兩種不同芯材制備的乳化液穩(wěn)定性研究

史昫皓,徐振波,蔣 將,李進(jìn)偉,劉元法,*

(1.江南大學(xué)食品學(xué)院食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、食品營(yíng)養(yǎng)與安全協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇無(wú)錫 214122;2.豐益(上海)生物技術(shù)研發(fā)中心有限公司,上海 200137)

兩種不同芯材制備的乳化液穩(wěn)定性研究

史昫皓1,徐振波2,蔣 將1,李進(jìn)偉1,劉元法1,*

(1.江南大學(xué)食品學(xué)院食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、食品營(yíng)養(yǎng)與安全協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇無(wú)錫 214122;2.豐益(上海)生物技術(shù)研發(fā)中心有限公司,上海 200137)

以乳清蛋白和變性淀粉為壁材,氫化棕櫚油和高油酸葵花籽油為芯材制備O/W乳化液,討論了不同pH和均質(zhì)壓力對(duì)乳化液穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明,乳化液在中性條件下乳液液滴平均粒徑最小,體系的Zeta電位的絕對(duì)值高達(dá)42 mV,靜電穩(wěn)定性好。均質(zhì)條件為35 MPa均質(zhì)兩次,得到的乳化液粒徑可以維持在400 nm,均質(zhì)兩次后得到的乳化液穩(wěn)定性最高。隨著存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng),氫化棕櫚油的乳化液體系油脂氧化程度高于高油酸葵花籽油,包埋在一定程度上可以延緩不飽和脂肪酸含量高的芯材的氧化。

乳化液,乳化液穩(wěn)定性,氧化穩(wěn)定性,粉末油脂

植脂末又稱奶精、粉末油脂,其主要成分是植物油、乳化劑、乳蛋白、緩沖鹽等,一般以麥芽糊精或葡萄糖漿作為填充劑[1]。隨著飲料行業(yè)的發(fā)展,植脂末已成為一種新型的飲料添加劑受到人們的重視。由于其優(yōu)良的分散性及乳化穩(wěn)定性,植脂末已廣泛地用于奶茶、奶粉、麥片等食品中[2]。植脂末是一種油脂微膠囊,通過(guò)噴霧干燥的方法將初始乳化液轉(zhuǎn)換成粉末狀,初始乳化液的穩(wěn)定性將直接影響噴霧干燥粉末顆粒的包埋率、流動(dòng)性和分散性,制備一種穩(wěn)定的初始乳化液就顯得十分重要。

目前對(duì)植脂末的研究主要集中在干燥技術(shù)方面[3-4],對(duì)初始乳化液的研究相對(duì)較少,本文主要研究不同的預(yù)處理?xiàng)l件(均質(zhì)壓力和pH)對(duì)初始乳化液穩(wěn)定性的影響,結(jié)合乳化液和噴霧干燥后粉末的氧化穩(wěn)定性來(lái)綜合評(píng)價(jià)體系中油脂的氧化穩(wěn)定性,為進(jìn)一步進(jìn)行噴霧干燥提供一定的理論研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

氫化棕櫚油和高油酸葵花籽油由益海嘉里公司提供,辛烯基琥珀酸酯化淀粉來(lái)自國(guó)民淀粉有限公司,濃縮乳清蛋白來(lái)自新西蘭恒天然乳品公司。其它化學(xué)試劑(化學(xué)純)從國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司購(gòu)得。

強(qiáng)力恒速電動(dòng)攪拌器JJ-1B 金壇市金南儀器廠;HH-2數(shù)顯型恒溫水浴鍋 金壇市精達(dá)儀器制造廠;UV-2800H型紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì) 上海譜元儀器有限公司;Ultra-Turrax T18高速分散器 德國(guó)IKa公司;Zetasizer nano ZS納米粒度分析儀 英國(guó)馬爾文公司;ZK-82BB型電熱真空干燥箱 上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司;高壓均質(zhì)機(jī)AH2010 ATS工業(yè)系統(tǒng)有限公司;噴霧干燥器SD1500 上海沃迪自動(dòng)化裝備股份有限公司;激光共聚焦顯微鏡LSM710 德國(guó)Zeiss公司;Agilent 7820A氣相色譜儀 安捷倫科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 乳化液的制備

