DHA藻油乳狀液制備及穩(wěn)定度研究

呂平

（天津職業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院，天津300402）

DHA藻油乳狀液制備及穩(wěn)定度研究

呂平

（天津職業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院，天津300402）

二十二碳六烯酸（Docose Hexaenoie Acid，DHA）具有提高記憶與思維能力、改善視力等生理作用，但其不飽和度高，易腐敗，穩(wěn)定度差，目前多數(shù)采用噴霧干燥將其微膠囊化。但要獲得高質(zhì)量DHA藻油微膠囊，需要首先制備高穩(wěn)定度、高包埋率的DHA乳狀液。為此，需要優(yōu)化高穩(wěn)定度DHA藻油乳狀液的制備條件，試驗(yàn)結(jié)果表明，最佳復(fù)合壁材為大豆分離蛋白加麥芽糊精；最佳乳化劑為蔗糖脂肪酸酯加單硬脂酸甘油酯（質(zhì)量配比為7∶3），最佳乳化劑添加量為2.0%，最佳剪切乳化時間為7 min，最佳乳化溫度為85℃。在此條件下乳化液穩(wěn)定度保持在95.6%以上。

二十二碳六烯酸（DocoseHexaenoie Acid，DHA）；藻油；制備；穩(wěn)定度

二十二碳六烯酸（Docose Hexaenoie Acid，DHA）作為一種人體必需的微量脂肪酸，具有提高記憶與思維能力、增強(qiáng)智力、改善視力和預(yù)防近視等顯著的作用。近三十年來，國內(nèi)外許多學(xué)者的研究結(jié)果都表明，DHA對胎兒、嬰幼兒的生長十分關(guān)鍵，尤其是可以顯著地促進(jìn)胎兒、嬰幼兒的智力和視力發(fā)育，因此在嬰幼兒配方食品中添加DHA已經(jīng)被大家普遍接受和認(rèn)可[1-2]。目前包括中國在內(nèi)的許多國家，都將DHA列為法定的營養(yǎng)強(qiáng)化劑，并配套制定了相應(yīng)的生產(chǎn)和使用標(biāo)準(zhǔn)。但在DHA生產(chǎn)應(yīng)用中也遇到了一些問題，其中最主要的是由于DHA不飽和度高，很容易腐敗，穩(wěn)定度差，而且加工后的相關(guān)產(chǎn)品帶有腥味。為此，部分生產(chǎn)企業(yè)開始采用噴霧干燥方法將DHA微膠囊化，使得生產(chǎn)出的DHA微膠囊有效地克服了DHA易腐敗的問題，提高了穩(wěn)定度[3-4]，而且在工藝上還可以使微膠囊中DHA含量可以根據(jù)需要隨時調(diào)整、實(shí)現(xiàn)較好的流動性。但要通過噴霧干燥生產(chǎn)出高質(zhì)量的DHA微膠囊，就必須首先要制備出高穩(wěn)定度、高包埋率的DHA乳狀液。為此，本文將以DHA藻油為原料，在實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)上研究DHA藻油乳狀液的最佳制備工藝。

1 材料和方法

1.1 材料及試劑

DHA藻油：天津伊利乳業(yè)有限責(zé)任公司；大豆分離蛋白：安陽市奇天生物技術(shù)有限公司；麥芽糊精：天津市宏順成化工科技發(fā)展有限公司；木薯預(yù)糊化變性淀粉、明膠：河北百優(yōu)生物科技有限公司；黃原膠：山東阜豐發(fā)酵有限公司；蔗糖脂肪酸酯（HLB=13）：石家莊寧諾商貿(mào)有限公司；單硬脂酸甘油酯（HLB=3.8）：山東瑞捷化學(xué)有限公司；辛烯基琥珀酸酯化淀粉：廣州艾輝生物科技有限公司。

1.2 設(shè)備與儀器

電子分析天平（0.000 1）：上海京孚儀器有限公司；高壓均質(zhì)機(jī)：常州地利人和均質(zhì)機(jī)有限公司；高速剪切乳化分散機(jī)：溫州強(qiáng)忠機(jī)械科技有限公司；電熱恒溫數(shù)顯水浴鍋、電熱鼓風(fēng)干燥箱、恒溫磁力攪拌器、自動雙重純水蒸餾器：江蘇盛藍(lán)儀器制造有限公司；ARG2型流變儀：美國TA儀器公司。

