椰子油微乳的制備及其性質(zhì)研究

魯夢(mèng)齊，向東

(海南大學(xué) 食品學(xué)院，海南 海口， 570228)

椰子油微乳的制備及其性質(zhì)研究

魯夢(mèng)齊，向東*

(海南大學(xué) 食品學(xué)院，海南 ?？?， 570228)

用非離子型表面活性劑司班80和吐溫80制備椰子油微乳，考察制備方法、親水親油平衡值(hydrophilic lipophilic balance value ，HLB)、助乳化劑和乳化劑用量對(duì)微乳形成的影響，以確定椰子油微乳的最優(yōu)制備工藝參數(shù)。結(jié)果表明，復(fù)合乳化劑的HLB值為12，助乳化劑為丙三醇，乳化劑用量為油水總量的3.2%時(shí)，用超聲輔助攪拌的方法能制備穩(wěn)定的o/w型椰子油微乳。當(dāng)椰子油和乳化劑與水的質(zhì)量比為1∶9和2∶8時(shí)制得的微乳穩(wěn)定性最佳，而3∶7時(shí)制得的微乳在低溫下不太穩(wěn)定。

椰子油；超聲；微乳；穩(wěn)定性

微乳是一種由適當(dāng)比例的表面活性劑、助表面活性劑、水和油自發(fā)形成的各向同性、外觀透明或半透明、熱力學(xué)穩(wěn)定的分散體系[1]，其粒徑一般在1～100 nm之間。微乳液是一種熱力學(xué)穩(wěn)定的牛頓非黏稠液體，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由一系列的表面活性劑所穩(wěn)定的，并對(duì)另一種液體或者是其他的包嵌分子有很大的增溶能力如食品添加劑、營(yíng)養(yǎng)制品、香味、化妝品、活性成分和藥物[2]。由于其良好的穩(wěn)定性和增溶性，微乳液在涂料工業(yè)[3]、織物染整[4]、皮革助劑[5]、金屬加工[6]、醫(yī)藥[7-8]、美容[9]、食品[10]等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。

椰子油是源于椰子果肉的植物性油脂，是國(guó)際油脂貿(mào)易的大宗產(chǎn)品，椰子油中短鏈脂肪酸的比例高達(dá)80%以上，其中C12脂肪酸含量占60%，具有減少機(jī)體負(fù)荷[11]、抗菌、抗氧化、降血脂和膽固醇等多種生理功能，廣泛用于食品、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域[12]。但椰子油流動(dòng)性差，在工業(yè)上大量使用時(shí)難均勻分散于基質(zhì)中，并在稱取、填充、包裝及容器清洗時(shí)都會(huì)造成困難。故實(shí)驗(yàn)擬制備椰子油微乳，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

椰子油，海南乾程科技實(shí)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司；吐溫80(HLB值15)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；司班80(HLB值4.3)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；丙三醇，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；葡萄糖，廣州化學(xué)試劑廠；NaCl,廣州化學(xué)試劑廠。實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純。

DropMeter A-60光學(xué)接觸角/表界面張力測(cè)量?jī)x，寧波海曙邁時(shí)檢測(cè)科技有限公司；ZMD-2自動(dòng)電子密度(比重)儀，上海方瑞儀器有限公司；FJ-200高速分散均質(zhì)機(jī)，上海標(biāo)本模型廠；AL204電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；FS-600N超聲處理器，上海生析超聲儀器有限公司；PHS-3C型pH計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；DDS-11C型電導(dǎo)率儀，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；TS-RO-20L/H超純水設(shè)備，陶氏水處理設(shè)備工程有限公司；TG16-WS臺(tái)式高速離心機(jī)，長(zhǎng)沙高新開(kāi)發(fā)區(qū)湘麓離心機(jī)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 微乳的制備

在一直攪拌或均質(zhì)輔以攪拌(即將形成微乳的其中3種成分混合后經(jīng)均質(zhì)處理，再邊攪拌邊滴加第4種成分)或超聲輔以攪拌(即將形成微乳的其中3種成分混合后經(jīng)超聲處理，再邊攪拌邊滴加第四種成分)的條件下，采用滴水法、滴油法、滴助劑法制備微乳。控制油水比為2∶8，固定乳化劑量占油水總量比為0.16%，將不同方法制備的微乳裝在25 mL比色管中放在室溫下觀察并連續(xù)3天測(cè)量乳析指數(shù)Y。

(1)