圖1 粉末油脂的制備工藝流程圖Fig.1 Production process chart of powdered oil

主要原料為水、葡萄糖漿、濃縮乳清蛋白、氫化棕櫚油、OSA淀粉等,制備芯材載量為30 wt%,總固形物含量為20 wt%的乳化液,具體的制備方法如下。將4 wt% OSA淀粉和6 wt%濃縮乳清蛋白充分溶解分散,得到水相。水相和油相60 ℃水浴混合30 min,用高速分散器在13500 r/min下剪切2 min,達(dá)到預(yù)乳化的效果。再將乳狀液用高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)得到噴霧干燥前的乳狀液。噴霧干燥條件:進(jìn)風(fēng)溫度170 ℃,出風(fēng)溫度80 ℃,流速600 mL/h。

1.2.2 脂肪酸組成 脂肪酸組成分析參考文獻(xiàn)[5]。

1.2.3 乳化液顆粒大小及穩(wěn)定性的測(cè)定 將乳化液稀釋至1 mg/mL(稀釋是為了避免散射效應(yīng)),在25 ℃下納米粒度分析儀測(cè)定樣品的平均粒徑大小,每個(gè)樣品測(cè)3次取平均值。測(cè)定新制備乳化液的平均粒徑d1和25 ℃下放置24 h后的乳化液的平均粒徑d2,以d2/d1反映乳化液的穩(wěn)定性。

1.2.4 乳化液Zeta電位的測(cè)定 將均質(zhì)后的乳化液稀釋1000倍,采用Zetasizer2000型Zeta電位儀測(cè)定乳化液的Zeta電位。

1.2.5 氧化穩(wěn)定性的測(cè)定 在氧氣充足條件下,將乳狀液分裝在20 mL帶蓋的玻璃瓶中,用鋁箔紙包裹玻璃瓶以避光,然后將盛有樣品的瓶子放入37 ℃烘箱儲(chǔ)藏,定期觀察乳化液分層后的水層高度,參照朱波和蔣將[6]的方法定期測(cè)定體系的過(guò)氧化值(POV)和丙二醛反應(yīng)物含量(TBARS),監(jiān)測(cè)脂質(zhì)的自動(dòng)氧化程度。

粉末過(guò)氧化值的測(cè)定:按照GB/T5538-2005利用比色法測(cè)定粉末過(guò)氧化值[7]。

1.2.6 微觀結(jié)構(gòu) 將制備好的乳狀液適當(dāng)稀釋5倍,取1 mL稀釋乳化液分別加入30 μL蛋白染料FITC和30 μL油染料尼羅紅(Nile Red),漩渦震蕩混勻后在室溫下避光染色20 min。取10 μL染色后的乳狀液滴加在載玻片的表面,均勻涂布后蓋上蓋玻片,用硅油密封,在激光共聚焦顯微鏡(CLSM)下觀察。FITC激發(fā)波長(zhǎng)為488 nm,Nile Red激發(fā)波長(zhǎng)為514 nm[8]。

1.2.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)三次平行三次,結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差,圖表由Origin 8.0和Excel 2010分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 兩種芯材的脂肪酸組成分析

食品中粉末油脂常常選用氫化棕櫚油作為芯材,但是過(guò)量食用氫化植物油會(huì)增加人體患心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)[9],健康的粉末油脂已成為發(fā)展趨勢(shì)。然而隨著不飽和脂肪酸含量的增高,油脂的氧化穩(wěn)定性也會(huì)降低,這就給粉末油脂的貯存帶來(lái)了一定的困難。