1.3 方法

參考壁材理化特性、前期試驗(yàn)的包埋率及乳化液制備過程中反映的性能綜合考慮選擇壁材。根據(jù)乳化劑HLB值、水包油型乳化液制備要求及乳化系體穩(wěn)定度選取乳化劑[5]。試驗(yàn)中分別將DHA藻油、乳化劑和壁材按配方中的量依次加入到去離子水中，在高速剪切乳化分散機(jī)中進(jìn)行乳化混合。通過對制備的乳化液穩(wěn)定度分析來確定單因素條件下的最佳乳化劑添加量，最佳剪切乳化時間和最佳乳化溫度，然后通過正交試驗(yàn)來進(jìn)一步優(yōu)化乳化液制備條件，并測定其穩(wěn)定度。

1.4 檢測方法[6]

1.4.1 乳化劑水油平衡值測定

當(dāng)乳化劑由幾種乳化成分混合而成時，乳化劑水油平衡值，按下式計算：

Wr=（DA×Pa+DB×Pb）/（DB+DA）式中：DA，DB為乳化劑A，B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Wr為乳化劑的綜合水油平衡值；Pa，Pb為乳化劑A，B的親油親水值。

1.4.2 乳化劑的乳化能力測定

取5 g乳化劑于100 mL的水中，混入100 mL的油，在乳化分散機(jī)中以3 000 r/min的速度均質(zhì)2 min，然后離心（5 000 r/min）10 min，按下式計算乳化能力。

乳化能力/%=乳化層高度/液體的總高度×100

1.4.3 乳化液穩(wěn)定度測定

取制備完成的乳化液100 mL加入到100 mL的具塞量筒中，放入70℃的恒溫水浴鍋中加熱6 h，讀取乳化層高度，按下式計算乳化液的穩(wěn)定度。

乳化液穩(wěn)定度/%＝乳化液層高度/液體總高度×100

1.4.4 油含量的測定

稱量4 g～5 g（W）待測品于250 mL的三角瓶中，加入60 mL石油醚并輕輕搖晃1 min，利用G3砂芯漏斗進(jìn)行抽濾，然后取30 mL的石油醚洗滌濾渣并抽濾，將抽濾液倒入恒重?zé)浚ㄖ亓縒1）中，旋轉(zhuǎn)蒸掉石油醚后，在80℃烘箱終至恒重（W2），含油率按下式計算。

1.4.5 包埋率的測定

通過抗氧化劑添加到DHA藻油后，DHA藻油穩(wěn)定度提高很多，抗氧化性加強(qiáng)，同時在噴霧干燥過程中又基本不存在量的損傷，因此噴霧得DHA藻油微膠囊的包埋率可以按下式計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 壁材的選擇

在微膠囊制備中壁材的選擇始終是個非常重要的問題，因?yàn)樗鼘ξ⒛z囊的包埋和芯材的釋放都具有決定性意義。本試驗(yàn)中選擇變性淀粉+黃原膠、大豆分離蛋白+β－環(huán)糊精和大豆分離蛋白+麥芽糊精作為復(fù)合壁材進(jìn)行DHA藻油微膠囊包埋。結(jié)果見表1。

表1 不同壁材對DHA藻油微膠囊包埋率及干燥狀態(tài)的影響Fig.1 Effects of different wall materials on embedding rate and emulsion stability of DHA algal oil microcapsule

從表1中可以看出，大豆分離蛋白+β－環(huán)糊精作為復(fù)合壁材時，DHA藻油微膠囊包埋率為77.1%，微膠囊細(xì)膩、干燥，但有粘壁現(xiàn)象，而且收率較低；變性淀粉+黃原膠作為復(fù)合壁材時，DHA藻油微膠囊包埋率為62.5%，微膠囊顆粒較大，易吸潮，有嚴(yán)重的粘壁現(xiàn)象。大豆分離蛋白+麥芽糊精作為復(fù)合壁材時，DHA藻油微膠囊包埋率最高，可達(dá)83.2%，微膠囊細(xì)膩、干燥，只有輕微的粘壁現(xiàn)象。因此，最佳的復(fù)合壁材為大豆分離蛋白+麥芽糊精。這可能是因?yàn)辂溠亢乃苄愿撸渌芤吼ざ鹊?，易于成膜，并轉(zhuǎn)化為玻璃體，而大豆分離蛋白中的蛋白質(zhì)富含大量兩性基團(tuán)（親水和疏水基團(tuán)），乳化性和成膜性好。在乳化時，大豆分離蛋白和麥芽糊精在性能方面實(shí)現(xiàn)了很好地互補(bǔ)。

