冷榨芝麻油微膠囊乳狀液乳化條件及乳化體系研究

侯利霞，王穎穎，王曉霞

（河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

0 前言

油料冷榨工藝的發(fā)展為各種冷榨油的研究、生產(chǎn)提供了條件.冷榨芝麻油色澤較淺、風(fēng)味清香，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，適合人們對(duì)綠色健康食品的要求，但其抗氧化能力較弱，微膠囊化可以增加其氧化穩(wěn)定性.微膠囊乳狀液的穩(wěn)定性對(duì)微膠囊產(chǎn)品的質(zhì)量有著非常重要的影響，制備穩(wěn)定性較高的乳狀液是成功制作微膠囊產(chǎn)品的第一步.時(shí)浩[1]以微膠囊乳狀液為研究對(duì)象，對(duì)食品體系水包油乳狀液的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，內(nèi)容包括乳狀液制備和評(píng)價(jià)方法以及各組分、環(huán)境因素對(duì)其穩(wěn)定性的影響.另外，還可采用加壓均質(zhì)的方法來(lái)提高乳狀液的穩(wěn)定性[2].楊承鴻等[3]對(duì)單甘酯應(yīng)用于植脂末中進(jìn)行了研究，選擇了3 種單甘酯分別和硬脂酰乳酸鈉進(jìn)行復(fù)配研究乳狀液的穩(wěn)定性，分別得出了不同的乳化劑配方.譚峰等[4]用雙目生物顯微鏡對(duì)軋制的乳狀液進(jìn)行觀察和分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)乳狀液油滴粒徑隨乳化劑用量的增加而減小，相應(yīng)地穩(wěn)定性隨之提高.對(duì)冷榨芝麻油微膠囊乳狀液的乳化條件和乳狀液性質(zhì)進(jìn)行研究，迄今為止尚未見(jiàn)國(guó)內(nèi)外相關(guān)報(bào)道，此研究旨在為微膠囊化油脂的研究提供參考和依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

冷榨芝麻油：實(shí)驗(yàn)室冷榨機(jī)制備；大豆分離蛋白（SPI）、阿拉伯膠（GA）、β-環(huán)糊精（β-CD）、蔗糖酯S-15、單甘酯、酪朊酸鈉、黃原膠，均為食品級(jí).

1.2 主要儀器

高速乳化剪切均質(zhì)機(jī)：上海弗魯克流體機(jī)械制造有限公司；TA-DHR-1 型流變儀：美國(guó)TA 公司；BT-9300 H 型激光粒度分布儀：丹東市百特儀器有限公司；YYS-70 型生物顯微鏡：上海儀圓光學(xué)儀器廠.

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 乳狀液制備

壁材按具體比例復(fù)配后加入水溶性乳化劑蔗糖酯，用蒸餾水充分溶解.油中加入油溶性乳化劑單甘酯，水浴溶解.將油相在攪拌下緩緩加入壁材溶液中，70 ℃水浴處理15 min，用高速乳化剪切均質(zhì)機(jī)在10 000 r/min 條件下均質(zhì)處理4 min，制備好乳狀液，待用.

1.3.2 乳狀液穩(wěn)定性測(cè)定

乳狀液的乳化穩(wěn)定性用乳化穩(wěn)定指數(shù)（ESI）和穩(wěn)定指數(shù)表示，值越大表明其穩(wěn)定性越好.乳化穩(wěn)定指數(shù)（ESI）參照謝巖黎等[5]的方法并稍加修改.壁材0.05 g 溶于50 mL 磷酸緩沖液（pH 7.0）中，加入17 mL 油(約1/3)，10 000 r/min 連續(xù)攪拌1 min，然后分別在0 min 和10 min 后取1 mL 溶液用0.1%SDS 溶液稀釋50 倍，以0.1%SDS 溶液為空白，用可見(jiàn)分光光度計(jì)在500 nm 處測(cè)定吸光度.