氫化棕櫚油和高油酸葵花籽油的主要脂肪酸組成分析見(jiàn)表1。高油酸葵花籽油中油酸(C18∶1)含量高達(dá)80%,營(yíng)養(yǎng)豐富,但不飽和脂肪酸含量高達(dá)90%,極易氧化;氫化棕櫚油以C16∶0(棕櫚酸)和C18∶1(油酸)為主,性質(zhì)穩(wěn)定,易于包埋。

表1 兩種芯材的主要脂肪酸組成(%)分析

2.2 環(huán)境因素對(duì)乳化液穩(wěn)定性的影響

乳化液的穩(wěn)定性不僅取決于壁材和芯材的相互作用,還依賴于體系的環(huán)境因素[10]。實(shí)驗(yàn)選用氫化棕櫚油為芯材,以乳化液液滴平均粒徑大小為指標(biāo),研究外界環(huán)境因素對(duì)乳化液穩(wěn)定性的影響。

2.2.1 pH對(duì)乳化液穩(wěn)定性的影響 乳化液的穩(wěn)定性受pH影響,Kulmyrzaev等人[11]研究了pH對(duì)乳清蛋白乳化液穩(wěn)定性的影響,研究發(fā)現(xiàn)乳化液在乳清蛋白等電點(diǎn)(pH4～6)處發(fā)生大量聚集,乳化液不穩(wěn)定。乳化液液滴的粒徑大小是反映乳化液穩(wěn)定性的一個(gè)重要參數(shù),乳化液平均粒徑小有利于乳化液的穩(wěn)定,防止乳化液在均質(zhì)后發(fā)生聚結(jié)[12]。

由圖2可知,乳化液的平均粒徑隨著pH的變化有所下降,在中性條件下達(dá)到最小值,在微堿性環(huán)境下又略有上升。同時(shí)可以看到,中性條件下乳化液的Zeta電位的絕對(duì)值高達(dá)42 mV,當(dāng)Zeta電位的絕對(duì)值較高時(shí),乳化液液滴會(huì)由于靜電排斥作用而達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),一般來(lái)說(shuō)認(rèn)為Zeta在±25～±50 mV之間的體系是比較穩(wěn)定的[13]。由OSA淀粉和乳清蛋白共同作用形成的乳化體系具有一定的靜電穩(wěn)定性,pH會(huì)對(duì)乳化液的穩(wěn)定性造成一定的影響,在中性條件下有利于形成相對(duì)穩(wěn)定的乳化液體系。

圖2 pH對(duì)乳化液平均粒徑和Zeta電位的影響Fig.2 Effect of pH on the mean droplet size and Zeta-potenial of emulsions

2.2.2 均質(zhì)壓力對(duì)乳化液穩(wěn)定性的影響 在相同的條件下,如果隨著時(shí)間的延長(zhǎng)乳化液的液滴平均粒徑增加的速度越慢,則表示乳化液的穩(wěn)定性越好,而乳化液越穩(wěn)定,噴霧干燥得到的粉末的微膠囊化效率也越高[14]。由圖3可知,不同的均質(zhì)壓力下乳化液的平均粒徑有明顯差異。初始乳化液的平均粒徑隨著均質(zhì)壓力的增高呈現(xiàn)下降趨勢(shì),貯存24 h后乳化液平均粒徑先下降后上升。均質(zhì)壓力45 MPa下乳化液最為穩(wěn)定,35 MPa均質(zhì)兩次后的乳化液粒徑可以保持在400 nm左右,綜合考慮到實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中的能耗問(wèn)題,選用的均質(zhì)條件為35 MPa。

圖3 均質(zhì)壓力對(duì)乳化液平均粒徑的影響Fig.3 Effect of homogeneous pressure on emulsion mean droplet size