2.2 乳化劑的選擇

水油平衡值不僅是乳化劑的性能參數(shù)，也是乳化劑選用的重要依據(jù)。本試驗(yàn)以乳化能力為依據(jù)來選擇蔗糖脂肪酸酯和單硬脂酸甘油酯的最佳配比。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不同配比乳化劑對應(yīng)的HLB值和乳化能力Fig.2 The HLB value and emulsifying ability of different emulsifiers

從表2中可以看出，當(dāng)蔗糖脂肪酸酯與單硬脂酸甘油酯質(zhì)量比是7∶3時，對應(yīng)的水油平衡值為12.86，乳化能力達(dá)到最高值為84.3%，說明此配比的復(fù)合乳化劑對于DHA藻油在水中形成O/W型乳化液的乳化能力最強(qiáng)。

2.3 乳化劑添加量對乳化液穩(wěn)定度和微膠囊包埋率影響

在確定了最佳乳化劑配比后，還要研究乳化劑的添加量對乳化液穩(wěn)定度和微膠囊包埋率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 乳化劑添加量對乳化液穩(wěn)定度和微膠囊包埋率的影響Fig.3 Effects of different emulsifier content on embedding rate and emulsion stability of DHA algal oil microcapsule

由表3可以看出，乳化液穩(wěn)定度和DHA藻油微膠囊包埋率隨著乳化劑的添加量的增加而增加。當(dāng)乳化劑的添加量超過3.0%后，乳化液的穩(wěn)定度和DHA藻油微膠囊的包埋率基本穩(wěn)定。因此，從成本角度考慮，乳化劑最佳添加量是3.0%，此時的乳化液穩(wěn)定度為91.5%，DHA藻油微膠囊包埋率為76.2%。

2.4 剪切乳化時間對乳化液穩(wěn)定度影響

在乳化過程中剪切乳化時間對于乳化液的穩(wěn)定度和DHA藻油微膠囊包埋同樣有著重要的意義，以兩相充分混合且不破壞，形成穩(wěn)定分散體系的核心因素。本試驗(yàn)研究不同剪切乳化時間對乳化液穩(wěn)定度和DHA藻油微膠囊包埋率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 剪切乳化時間對乳化液穩(wěn)定性和微膠囊包埋率的影響Fig.4 Effects of different emulsification time on embedding rate and emulsion stability of DHA algal oil microcapsule

從表4可以看出，隨著剪切乳化時間的延長，乳化液的穩(wěn)定度和DHA藻油微膠囊包埋率均表現(xiàn)出先增加后降低的單峰曲線。當(dāng)剪切乳化時間為7 min時，乳化液滴大小已基本均一穩(wěn)定，乳化液穩(wěn)定度達(dá)95.2%，DHA藻油微膠囊包埋率達(dá)80.6%。因此，在本試驗(yàn)中最佳的高速剪切乳化時間為7 min。

2.5 乳化溫度對乳化液穩(wěn)定度影響

一般說來，乳化溫度對于DHA藻油乳化液的穩(wěn)定度和包埋率也有著重要的影響。本試驗(yàn)研究了不同乳化溫度對乳化液穩(wěn)定度和DHA藻油微膠囊包埋率的影響，結(jié)果見表5。

表5 乳化溫度對乳化液穩(wěn)定度和微膠囊包埋率的影響Fig.5 Effects of different emulsification temperature on embedding rate and emulsion stability of DHA algal oil microcapsule

從表5中可以看出，包埋率與乳化液穩(wěn)定度變化規(guī)律基本一致。在55℃～95℃內(nèi)，乳化液穩(wěn)定度和包埋率都隨著乳化溫度提高先增加后降低。

溫度的升高，促進(jìn)乳化液蛋白分子兩性基團(tuán)充分展開，表面張力下降從而提高了乳化液的穩(wěn)定度；如果溫度繼續(xù)升高會加劇乳化液蛋白分子的布朗運(yùn)動，提高碰撞幾率，進(jìn)而出現(xiàn)大范圍聚集，破壞體系的穩(wěn)定度。因此，單因素實(shí)驗(yàn)表明乳化溫度為75℃時，乳化液的穩(wěn)定度和包埋率最佳。

2.6 正交試驗(yàn)

在表1至表5試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇對乳化液穩(wěn)定度和包埋率都有著顯著影響的3個因素（乳化劑添加量、剪切乳化時間和乳化溫度）以乳化液穩(wěn)定度為指標(biāo)設(shè)計了正交試驗(yàn)。因素水平和試驗(yàn)結(jié)果見表6，方差分析結(jié)果見表7。

