基于食用油為連續(xù)相的茶多酚反相微乳液的制備

陳夢(mèng)潔，王道源，李志勇，楊 迎，吳金鴻，鐘耀廣,*，王正武,*

（1.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306；2.上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海 200240）

作為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵?，食用油的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和安全性越來(lái)越受到廣大消費(fèi)者的重視。由于食用油中含有多種不飽和脂肪酸，在加工、運(yùn)輸和貯藏過(guò)程中極易受到氧、熱等作用而產(chǎn)生氫過(guò)氧化物、一級(jí)氧化產(chǎn)物和醛酮類的二級(jí)氧化產(chǎn)物等，這些氧化產(chǎn)物不僅有害于人類的身體健康，而且也會(huì)影響油脂的口感、風(fēng)味和色澤，降低油脂的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[1]。經(jīng)常食用氧化酸敗的油脂會(huì)導(dǎo)致人體缺乏油溶性維生素和必需脂肪酸，加快機(jī)體衰老，增加心血管疾病的發(fā)病率，甚至?xí)T發(fā)腫瘤等。目前油脂行業(yè)主要采用在食用油中添加人工合成抗氧化劑的方法來(lái)抑制油脂氧化[2]，延長(zhǎng)其保質(zhì)期。隨著人們生活水平的日益提高，人工合成抗氧化劑的安全性問(wèn)題受到消費(fèi)者的質(zhì)疑。近年有研究表明，如2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、沒(méi)食子酸丙酯、丁基羥基茴香醚和特丁基對(duì)苯二酚等人工合成抗氧化劑具有一定的毒性及弱致病作用，很多國(guó)家已經(jīng)對(duì)其使用進(jìn)行了極其嚴(yán)格的規(guī)定，甚至禁止使用。天然抗氧化劑具有安全性高、抗氧化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其在食用油中的添加已經(jīng)成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。

茶多酚是天然植物茶葉中多酚類物質(zhì)的總稱，包括黃烷醇（兒茶素）類、酚酸類、黃酮類、花色苷類等[3]。茶多酚的主要成分為黃烷醇（兒茶素）類化合物，約占其總量的80%，其中沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯約占兒茶素總量的50%～75%[4]。茶多酚是從植物中提取的天然活性化合物，具有消炎、殺菌、抗癌、抗病毒和免疫抑制等多種生理活性，研究表明這些生理活性與其抗氧化活性密切相關(guān)[5-7]。近年來(lái)的研究也證明了茶多酚在各種食品體系中都具有良好且穩(wěn)定的抗氧化性[8-10]，但在油脂行業(yè)，由于茶多酚親水性較好脂溶性較差，其應(yīng)用和發(fā)展受到了限制。

微乳液是由表面活性劑、助表面活性劑、水相和油相等組分混合后自發(fā)形成的熱力學(xué)穩(wěn)定體系，分為油包水體系（W/O，又稱為反相微乳液）和水包油體系（O/W）[11-12]。因其毒性小、安全性高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于藥物、化妝品、食品等行業(yè)中[13-16]。孫靜靜等[17]利用微乳液法將脂溶性差的茶多酚加入亞油酸，并成功制備出茶多酚亞油酸反相微乳液，但其未將此方法應(yīng)用到食用油體系中，故本實(shí)驗(yàn)在其基礎(chǔ)上，通過(guò)反相微乳液法，選取了生物相容性更好的食品級(jí)表面活性劑單油酸甘油酯（glyceryl monooleate，GMO）[18]和油烯基聚氧乙烯（10）醚（polyoxyethylene (10) oleyl ether，Brij97）復(fù)配，以乙醇為助表面活性劑，將抗氧化劑茶多酚包裹進(jìn)食用油中，并對(duì)微乳液的最佳配方進(jìn)行研究。同時(shí)，對(duì)微乳液體系進(jìn)行表征并對(duì)比不同種類食用油微乳液的穩(wěn)定性，并以大豆油為例，通過(guò)差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）法對(duì)茶多酚大豆油微乳液的抗氧化效果進(jìn)行測(cè)定。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茶多酚（茶多酚純度＞99%，兒茶素純度＞50%）西安一禾生物技術(shù)有限公司；Brij97（純度＞99%）阿拉丁試劑（上海）有限公司；單油酸甘油酯 濟(jì)南東潤(rùn)精化科技有限公司；大豆油、菜籽油、玉米油、芥花油、葵花油 市售。