表2為均質(zhì)壓力35 MPa下均質(zhì)次數(shù)對(duì)乳化液平均粒徑的影響,初始乳化液的平均粒徑隨著均質(zhì)次數(shù)的增加先下降后上升。當(dāng)均質(zhì)次數(shù)為兩次時(shí),貯存24 h后的乳化液平均粒徑為417.65 nm,粒徑較小,此時(shí)乳液穩(wěn)定性最高,可以達(dá)到90.02。因此乳化液的均質(zhì)條件選為35 MPa均質(zhì)兩次。

表2 均質(zhì)次數(shù)對(duì)乳化液穩(wěn)定性的影響

注:均質(zhì)條件:35 MPa均質(zhì)兩次。

2.3 乳化液氧化穩(wěn)定性的研究

在乳化液相對(duì)穩(wěn)定的條件下,以不易氧化的氫化棕櫚油為參照,考察包埋過(guò)程對(duì)不飽和脂肪酸含量高的高油酸葵花籽油油脂氧化的延緩效果。實(shí)驗(yàn)以過(guò)氧化值(POV)和硫代巴比妥酸反應(yīng)物值(TBARS)為評(píng)價(jià)指標(biāo),測(cè)定乳液體系中氫化棕櫚油和高油酸葵花籽油的氧化穩(wěn)定性。POV和TBARS分別反映了油脂氧化的初級(jí)產(chǎn)物和次級(jí)產(chǎn)物含量,同時(shí)使用這兩種指標(biāo)可以較為可靠的反映油脂氧化的程度[15]。

從圖4可以看出,在相同條件下高油酸葵花籽油O/W乳化液更易于發(fā)生油脂自動(dòng)氧化,高油酸葵花籽油乳化液的POV值要高于氫化棕櫚油乳化液,這說(shuō)明芯材本身的性質(zhì)對(duì)乳化液油脂氧化是一個(gè)重要的影響因素,以氫化棕櫚油為芯材制備的乳化液受油脂氧化程度較弱。但是隨著存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng),氫化棕櫚油的乳化液體系油脂氧化速度反而加快。經(jīng)過(guò)14 d的儲(chǔ)藏,氫化棕櫚油的二級(jí)氧化程度更嚴(yán)重,說(shuō)明乳化液體系在一定程度上可以延緩不飽和脂肪酸氧化。這可能是由于在穩(wěn)定的乳化液體系中,蛋白膜能有效的阻礙氧氣和內(nèi)部油脂的接觸,對(duì)油脂氧化有很好的抑制作用[6]。

圖4 乳化液在存儲(chǔ)過(guò)程中氧化穩(wěn)定性的變化Fig.4 Formation of POV and TBARS of emulsions prepared by different core oil during storage

激光共聚焦顯微鏡可以直觀地反映乳化液的整體分布情況,以氫化棕櫚油(圖5A)和高油酸葵花籽油(圖5B)為芯材制備的初始乳液的液滴小,分布都比較均一,沒(méi)有明顯的差異。初始乳液(圖5C)的液滴分布相對(duì)比較分散,儲(chǔ)藏72 h后(圖5D),小液滴消失附著到大液滴表面,乳液液滴顆粒直徑變大,但是乳液的液滴沒(méi)有出現(xiàn)明顯的聚結(jié)現(xiàn)象。微觀結(jié)構(gòu)的結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了穩(wěn)定的乳化液體系有利于提高不飽和脂肪酸含量高的高油酸葵花籽油的氧化穩(wěn)定性。

圖5 乳化液的激光共聚焦顯微圖Fig.5 Confocal laser scanning microscopy of emulsions stabilized by different core oil during storage注:A和B分別表示以氫化棕櫚油和高油酸葵花籽油為芯材制備的初始乳化液;C和D分別表示以高油酸葵花籽油為芯材制備的初始乳化液和貯藏72 h后的乳化液。