式中：A，微乳上浮層高度，mm；B，微乳總高度，mm。

1.2.2 微乳配方篩選

1.2.2.1 乳化劑最佳HLB的確定

以司班80和吐溫80 復(fù)配得到不同HLB值的復(fù)合乳化劑，根據(jù)不同的HLB值確定其各自的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，按下式計(jì)算：

(2)

WAB=WA+WB

式中：HLBAB，復(fù)合乳化劑的親水親油平衡值；HLBA，司班80的親水親油平衡值，本試驗(yàn)中HLBA=4.3；HLBB，吐溫80的親水親油平衡值，本試驗(yàn)中HLBB=15。WA，溶液中司班80的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；WB，溶液中吐溫80的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；WAB，溶液中復(fù)合乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

根據(jù)上式計(jì)算HLB值為7.9、8.3、8.7、9.1、9.5、9.9、10.3、10.7、11.1、11.5、11.9、12.3、12.7、13.1、13.5、13.9、14.3、14.7所需的司班80和吐溫80的量，稱量加入蒸餾水中于60 ℃水浴加熱使之充分溶解后并冷至室溫測(cè)定密度，同時(shí)測(cè)定椰子油在室溫下的密度，再測(cè)界面張力。根據(jù)測(cè)定結(jié)果確定界面張力較小的樣品所對(duì)應(yīng)的HLB值范圍，在該范圍選取八個(gè)代表性HLB值并制備微乳，根據(jù)乳化效率確定最佳HLB值。

(3)

式中：M表示質(zhì)量，g。

1.2.2.2 助乳化劑的篩選

按1.2.1確定的制備方法，1.2.2.1確定的最佳HLB條件下，固定油水比為1∶9，乳化劑量占油水總量比為1.6%，從丙三醇、1,2-丙二醇，乙醇，PEG-400中篩選最佳助乳化劑。

1.2.2.3 乳化劑最佳用量的確定

設(shè)定乳化劑量占油水總量的質(zhì)量比為0.8%、1.6%、2.4%、3.2%、4%、4.8%、5.6%、6.4%、7.2%、8%、8.8%、9.6%，通過(guò)現(xiàn)象觀察、乳化效率和三元相圖來(lái)確定最佳乳化劑用量。

1.2.3 微乳類(lèi)型的鑒定

用染色法[13]鑒定微乳類(lèi)型，將制備的微乳置于比色管中，分別加入少量等量的油溶性染料蘇丹紅Ⅲ(紅色)和水溶性染料亞甲基藍(lán)(藍(lán)色)，靜置觀察2種染料的擴(kuò)散速度。若藍(lán)色比紅色擴(kuò)散快，則是水包油型微乳，反之，則是油包水型微乳，若2種染色溶液的擴(kuò)散速度相同，則該微乳為雙連續(xù)型。

1.2.4 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

選取各組分比例不同的微乳樣品進(jìn)行短期穩(wěn)定性研究。

1.2.4.1 離心穩(wěn)定性

將制備的微乳經(jīng)4 000 r/min，離心30 min，觀察外觀是否出現(xiàn)分層、渾濁等不穩(wěn)定現(xiàn)象。

1.2.4.2 化學(xué)穩(wěn)定性

配制0.9%的NaCl溶液和5%的葡萄糖溶液，分別緩慢滴加到5g微乳中并攪拌均勻直至微乳變渾濁，記錄加入的溶液質(zhì)量。

1.2.4.3 貯藏穩(wěn)定性

將微乳分別置于-18 ℃、4 ℃、60 ℃、常溫下放置1周，觀察放置前后的外觀并測(cè)定放置前后的電導(dǎo)率、pH和粒徑及分散指數(shù)(polydisper dispersion index，PDI)。

2 結(jié)果與分析

2.1 微乳的制備方法

在一直攪拌或均質(zhì)輔以攪拌或超聲輔以攪拌的條件下，采用滴水法不能制備出透明微乳，溶液一直呈乳白狀態(tài)。采用滴油法也不能制備出透明微乳，油難被乳化，浮于溶液表面。采用滴助表面活性劑的方法均能制備出透明微乳，但穩(wěn)定性有差異，通過(guò)測(cè)定乳析指數(shù)進(jìn)一步確定微乳的最佳制備方法。不同方法制備的微乳的乳析指數(shù)見(jiàn)圖1。

圖1 不同方法制備的微乳的乳析指數(shù)Fig.1 Creaming index of microemulsion prepared by different methods

