通過噴霧干燥等方法制備油脂粉末或對油溶性物質進行微膠囊化。

圖8 不同濃度的脫脂乳粉溶液形成的乳狀液的粘度Fig.8 The viscosity of the emulsions formed by skim milk solution with different concentration

圖9 不同濃度脫脂乳粉溶液形成乳狀液的顯微照片（40×10）Fig.9 The micrographs of the emulsions formed by skim milk solution with different concentration（40×10）

2.3.3 不同濃度脫脂乳粉溶液形成乳狀液的顯微照片 圖9是不同濃度脫脂乳粉溶液形成乳狀液的顯微照片。觀察圖9可知，當脫脂乳粉溶液濃度為10%和15%時，乳狀液內油滴粒徑相對較大，以10%脫脂乳粉溶液制備的乳狀液，油滴與油滴之間發(fā)生了絮凝，分散相分布不均勻，這樣會加速油滴的沉降速度，不利于乳狀液穩(wěn)定。當脫脂乳粉溶液濃度為20%和25%時，乳狀液中油滴分布密集且均勻，粒徑也相對較小，根據乳狀液穩(wěn)定性實驗可知，此時乳狀液很穩(wěn)定。綜合實驗結果，雖然30%脫脂乳粉溶液制備的乳狀液離心穩(wěn)定性略高于25%脫脂乳粉溶液制備的乳狀液，但兩組乳狀液的離心穩(wěn)定性差異不顯著（P> 0.05），同時考慮到成本問題，最終確定最佳的脫脂乳粉溶液濃度為25%。

2.4 油水比對乳狀液性質的影響

2.4.1 油水比對乳狀液離心穩(wěn)定性的影響 油水比對乳狀液的穩(wěn)定性有顯著的影響，而且在很大程度上會影響乳狀液的類型。圖10是不同油水比形成乳狀液的離心穩(wěn)定性。由圖10可知，當油水比由2∶3增加大1∶1后，乳狀液離心穩(wěn)定性由96%增加到97.5%。但是分散相體積分數的增大受到最大堆積體積分數的限制。根據立體幾何計算，任何大小的球形，最緊密堆積的液珠體積只能占總體積的74.02%，若分散相體積分數大于74.02%乳狀液就會破壞變形[15]。因此當油水比增大到3∶2時，乳狀液離心穩(wěn)定性顯著下降到40%（P<0.05），可能是因為3∶2的油水比已經超過了該體系下最大的體積堆積分數，乳狀液中油滴已經發(fā)生破裂，并且當實驗過程中繼續(xù)增大油水比為4∶1后，制備的乳狀液靜置后立即分層，不能制得O/W乳狀液。

圖10 不同油水比形成乳狀液的離心穩(wěn)定性Fig.10 The centrifugal stability of the emulsions formed by different oil/water ratio

圖11 不同油水比形成乳狀液的粘度Fig.11 The viscosity of the emulsions formed by different oil/ water ratio

2.4.2 油水比對乳狀液粘度的影響 圖11是不同油水比形成乳狀液的粘度。由圖可知，當油水比由2∶3增加到1∶1時，乳狀液的粘度也增大。因為當外水相減少時，油滴之間的自由途徑減小，油滴相互靠近，因此乳狀液的粘度增大。但當乳狀液的油水比繼續(xù)增大到3∶2時，乳狀液的粘度反而下降，根據前面油水比對乳狀液離心穩(wěn)定性影響的分析可知，此時乳狀液內油滴已經發(fā)生破裂，油滴破裂粘度降低。與圖10中結果比較，粘度增加，離心穩(wěn)定性增大，因為粘度增加在離心條件下，將會抑制水滴的下落，使分層率降低。

2.4.3 不同油水比形成乳狀液的顯微照片 圖12是不同油水比形成乳狀液的顯微照片，由圖12觀察可知，油水比為2∶3和1∶1時分散相油滴分布密集且均勻，減少了油滴之間的運動空間。油水比3∶2制備的乳狀液粒徑大，分布松散且不均勻。因此根據實驗結果確定最佳的油水比為1∶1。

圖12 不同油水比形成乳狀液的顯微照片（40×10）Fig.12 The micrographs of the emulsions formed by different oil/water ratio（40×10）

3 結論

對于O/W型乳狀液，復合乳化劑的HLB值和含量、水相溶液濃度、油水質量比對乳狀液穩(wěn)定性的影響都很大。當復合乳化劑HLB值9.6、復合乳化劑含量為16%（w/w）、脫脂乳粉溶液濃度為25%（w/v）、油水質量比為1∶1時，O/W乳狀液的狀態(tài)最好，顯微觀察后發(fā)現乳狀液內相液滴分布均勻密集。根據實驗結果可知，此時乳狀液離心穩(wěn)定性最高，為97.5%，除了復合乳化劑HLB值為7.5和13.9兩組實驗外，其余組乳狀液的離心穩(wěn)定性都與粘度成正比，所制備的乳狀液的粘度對食品常見的生產過程沒有顯著影響。

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Effect of emulsion ingredients on the oil-in-water emulsions characteristics

WANG Chun-ling，MENG Xiang-chen*
（Key Laboratory of Dairy Science，Ministry of Education，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China）

The mechanical agitation was used to prepare oil-in-water emulsions by one-factor experimental design.The effects of the mixed emulsifiers with different HLB value and concentration，skim milk solution with different concentration，oil/water with different ratio on the O/W emulsions characteristics were investigated by determining centrifugal stability，viscosity of emulsions and microscopic structure of emulsions.Optimum emulsion ingredients were determined.The results indicated that a emulsion with good stability was obtained when Span-80 and Tween-80 were used as emulsifiers，the HLB value of mixed emulsifiers was 9.6，the concentrations of mixed emulsifiers and skim milk solution were 16%（w/w）and 25%（w/v）respectively，and the oil/water ratio was 1∶1（w/w）.The stability of the emulsion reached 97.5%according to the above conditions.

emulsion；oil in water；emulsifier；stability

TS202.3

A

1002-0306（2012）07-0329-05

2011－06－24 *通訊聯系人

王春玲（1986-），女，碩士研究生，研究方向：乳品科學與工程。