2.4 粉末油脂氧化穩(wěn)定性的研究

研究噴霧干燥后得到的粉末油脂的氧化穩(wěn)定性,在20 ℃存儲(chǔ)期間,對(duì)粉末油脂及原料油的過(guò)氧化值進(jìn)行測(cè)定,同時(shí)在60 ℃下加速貯藏,監(jiān)控貯藏期間過(guò)氧化值的變化。以高油酸葵花籽油為芯材制備的粉末油脂較氫化棕櫚油更易被氧化,這也與上面的乳化液氧化穩(wěn)定性情況相一致。這是由于不飽和脂肪酸含量越高的油脂,氧化穩(wěn)定性越低,越容易自動(dòng)氧化降解[16]。

圖6 不同儲(chǔ)藏溫度下粉末油脂及原料油的過(guò)氧化值隨存儲(chǔ)時(shí)間的變化情況Fig.6 The variation of peroxide value of powdered oil and oil stored at different temperature

如圖6所示,在存儲(chǔ)初期粉末油脂和原料油之間的過(guò)氧化值無(wú)明顯的差別,隨著存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng),粉末油脂的過(guò)氧化值明顯要低于原料油的過(guò)氧化值,且整個(gè)存儲(chǔ)的過(guò)程中,粉末油脂的過(guò)氧化值變化比較平緩,只是略有增加,這說(shuō)明粉末油脂可以起到明顯的保護(hù)芯材的作用,有效地防止了油脂氧化,使產(chǎn)品的穩(wěn)定性良好。

3 結(jié)論

本文較系統(tǒng)地研究了以氫化棕櫚油和高油酸葵花籽油分別作為芯材形成的O/W乳狀液的乳液穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)在乳化液在中性pH下乳化液的液滴粒徑最小,且中性條件下乳化液的靜電穩(wěn)定性高。穩(wěn)定的乳化液體系在一定程度上可以延緩不飽和脂肪酸含量高的芯材氧化,對(duì)油脂氧化有很好的抑制作用。高油酸葵花籽油粉末油脂在貯存期間過(guò)氧化值無(wú)明顯變化,包埋過(guò)程可以明顯的保護(hù)芯材防止其氧化,有利于營(yíng)養(yǎng)豐富的高油酸葵花籽油的進(jìn)一步生產(chǎn)應(yīng)用。

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Study on the stability of emulsions prepared by different core oil

SHI Xu-hao1,XU Zhen-bo2,JIANG Jiang1,LI Jin-wei1,LIU Yuan-fa1,*

(1.State Key Laboratory of Food Science and Technology,Synergetic Innovation Center of Food Safety and Nutrition, School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China; 2.Wilmar(Shanghai)Biotechnology R&D Center Co.,Ltd.,Shanghai 200137,China)

Whey protein concentrate and OSA modified starch were selected as wall material,hydrogenated palm oil and high oleic sunflower oil as core material. The effect of pH and homogeneous pressure on emulsion stability and oxidation stability were investigated. The results showed that the mean emulsion droplet size was at the minimum value under neutral pH condition while the absolute value of Zeta potential reached at 42 mV. The emulsification system owned a certain static stability under neutral pH condition. The optimal homogeneous condition was 35 MPa twice and the mean emulsion droplet size could maintain at 400 nm. Emulsion homogenized twice showed superior stability. As the extension of storage time,the oxidative degree of hydrogenated palm oil was higher than high oleic sunflower oil. Encapsulation can help high content of unsaturated fatty acid core oil from oxidation in a certain extent.

emulsion;emulsion stability;oxidative stability;oil powder

2014-12-30

史昫皓(1989-)，女，碩士在讀，研究方向：食品科學(xué)與工程，E-mail:echo_shel@163.com。

*通訊作者:劉元法(1974-)，男，博士，教授，主要從事油脂深加工研究與開(kāi)發(fā)工作，E-mail:yfliu@jiangnan-edu-cn。

國(guó)家自然基金(31171703)；糧食公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201313011-7-3)；863項(xiàng)目(2011 AA100806)；國(guó)家自然基金青年基金項(xiàng)目(31201382)；國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(31471678)。

TS252.9

A

1002-0306(2015)17-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2015.17.000