如圖1所示，不同方法制備的微乳的乳析指數(shù)相差很大，經(jīng)超聲輔以攪拌的方法制備的微乳的乳析指數(shù)最小且隨時(shí)間的變化不大，即微乳最穩(wěn)定。另兩種方法制備的微乳穩(wěn)定性不佳。故選用超聲輔以攪拌的方法制備微乳。

2.2 微乳配方篩選

2.2.1 乳化劑最佳HLB的確定

DropMeter A-60光學(xué)接觸角/表界面張力測(cè)量?jī)x是利用儀器的自動(dòng)加液系統(tǒng)形成一相液體在另一相液體中的懸滴，通過(guò)LED燈從背面照射液滴，從而獲得液滴的軸截面輪廓圖像。儀器自帶的軟件依靠高速視頻攝像系統(tǒng)周期性的獲取液滴的輪廓圖像(選取實(shí)驗(yàn)中具有代表性的不同HLB體系經(jīng)過(guò)相同攝像時(shí)間的懸滴圖像見(jiàn)圖2，并擬合到Y(jié)oung-Laplace[14]方程，求得界面張力在內(nèi)的相關(guān)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同HLB體系的界面張力見(jiàn)圖3。

圖2 懸滴圖像Fig.2 Image of pendent drop

圖3 不同HLB體系的界面張力Fig.3 Interfacial tension of systems with different hydrophilic-lipophilic balance

懸滴形狀越趨于圓形，兩相間的界面張力越大，反之則越小。如圖2所示從左到右圖形越來(lái)越圓表明界面張力越來(lái)越小，與圖3所測(cè)定的張力值趨勢(shì)一致。界面張力是影響乳液穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素，一般界面張力越小，則乳液越穩(wěn)定。由圖3可知，當(dāng)HLB介于8.7～12.7時(shí)，界面張力較小且在較小的范圍內(nèi)波動(dòng)，體系相對(duì)穩(wěn)定。故選取HLB值為9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5的體系進(jìn)行乳化效率分析以確定最佳HLB值，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同HLB值體系的乳化效率Fig.4 Emulsifying efficiency of systems with different hydrophilic-lipophilic balance

由圖4可知，當(dāng)復(fù)合乳化劑的HLB值為12時(shí)，乳化效率最高。

2.2.2 助乳化劑的篩選

在超聲輔以攪拌的條件下，控制乳化劑的HLB為12，四種助乳化劑制備微乳的情況見(jiàn)表1。

表1 不同助乳化劑的滴定結(jié)果

由表1可知，丙三醇和聚乙二醇400作為助乳化劑均能得到微乳。但聚乙二醇400制得的微乳穩(wěn)定性不好，而且實(shí)驗(yàn)中聚乙二醇400制得微乳的乳化效率相比丙三醇的要小很多。所以丙三醇為助乳化劑能制得穩(wěn)定的微乳。

2.2.3 乳化劑最佳用量的確定

在超聲輔以攪拌的條件下，控制乳化劑的HLB為12，不同乳化劑用量所制備的微乳乳化效率見(jiàn)圖5，表觀見(jiàn)圖6。

圖5 不同乳化劑量制備的微乳的乳化效率Fig.5 Emulsifying efficiency of microemulsion prepared by different amount of emulsifier

圖6 不同乳化劑量制備的微乳的表觀Fig.6 Appearance of microemulsion prepared by different amount of emulsifier

由圖5可知，乳化效率隨乳化劑量的增加呈上升趨勢(shì)，但由圖5可知不同乳化劑量對(duì)微乳體系的表觀影響很大，隨乳化劑量增多，微乳表觀偏白。目測(cè)判定微乳粒徑等級(jí)的方法[15]表明，澄清微藍(lán)的微乳粒徑通常小于50 nm，藍(lán)白色的微乳粒徑在50～100 nm，亮白色奶狀乳劑粒徑則大于100 nm。乳化劑量為1.6%、2.4%、3.2%時(shí)微乳表觀澄清微藍(lán)且表面無(wú)油花，乳化效率呈逐漸上升趨勢(shì)但在較小范圍18.88%～22.88%之間。為進(jìn)一步確定最佳乳化劑量，作乳化劑量為1.6%、2.4%、3.2%的微乳的偽三元相圖進(jìn)行判斷。

由圖7可知，當(dāng)乳化劑量為1.6%和2.4%時(shí)，微乳區(qū)面積(陰影部分)基本相同，當(dāng)乳化劑量為3.2%時(shí)，微乳區(qū)面積明顯增大。故微乳的最佳乳化劑的量確定為3.2%。