1.2 儀器與設(shè)備

204 F1 DSC儀 德國(guó)Netzsch公司；Zetasizer Nano S納米粒度分析儀 馬爾文儀器有限公司；DF-II集熱式磁力加熱攪拌器 上海比朗儀器有限公司；AL204電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；DK-8D電熱恒溫水槽 上海精宏儀器設(shè)備有限公司；超純水機(jī)重慶摩爾水處理設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 配方的選擇

1.3.1.1 復(fù)合表面活性劑

選取大豆油、菜籽油、玉米油、芥花油、葵花油為油相。固定表面活性劑和油相的質(zhì)量（質(zhì)量比1∶1）總和為2.00 g，分別稱取Brij97-GMO質(zhì)量比為1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1的混合物加入油相中，置于磁力攪拌器上，逐滴加入高純水至每一組混合物中，當(dāng)體系由澄清變渾濁時(shí)記錄下加入高純水的質(zhì)量并繪圖，得到復(fù)合活性劑最佳配比。

1.3.1.2 水相

分別稱取高純水-乙醇質(zhì)量比為1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1的混合物作為水相。固定表面活性劑和油相質(zhì)量（質(zhì)量比1∶1）總和為2.00 g，在最佳復(fù)合表面活性劑配比下，將不同配比的水相逐滴加入每一組混合物，當(dāng)體系由澄清變渾濁時(shí)記錄下加入水相的質(zhì)量并繪圖，得到最佳水與乙醇質(zhì)量比條件。

在最佳水-乙醇質(zhì)量比條件下，后續(xù)實(shí)驗(yàn)中茶多酚微乳液的水相為茶多酚質(zhì)量濃度0.01 g/mL和0.10 g/mL的水-乙醇溶液。

1.3.2 三相圖的繪制

在最佳活性劑配比和最佳水-乙醇質(zhì)量比條件下，固定油相和活性劑的質(zhì)量之和為2.00 g，分別稱取油相與復(fù)合活性劑質(zhì)量比為1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1的混合物，將水相逐滴加入每一組混合物，當(dāng)體系由澄清變渾濁時(shí)記錄下加入的水相質(zhì)量，分別計(jì)算油相、活性劑和水相在臨界點(diǎn)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并繪制出微乳液的擬三元相圖[19-20]。

1.3.3 微乳液粒徑與多分散指數(shù)（polydispersity index，PDI）的測(cè)定

1.3.3.1 茶多酚質(zhì)量濃度對(duì)不同油相微乳液粒徑與PDI的測(cè)定

平均粒徑及PDI是測(cè)量微乳液粒徑大小、分布及均一性的常用方法[21]。本實(shí)驗(yàn)采用動(dòng)態(tài)光散射法對(duì)微乳液粒徑及PDI進(jìn)行測(cè)定，條件為4.0 MW He-Ne激光器，波長(zhǎng)為633 nm，設(shè)置參數(shù)連續(xù)相折射率為1.472，分散相折射率為1.33，在25 ℃條件下對(duì)每組樣品平行測(cè)量3 次，取平均值。

在最佳配比條件下，配制具有相同三相比例的空白微乳液、0.01 g/mL茶多酚微乳液和0.10 g/mL茶多酚微乳液，靜置24 h后在上述條件下測(cè)定空白和茶多酚微乳液的粒徑和PDI變化。