表6 因素水平和試驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Factor level and test result

表7 正交方差分析表（P=0.05）Fig.7 Orthogonal analysis of varianc

表6表明，乳化溫度對乳化液穩(wěn)定度的影響最為顯著，剪切乳化時間影響次之，乳化劑添加量影響最小。獲得乳化液穩(wěn)定度最高工藝條件是：A1B2C3，即最佳乳化劑添加量為2.0%，最佳剪切乳化時間為7 min，最佳乳化溫度為85℃。

從表7中可以看出，方差分析結(jié)果與直觀分析結(jié)果相同。但其F值都沒有達(dá)到顯著水平，說明乳化劑添加量、剪切乳化時間、乳化溫度對乳化液穩(wěn)定度都有一定的作用，而且他們之間有著比較明顯的互助作用。

正交試驗(yàn)得出的乳化液穩(wěn)定度最佳工藝條件并未出現(xiàn)在正交試驗(yàn)列表中，需要進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果見表8。

表8 最佳工藝條件驗(yàn)證Fig.8 Verification of optimized process conditions

表8表明，以最佳乳化液穩(wěn)定度最佳工藝條件進(jìn)行5次驗(yàn)證試驗(yàn)，乳化液的穩(wěn)定度全部維持在95.6%以上，確實(shí)高于其他條件下制備的乳化液穩(wěn)定度。

3 小結(jié)

1）單因素試驗(yàn)表明，最佳的復(fù)合壁材為大豆分離蛋白+麥芽糊精；蔗糖脂肪酸酯與單硬脂酸甘油酯比是7∶3時為最佳乳化劑配比，此時的水油平衡值為12.86，乳化能力為84.3%。乳化劑的最佳添加量是3.0%；最佳高速剪切乳化時間為7 min，最佳乳化溫度為75℃。

2）正交試驗(yàn)獲得乳化液穩(wěn)定度最高工藝條件是：乳化劑添加量為2.0%，剪切乳化時間為7 min，乳化溫度為85℃，此時乳化液穩(wěn)定度保持在95.6%以上。

[1]劉玉軍.魚油二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸的生物效應(yīng)與作用機(jī)理[J].生理科學(xué)進(jìn)展,1997,18(3):230-235

[2]馬軍.DHA對發(fā)育期小鼠學(xué)習(xí)記憶的影響[J].中國公共衛(wèi)生,1999, 12(11):506-507

[3]陳衛(wèi)棟,宋載兒.噴霧千燥技術(shù)在微膠囊化食品中的應(yīng)用[J].中國油脂,2002,27(5):59-85

[4]謝巖黎,王芳,王珂,等.微膠囊壁材乳狀液穩(wěn)定度研究[J].河南工業(yè)大學(xué)(自然科學(xué)版),2013(1):82-85

[5]朱衛(wèi)紅,許時嬰,江波.微膠囊化薄荷油的制備及其熱穩(wěn)定度研究[J].食品與機(jī)械,2006,22(5):32-39

[6]黃英雄,孫紅朋,華聘聘,等.微膠囊化粉末油脂制品表面油測定方法的研究[J].中國油脂,2002,27(4):61-63

Study on Preparation and Stability of DHA Algal Oil Emulsion

Lü PING
（Department of Biological and Environmental Engineering，Tianjin Professional College，Tianjin 300402，China）

Docose Hexaenoie Acid（DHA）can improve ability of memory and thinking.But it was highly unsaturated，easy to corrupt and poor stability，so microencapsulation was the best way to preserve DHA by spray drying，at present.It was necessary to prepare DHA emulsion with high stability and high embedding rate，in order to obtain high quality microcapsules of algal oil DHA.The related experiments was carried out.The results showed that the optimized process conditions were soy protein isolate and maltodextrin as the composite wall material，sucrose fatty acid ester and monostearate glycerol（quality ratio of 7∶3）as emulsifier，emulsifier content 2%，emulsification time 7 minutes，emulsification temperature 85℃.Under this condition，the emulsion stability of DHA microcapsule was kept above 95.6%.

Docose Hexaenoie Acid；algal oil；preparation；stability

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.10.019

2017-03-01

天津市科技特派員項(xiàng)目（16JCTPJC47900）

呂平（1975—），男（漢），副教授，博士后，從事制藥工程方面的研究工作。