式中：A0為0 時(shí)刻時(shí)的吸光值；ΔT 為時(shí)間差，min；ΔA 為ΔT 時(shí)間內(nèi)的吸光值差.

穩(wěn)定指數(shù)參照Tonon R.V 等[6]的方法并有所改動(dòng)，將制備好的乳狀液稀釋至1/5 置于100 mL具塞量筒中，室溫下放置24 h 后觀察分層情況，記錄分層體積.

式中：H0為乳狀液總高度；H1為上清液高度.

1.3.3 乳化條件正交試驗(yàn)

以乳狀液的穩(wěn)定指數(shù)為考察指標(biāo)，分別測(cè)定乳狀液的穩(wěn)定性.研究乳化溫度（在剪切時(shí)間4 min、乳化劑復(fù)配比例為2∶1 條件下，設(shè)定乳化溫度為50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃）、剪切時(shí)間（在乳化溫度70 ℃、乳化劑復(fù)配比例為2∶1 條件下，設(shè)定剪切時(shí)間為0 min、2 min、4 min、6 min、8 min）和乳化劑復(fù)配比例（在乳化溫度70 ℃、剪切時(shí)間4 min 條件下，設(shè)定蔗糖酯∶單甘酯復(fù)配比例為1∶1、2∶1、3 ∶1）對(duì)其的影響.在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交表進(jìn)行正交試驗(yàn).

1.3.4 乳狀液黏度測(cè)定與乳狀液粒徑測(cè)定

采用TA-DHR-1 型流變儀進(jìn)行測(cè)定.吸取適量制備好的乳狀液滴在不銹鋼圓盤上，剪切速率為0～300 s-1，室溫下測(cè)定黏度曲線.采用BT-9300H 型激光粒子散射儀測(cè)定乳狀液的粒徑.

1.3.5 乳狀液顯微鏡觀察

取剛制備好的乳狀液置于載玻片上，蓋上蓋玻片，用顯微鏡觀察乳狀液，并拍下顯微照片.

2 結(jié)果與討論

2.1 不同壁材、不同乳化劑對(duì)乳化穩(wěn)定指數(shù)的影響

研究乳化劑蔗糖酯、單甘酯以及酪朊酸鈉對(duì)單一壁材大豆分離蛋白（SPI)、阿拉伯膠(GA)、β-環(huán)糊精(β-CD）乳狀液穩(wěn)定性的影響，乳化劑分別以0.2%加入到配置好的乳狀液中，測(cè)定乳狀液的乳化穩(wěn)定指數(shù)，結(jié)果見(jiàn)圖1.

圖1 不同乳化劑對(duì)乳化穩(wěn)定指數(shù)的影響Fig.1 The influence of different emulsifiers on emulsion stability index

由圖1 可知，3 種壁材乳狀液的乳化穩(wěn)定指數(shù)在加入蔗糖酯和單甘酯后都有所降低，而在加入酪朊酸鈉后明顯升高，且大豆分離蛋白乳狀液升高得最多.這可能是因?yàn)檎崽酋ズ蛦胃术サ募尤胧沟萌闋钜阂旱瘟皆龃?，液滴的粒徑越大，越容易出現(xiàn)分層、絮凝、聚結(jié)等現(xiàn)象，乳狀液就越不穩(wěn)定，而酪朊酸鈉具有很好的成膜性，在制備乳狀液時(shí)既是乳化劑又可充當(dāng)壁材，其中的酪蛋白具有很好的雙親作用，可分別與水和脂肪類物質(zhì)相吸引[7]，因而可提高乳狀液穩(wěn)定性.

將大豆分離蛋白與阿拉伯膠、大豆分離蛋白與β-環(huán)糊精復(fù)配，分別加入不同乳化劑測(cè)定乳狀液的乳化穩(wěn)定指數(shù)，結(jié)果如圖2 所示.