1.3.3.2 不同油相微乳液粒徑穩(wěn)定性的測(cè)定

在上述測(cè)試條件下，配制茶多酚質(zhì)量濃度為0.01 g/mL和0.10 g/mL的不同油相微乳液。研究包封同一質(zhì)量濃度茶多酚的不同油相微乳液粒徑及PDI在30 d內(nèi)的變化，考察茶多酚的添加對(duì)不同油相的影響及微乳液隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。

1.3.4 茶多酚對(duì)油樣抗氧化效果的測(cè)定

油脂氧化是一個(gè)放熱反應(yīng)，油樣在程序溫度控制及氧氣存在條件下發(fā)生氧化反應(yīng)，放出熱量，測(cè)定溫度和時(shí)間對(duì)輸入到樣品和對(duì)照空白組的熱流速率（熱功率）差的關(guān)系。外推基線與放熱峰起始端引出的最大斜率切線的交點(diǎn)即是油脂樣品的起始氧化溫度[22-23]。

配制具有相同三相比例的新鮮空白微乳液、0.01 g/mL茶多酚微乳液和0.10 g/mL茶多酚微乳液，靜置24 h后采取程序升溫法考察和評(píng)定加入茶多酚后微乳液的起始氧化溫度。準(zhǔn)確稱?。?0±0.10）mg微乳液置于敞口的鋁坩堝中，設(shè)置起始溫度100 ℃，以10 ℃/min上升至300 ℃，空氣流速為30 mL/min。

2 結(jié)果與分析

2.1 微乳液配方的確定

圖1 增溶水量和Brij97-GMO質(zhì)量比的關(guān)系Fig. 1 Relationship between solubilization of water and Brij97-to-GMO ratio

如圖1所示，25 ℃時(shí)，當(dāng)復(fù)合表面活性劑與油相質(zhì)量比固定為1∶1時(shí)，隨著復(fù)合表面活性劑中Brij97比例的增加，所制得的微乳液體系增溶水的能力先大幅度增加后小范圍浮動(dòng)。當(dāng)Brij97-GMO質(zhì)量比在1∶9～2∶8范圍時(shí)，微乳液體系增溶水的能力持續(xù)增加，當(dāng)增加Brij97比例時(shí)，增溶水量在6.00%～7.00%間浮動(dòng)，區(qū)別不大，當(dāng)Brij97-GMO質(zhì)量比為2∶8時(shí)，體系親油親水性達(dá)到平衡狀態(tài)，獲得最大增溶水量約為7.00%。因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)中表面活性劑Brij97-GMO質(zhì)量比選擇2∶8。

醇類助表面活性劑的分子表面活性較低，當(dāng)其存在時(shí)可極大的降低油-水界面張力，降低表面活性劑的相互排斥力，同時(shí)它與表面活性劑結(jié)合形成的混合膜可提高界面柔性和流動(dòng)性，更易彎曲形成微乳相[24]。本實(shí)驗(yàn)選擇乙醇作為助表面活性劑，并將其與水一起作為微乳液的水相，固定復(fù)合表面活性劑和油相質(zhì)量比和復(fù)合表面活性劑配比的情況下，微乳液體系增溶水量與水-乙醇質(zhì)量比的關(guān)系如圖2所示。

圖2 增溶水量和水-乙醇質(zhì)量比的關(guān)系Fig. 2 Relationship between solubilization of water and water-toethanol ratio

由圖2可知，隨著水比例的增大，增溶水量逐漸減小，這是因?yàn)楫?dāng)體系中乙醇含量相對(duì)較低時(shí)，復(fù)合表面活性劑的親水性也相對(duì)較低。在微乳體系中，乙醇作為助表面活性劑被吸附入表面活性劑極性端的一側(cè)，隨著乙醇用量的增加，混合界面膜的柔韌性和流動(dòng)性也隨之提高，體系增溶水量增大[25]。但由于乙醇作為助表面活性劑其添加量不應(yīng)過(guò)高，結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)需求，選取水-乙醇質(zhì)量比4∶1。