圖7 含不同乳化劑量的微乳的偽三元相圖Fig.7 Pseudo-ternary phase diagrams of microemulsions with different amount of emulsifier

2.3 微乳類(lèi)型的鑒定

觀察可見(jiàn)藍(lán)色亞甲基藍(lán)在微乳中的擴(kuò)散速度明顯快于紅色蘇丹紅Ⅲ的擴(kuò)散速度，表明所制備的微乳為水包油(o/w)型。

2.4 微乳的穩(wěn)定性

由2.1和2.2可知，司盤(pán)80和吐溫80復(fù)配HLB值為12，乳化劑用量為油水總量的3.2%時(shí)，在超聲輔助攪拌的條件下滴丙三醇可制得穩(wěn)定微乳。選取(椰子油和乳化劑)與水的質(zhì)量比為1∶9，2∶8，3∶7時(shí)制得的微乳進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

2.4.1 離心穩(wěn)定性

3組試樣經(jīng)離心后外觀仍保持均一透明，說(shuō)明制得的微乳具有一定的穩(wěn)定性。

2.4.2 化學(xué)穩(wěn)定性

由表2可知，隨微乳配方中的水增加而油減少，微乳對(duì)NaCl溶液和葡糖糖溶液的增溶能力增加，即微乳的化學(xué)穩(wěn)定性越好?？赡苁且?yàn)镹aCl和葡糖糖溶于水而不溶于油，則隨水油質(zhì)量比的增加其增溶量變大。且微乳對(duì)葡萄糖的增溶量遠(yuǎn)大于NaCl的增溶量，可能是由于NaCl的鹽析作用使體系臨界膠束濃度和界面張力升高，不利于微乳形成，使粒徑又逐漸增大[16-19]。

表2 微乳的化學(xué)穩(wěn)定性

2.4.3 貯藏穩(wěn)定性

試樣1∶9、2∶8、3∶7貯藏前后性質(zhì)依次見(jiàn)表3、表4、表5。

表3 試樣1∶9貯藏前后的性質(zhì)

表4 試樣2∶8貯藏前后的性質(zhì)

表5 試樣3∶7貯藏前后的性質(zhì)

由表3和表4可知，微乳試樣1∶9和2∶8在貯藏前后外觀、電導(dǎo)率、pH和粒徑/PDI均變化不大，表明該微乳穩(wěn)定性好。由表5可知，微乳試樣3∶7經(jīng)-18 ℃和4 ℃貯藏后出現(xiàn)分層現(xiàn)象，說(shuō)明該微乳不適宜低溫貯藏。

3 結(jié)論

采用超聲輔助攪拌的方法，當(dāng)司班80和吐溫80復(fù)合乳化劑HLB值為12，乳化劑用量為油水總量的3.2%時(shí)，滴丙三醇能制備出具有一定穩(wěn)定性的o/w型椰子油微乳。當(dāng)椰子油和乳化劑與水的質(zhì)量比為1∶9和2∶8時(shí)制得的微乳穩(wěn)定性良好，而質(zhì)量比為3∶7時(shí)制得的微乳在低溫下穩(wěn)定性略差。椰子油是一種多功能性植物油脂，微乳具有穩(wěn)定、粒徑小、增容性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，兩者在食品、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，制備出的椰子油微乳將兩者的優(yōu)點(diǎn)加以結(jié)合，應(yīng)用前景可觀。

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Study on the preparation and properties of coconut oil microemulsion

LU Meng-qi, XIANG Dong*

(College of Food Science, Hainan University, Haikou 570228,China)

The microemulsion of coconut oil was prepared with span 80 and Tween 80. The effect of preparation method, hydrophilic lipophilic balance value (HLB), cosurfactant and emulsifier amount were investigated for determining the best process parameters of coconut oil microemulsion. The results showed that stable oil in water microemulsion of coconut oil can be prepared by ultrasonic assisted stirring method with HLB12, glycerol as cosurfactant and 3.2% of emulsifier. The microemulsion had the best stability when the ratio of total amount of coconut oil and emulsifier and the amount of water was 1∶9 or 2∶8, the microemulsion was not stable at low temperature when the ratio was 3∶7.

coconut oil; ultrasonic; microemulsion; stability

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201704027

碩士研究生(向東副教授為通訊作者，E-mail：foods2003@126.com)。

海南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(ZDYF2016102)

2016-07-27，改回日期：2016-09-22