圖2 兩種壁材（大豆分離蛋白與阿拉伯膠、大豆分離蛋白與β-環(huán)糊精）復(fù)配的乳化穩(wěn)定指數(shù)Fig.2 Effect of wall materials (soybean protein isolated and Arabic gum，soybean protein isolated and β-cyclodextrins) on emulsion stability index

由圖2 可以看出，在加入蔗糖酯、單甘酯和酪朊酸鈉后對(duì)復(fù)合乳狀液的穩(wěn)定性有明顯提高.這主要是酪朊酸鈉對(duì)復(fù)合乳狀液的穩(wěn)定作用所致.黃原膠可增強(qiáng)大豆分離蛋白與β-環(huán)糊精復(fù)合乳狀液的穩(wěn)定性，這可能是由于黃原膠與β-環(huán)糊精相互作用，對(duì)乳狀液的結(jié)構(gòu)有所改變.

因此，選擇大豆分離蛋白和β-環(huán)糊精作為壁材，蔗糖酯、單甘酯和酪朊酸鈉作為乳化劑復(fù)配制備微膠囊乳狀液.

2.2 乳化條件單因素試驗(yàn)

2.2.1 乳化溫度對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響

乳化溫度對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖3.

圖3 乳化溫度對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響Fig.3 The influence of the emulsifying temperature on the stability of the emulsion

由圖3 可知，乳化溫度小于70 ℃時(shí)，乳狀液穩(wěn)定性隨溫度升高而增加，大于70 ℃以后，乳狀液穩(wěn)定性隨溫度升高而降低，因此本試驗(yàn)的乳化溫度選用70 ℃較為適宜.

2.2.2 剪切時(shí)間對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響

剪切時(shí)間對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響如圖4 所示.

圖4 剪切時(shí)間對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響Fig.4 The influence of the shear time on the stability of the emulsion

由圖4 可以看出，剪切時(shí)間小于4 min 時(shí)，乳狀液穩(wěn)定性隨剪切時(shí)間延長(zhǎng)而升高，在4～6 min 之間保持穩(wěn)定，大于6 min 以后隨剪切時(shí)間延長(zhǎng)反而下降.小于4 min 時(shí)，因剪切作用不足乳狀液未能完全乳化均勻，4～6 min 是一個(gè)平穩(wěn)期，大于6 min以后，剪切作用過(guò)大而破壞了乳狀液原有的穩(wěn)定體系，從而導(dǎo)致乳狀液穩(wěn)定性降低，同時(shí)考慮到能源節(jié)約，因此選擇的剪切時(shí)間為4 min.

2.2.3 乳化劑復(fù)配比例（蔗糖酯∶單甘酯）對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響

不同配比乳化劑對(duì)應(yīng)的HLB 值（親水親油平衡值）見(jiàn)表1.

表1 不同配比乳化劑對(duì)應(yīng)的HLB 值Table 1 The corresponding HLB value of different ratio emulsifiers

乳化劑復(fù)配比例對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖5.

圖5 乳化劑復(fù)配比例對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響Fig.5 The influence of the ratio of emulsifiers on the stability of the emulsion

選用蔗糖酯和單甘酯作為復(fù)合乳化劑時(shí)，調(diào)整好其比例十分重要，蔗糖酯屬親水性而單甘酯屬親油性，本試驗(yàn)制備的乳狀液屬水包油型，因而親水性乳化劑用量要多于親油性乳化劑，但過(guò)多也不利于乳狀液的形成，從圖5 可以看出，乳化劑復(fù)配比例為2∶1（即蔗糖酯∶單甘酯為2∶1）時(shí)乳狀液穩(wěn)定性最好.因而選擇合適的乳化劑復(fù)配比例為2∶1.

2.3 乳化條件正交試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，考察乳化溫度、剪切時(shí)間、乳化劑復(fù)配比例3 個(gè)因素對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的綜合影響，進(jìn)行正交試驗(yàn)，因素與水平見(jiàn)表2，正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3.