2.2 不同油相微乳液相行為

在（25±1）℃條件下，5 個(gè)研究體系為大豆油-Brij97-GMO-水-乙醇、菜籽油-Brij97-GMO-水-乙醇、玉米油-Brij97-GMO-水-乙醇、芥花油-Brij97-GMO-水-乙醇、葵花油-Brij97-GMO-水-乙醇的相圖如圖3所示。

圖3 25 ℃條件下食用油-Brij97-單油酸甘油酯-乙醇-水體系的三元相圖Fig. 3 Pseudo-ternary phase diagram for Brij97-GMO-ethanol-edible oil-water system at 25 ℃

由圖3可知，5 個(gè)體系在Brij97-GMO-油二元軸附近均形成W/O反相微乳液?jiǎn)蜗鄥^(qū)，當(dāng)表面活性劑比例很低時(shí)，5 個(gè)體系微乳區(qū)域都很小，基本沒(méi)有增溶水相的能力，當(dāng)表面活性劑比例達(dá)到40%以上時(shí)開(kāi)始顯示出較好的增溶能力，且隨著表面活性劑的增加，增溶水量逐漸增加。微乳液的油相與界面膜上表面活性劑分子間保持著滲透和聯(lián)系，不同分子大小的油相影響著微乳相圖。一般來(lái)說(shuō)，大分子油相如大豆油的增溶能力小于丁酸乙酯等小分子油相。5 種食用油所形成的微乳區(qū)域差別不大，增溶能力相當(dāng)，說(shuō)明油相中食用油的種類對(duì)相行為影響不大。因此可以推測(cè)此方法適用于大部分食用油。

2.3 茶多酚對(duì)微乳液粒徑與PDI影響及穩(wěn)定性結(jié)果

2.3.1 茶多酚對(duì)不同油相微乳液粒徑與PDI的影響

圖4 茶多酚對(duì)微乳液粒經(jīng)及PDI的影響（25 ℃）Fig. 4 Mean particle size of microemulsions with different concentrations of tea polyphenol at 25 ℃

微乳液是熱力學(xué)穩(wěn)定體系，粒徑一般在100 nm以下。平均粒徑和PDI是考察微乳液穩(wěn)定性的重要參數(shù)，也是判斷粒子能否作為功能性成分載體的依據(jù)[26]。如圖4所示，配制5 種新鮮油相微乳液的粒徑均隨著茶多酚的加入而顯著降低，其中葵花油微乳液的粒徑變化最為明顯。配制的新鮮葵花油空白微乳液粒徑為16.43 nm，PDI為0.11；包埋0.01 g/mL茶多酚的葵花油微乳液粒徑為9.81 nm，PDI為0.21；當(dāng)茶多酚質(zhì)量濃度增加到0.10 g/mL，微乳液粒徑降到9.51 nm，PDI為0.17。在菜籽油微乳體系中，當(dāng)水相中加入的茶多酚質(zhì)量濃度達(dá)到0.10 g/mL時(shí)粒徑變化幅度最大，配制的新鮮菜籽油空白微乳液粒徑為17.66 nm，包埋0.10 g/mL茶多酚的菜籽油微乳液粒徑為10.06 nm，比空白樣減小了7.60 nm，這是由于菜籽油中含有少量芥酸，芥酸主要用作精細(xì)化學(xué)品的中間體，可用來(lái)制取各種表面活性劑、乳化劑等。一方面，存在菜籽油微乳體系中的少量芥酸與復(fù)合表面活性劑結(jié)合，使極性作用和硬度降低；另一方面，茶多酚的加入增加了水相的極性。在雙重作用下大大增加了菜籽油體系中油相分子和水相分子間的相互作用力，且隨著茶多酚質(zhì)量濃度的增加分子間距逐漸減小，故而茶多酚的加入對(duì)菜籽油體系粒徑變化幅度影響較大。

不同油相空白微乳液粒徑相差很大，但加入茶多酚后粒徑都在8.00～12.00 nm范圍內(nèi)；菜籽油和葵花油微乳液粒徑隨著水相中茶多酚質(zhì)量濃度的增大而減小；玉米油和芥花油粒徑表現(xiàn)則相反，水相中茶多酚質(zhì)量濃度的增加導(dǎo)致粒徑的小幅度增加，但均小于未包埋茶多酚的空白微乳液?？傮w來(lái)看，在5 種油相微乳液水相中加入茶多酚，PDI均相對(duì)增加，但可有效降低微乳液粒徑。這是因?yàn)椴瓒喾釉黾恿怂嗟臉O性，使水和表面活性劑親水基團(tuán)間的相互作用增強(qiáng)，故而粒徑變小。

2.3.2 不同油相微乳液的穩(wěn)定性

通過(guò)測(cè)試平均粒徑隨時(shí)間的變化可以反映微乳液的物理穩(wěn)定性[27]。當(dāng)包埋茶多酚質(zhì)量濃度為0.01 g/mL時(shí)，不同油相同種配比下微乳液粒徑隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖5所示。玉米油、菜籽油和葵花油表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，平均粒徑變化不大，在實(shí)驗(yàn)的30 d內(nèi)玉米油微乳液粒徑在8.00～10.00 nm范圍，菜籽油在12.00～15.00 nm范圍，葵花油在9.00～11.00 nm范圍。大豆油和芥花油在第10天粒徑達(dá)到高峰，分別為14.68 nm和23.71 nm，且PDI也隨著粒徑增大而增大，在之后的20 d內(nèi)又降低且維持在11.00 nm左右，這是由于茶多酚是一種混合物，加入微乳液中導(dǎo)致組分復(fù)雜，分散相在連續(xù)相中的聚集和擴(kuò)散導(dǎo)致了體系混亂程度增加，粒徑與PDI先增加后減小，達(dá)到最佳水油平衡狀態(tài)后穩(wěn)定。

圖6 0.10 g/mL茶多酚微乳液的粒徑及PDI隨時(shí)間的變化Fig. 6 PDI and mean particle size of microemulsion with 0.10 g/mL tea polyphenols and their time-dependent changes over 30 days at 25 ℃

當(dāng)包埋的水相中茶多酚質(zhì)量濃度為0.10 g/mL時(shí)，不同油相微乳液粒徑和PDI變化趨勢(shì)見(jiàn)圖6。5 種微乳液的粒徑都很好的維持在8.00～12.00 nm間，不同油相的微乳液粒徑相差很小，且在實(shí)驗(yàn)的30 d內(nèi)基本無(wú)變化；PDI維持在0.10～0.30范圍內(nèi)。由圖5、6可以看出，水相中包埋茶多酚質(zhì)量濃度從0.01 g/mL增加到0.10 g/mL，可有效的減小微乳液粒徑、穩(wěn)定PDI。這是因?yàn)楦哔|(zhì)量濃度的茶多酚-水-乙醇溶液使微乳液中水相的極性大大增加，界面吸附能力增強(qiáng)，進(jìn)而降低了界面膜剛性，提高了與表面活性劑親水基團(tuán)的引力，分散粒子的相互作用增大[28]，故微乳液粒徑減小并且體系更加穩(wěn)定。

2.4 茶多酚對(duì)油樣的抗氧化效果

圖7 大豆油微乳液起始氧化溫度Fig. 7 Incipient oxidation temperature of soybean oil microemulsion