比較表3中極差值大小可知，各因素對(duì)乳狀液穩(wěn)定指數(shù)的影響順序?yàn)锳＞C＞B，即乳化溫度＞乳化劑復(fù)配比例＞剪切時(shí)間.由均值可知，優(yōu)化的乳化條件為A2B2C2，即乳化溫度70 ℃，剪切時(shí)間4 min，乳化劑復(fù)配比例為2∶1.在最優(yōu)條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，制備的乳狀液穩(wěn)定指數(shù)均值可達(dá)98.2%.

表2 因素與水平Table 2 The factors and levels

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 The orthogonal experiment results

2.4 總固形物含量對(duì)乳狀液黏度的影響（圖6）

圖6 總固形物含量對(duì)乳狀液黏度的影響Fig.6 The influence of total solids content on the viscosity of emulsion

由圖6 可知，乳狀液黏度隨固形物含量增加而增大，不同固形物含量的乳狀液在剛開(kāi)始時(shí)都有一個(gè)剪切變稀的過(guò)程，隨著剪切速率增加，其黏度也趨向穩(wěn)定.黏度過(guò)小則乳狀液較稀，不利于包埋，但黏度過(guò)高會(huì)使后續(xù)的噴霧干燥過(guò)程粘壁現(xiàn)象較為嚴(yán)重.趙斌等[8]在對(duì)磷脂微膠囊乳狀液的穩(wěn)定性進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，乳狀液中干物質(zhì)含量越高乳狀液穩(wěn)定性就越好，但濃度過(guò)大時(shí)反而會(huì)使穩(wěn)定性減弱.參照相關(guān)資料[9]可知，乳狀液黏度一般在0.01～0.05 Pa·s 時(shí)較為適宜，因此，在設(shè)定乳狀液總固形物含量時(shí)選擇在17%～22%比較合適.

2.5 乳狀液粒徑分析（圖7）

由圖7 可以看出，冷榨芝麻油微膠囊乳狀液的粒徑大多分布在1～10 μm 的區(qū)間內(nèi)，占81.93%，其中在1～3 μm 區(qū)間的約占36.6%，在3～7 μm 區(qū)間的約占33.8%，在7～10 μm 區(qū)間的約占11.53%，體積平均粒徑6.2 μm.總體來(lái)說(shuō)，冷榨芝麻油微膠囊乳狀液顆粒大小分布比較均勻，較為集中.

圖7 冷榨芝麻油微膠囊乳狀液粒徑分布Fig.7 The particle size distribution of Cold-pressed sesame oil microcapsule emulsion

2.6 乳狀液顯微鏡觀察

在最優(yōu)試驗(yàn)條件下（乳化溫度70 ℃，剪切時(shí)間4 min，乳化劑復(fù)配比例為2∶1，總固形物含量19%）制備微膠囊乳狀液，其放大640 倍的顯微鏡照片見(jiàn)圖8.由圖8 可以看出，有個(gè)別冷榨芝麻油微膠囊乳狀液液滴較大，但整體比較均勻、液滴大小相近，說(shuō)明乳化情況較好.

3 結(jié)論

通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)，得出冷榨芝麻油微膠囊乳狀液最佳的乳化條件為：乳化溫度70 ℃，剪切時(shí)間4 min，乳化劑復(fù)配比例為2∶1，此條件下制備的乳化穩(wěn)定指數(shù)可達(dá)98.2%.

圖8 乳狀液顯微觀察圖片（放大640 倍）Fig.8 The picture of emulsion under microscopic observation(Magnified 640 times)

采用TA-DHR-1 型流變儀研究乳狀液黏度的結(jié)果表明，乳狀液黏度在剛開(kāi)始時(shí)有一個(gè)剪切變稀的過(guò)程，隨著剪切速率增加，其黏度也趨向穩(wěn)定.乳狀液總固形物含量為20%左右時(shí)乳化效果較好.乳狀液粒徑大多分布在1～10 μm 的區(qū)間內(nèi)，比例占81.93%，這說(shuō)明乳狀液粒徑大小相近，分布較為集中.

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