油脂氧化是一個(gè)放熱反應(yīng)，在氧氣存在的條件下對(duì)其加熱，DSC曲線上出現(xiàn)放熱峰時(shí)則表示油脂開(kāi)始氧化，且放熱峰的峰值與氧化反應(yīng)的速度有關(guān)。油脂的起始氧化溫度越低，說(shuō)明油脂氧化穩(wěn)定性越差[29]。由圖7可知，空白大豆油微乳液的起始氧化溫度為163.40 ℃，添加0.01 g/mL茶多酚抗氧化劑的微乳液起始氧化溫度達(dá)175.77 ℃，比空白樣溫度提高了12.37 ℃，這表明茶多酚的加入對(duì)油樣的氧化起到了明顯的抑制作用；而當(dāng)茶多酚質(zhì)量濃度達(dá)到0.10 g/mL時(shí)，油樣的起始氧化溫度高達(dá)210.88 ℃，隨著抗氧化劑茶多酚質(zhì)量濃度的增加，油樣的抗氧化效果亦明顯增加。

圖8 0.10 g/mL茶多酚微乳液的起始氧化溫度Fig. 8 Incipient oxidation temperature of microemulsion with 0.10 g/mL tea polyphenols

當(dāng)包裹茶多酚質(zhì)量濃度為0.10 g/mL，具有相同三相比例的葵花油、芥花油、玉米油和菜籽油茶多酚微乳液的起始氧化溫度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖8。菜籽油微乳液的起始氧化溫度與玉米油微乳液的相差不大，分別為215.38 ℃和214.58 ℃，芥花油微乳液的起始氧化溫度為218.02 ℃，起始氧化溫度最高的是葵花油微乳液，高達(dá)223.87 ℃。由圖7可知，當(dāng)包裹茶多酚質(zhì)量濃度為0.10 g/mL時(shí)，大豆油的起始氧化溫度是210.88 ℃，是5 種油相微乳液中起始氧化溫度最低的，比葵花油微乳液低了12.99 ℃，這是因?yàn)榭ㄓ椭衼営退岷枯^高，亞麻酸含量很低，而大豆油、菜籽油和玉米油中的亞麻酸含量相對(duì)較高，因亞麻酸在高溫下極易氧化變質(zhì)[30]，故而在DSC法測(cè)試油樣的起始氧化溫度實(shí)驗(yàn)中，葵花油微乳液在添加了茶多酚抗氧化劑后的起始氧化溫度最高，達(dá)到的抗氧化效果最好。

茶多酚的加入對(duì)食用油的抗氧化酸敗具有很好的效果，添加0.10 g/mL質(zhì)量濃度的茶多酚就可以將微乳液的起始氧化溫度提高50 ℃以上，因此，利用反相微乳液法將茶多酚包埋進(jìn)常用食品油中對(duì)抑制食用油的氧化酸敗具有良好效果。

3 結(jié) 論

通過(guò)三元相圖法，以Brij97-GMO復(fù)配作為表面活性劑，以乙醇為助表面活性劑，制備了Brij97-GMO-乙醇-食用油-茶多酚抗氧化反相微乳液，結(jié)果顯示，微乳液的最佳配方條件為復(fù)合表面活性劑Brij97-GMO質(zhì)量比2∶8、水相中水-乙醇質(zhì)量比4∶1。常溫條件下5 種食用油所形成的微乳區(qū)域差別不大，說(shuō)明油相中食用油的種類對(duì)相行為影響不大。因此可以推測(cè)此方法適用于大部分食用油。5 種油相微乳液水相中加入茶多酚，PDI均相對(duì)增加，但可有效降低微乳液粒徑。茶多酚質(zhì)量濃度越高，微乳液粒徑越小。當(dāng)茶多酚質(zhì)量濃度為0.10 g/mL時(shí)，30 d內(nèi)5 種微乳液粒徑穩(wěn)定在8～12 nm間。

DSC法結(jié)果表明微乳液中加入0.01 g/mL質(zhì)量濃度的茶多酚就顯示出了較好的抗氧化效果，當(dāng)茶多酚質(zhì)量濃度達(dá)到0.10 g/mL時(shí)，油樣的起始氧化溫度高達(dá)210.88 ℃，比空白樣提高了47.48 ℃。實(shí)驗(yàn)證明通過(guò)反相微乳液法將茶多酚包裹進(jìn)食用油中以防止食用油氧化酸敗具有可行性。

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