玉米醇溶蛋白顆粒和海藻酸丙二醇酯制備的新型雙層乳液的理化特性

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(1.北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心,教育部北京市共建功能乳品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083; 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

玉米醇溶蛋白是玉米中的主要貯藏蛋白,屬于食品級(jí)[1]醇溶性多肽。由于其疏水性以及能溶于乙醇水溶液[2]的特性,可通過調(diào)節(jié)溶劑的溶解性能,從而形成帶正電的玉米醇溶蛋白顆粒(ZCP),達(dá)到運(yùn)載生物活性成分的效果。海藻酸丙二醇酯(PGA)是一類食品級(jí)多糖[3],目前主要用作一種增加粘度、改善乳化性、包被活性成分的食品添加劑[4]。

與表面活性劑通過降低表面張力使乳液穩(wěn)定的機(jī)制不同,Pickering乳液是一種由固體顆粒制備的乳液,固體顆?？商峁┲旅艿奈锢砀魧?從而防止液滴聚結(jié),穩(wěn)定乳液[5]。Pickering乳液的潤(rùn)濕性、粒徑、形狀、表面性質(zhì)和濃度會(huì)受到顆粒類型的影響[6]。

由于傳統(tǒng)的單層乳液在某些條件下穩(wěn)定性較差,為了提升乳液的穩(wěn)定性,可以采用化學(xué)改性[7]、低能乳化[8]、微乳液聚合[9]、逐層靜電沉積技術(shù)(LBL)[10]等方法制備多層乳液。逐層靜電沉積技術(shù)(LBL)是一種依靠帶電聚合物之間的靜電作用力,促使電性相反的帶電聚合物逐層構(gòu)建靜電薄膜結(jié)構(gòu)的技術(shù)[11-12]。通過這種技術(shù)構(gòu)建的多層乳液,其油/水界面常由多層蛋白質(zhì)、多糖或脂質(zhì)組成[13],可以保護(hù)封裝組分免受化學(xué)降解[14],并根據(jù)特定環(huán)境觸發(fā)因素釋放封裝組分[15]。

本實(shí)驗(yàn)采用逐層靜電沉積技術(shù)(LBL),在顆粒和乳化劑的共同存在下制備了雙層乳液。該雙層乳液的油/水界面由ZCP和PGA組成,并系統(tǒng)地研究了不同濃度的PGA以及ZCP與PGA的加入順序,對(duì)雙層乳液物理穩(wěn)定性和微觀結(jié)構(gòu)的影響,并采用光學(xué)顯微鏡和激光共聚焦掃描顯微鏡(CLSM)對(duì)此新型雙層乳劑的形態(tài)特征進(jìn)行觀察,以期為這種由顆粒和乳化劑復(fù)合穩(wěn)定的新型雙層乳液提供一些新的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

玉米醇溶蛋白91.3%(w/w) Sigma-Aldrich公司(美國(guó));無水乙醇99.99%(v/v)、固體氫氧化鈉99.0%(w/w)、液體鹽酸36%(w/w) Eshowbokoo生物技術(shù)有限公司(中國(guó)北京);食品級(jí)海藻酸丙二醇酯(PGA)87.9%(w/w) 漢駿糖業(yè)有限公司(中國(guó)上海);中鏈甘油三酯(MCT)50%(w/w) Lonza Inc.(美國(guó));所有其他化學(xué)試劑 均為分析純。

Ultra Turrax model T25高速剪切機(jī) IKA公司(德國(guó));LS230?激光散射粒度儀 貝克曼公司,(美國(guó));Zetasizer NanoZS90 馬爾文激光粒度儀 Malvern公司(英國(guó));Leica DMD 108光學(xué)顯微鏡,Leica TCS SP5激光共聚焦掃描顯微鏡(CLSM) 徠卡公司(德國(guó));LUM 290 LUMiSize穩(wěn)定性分析儀 LUM公司(德國(guó));SPSS 18.0 for Windows IBM公司(美國(guó))。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 ZCP和PGA溶液的制備 將4 g玉米醇溶蛋白溶于800 mL 70%(v/v)乙醇水溶液中,600 r/min攪拌3 h,然后45 ℃旋蒸30 min[16],所得液體用蒸餾水稀釋至200 mL,1000 r/min離心10 min,取上清液,用0.1 mol/L HCl溶液將所得樣品pH調(diào)節(jié)至4.0,保存于5 ℃的冰箱。

將不同質(zhì)量的PGA粉末溶解于蒸餾水中,制備不同質(zhì)量濃度(0.01%、0.05%、0.1%、0.25%、0.5%、0.75%、1.0%、1.25%、1.5%)的PGA溶液,溶液于600 r/min下攪拌過夜(約12 h),然后用1 mol/L NaOH將溶液pH調(diào)節(jié)至4.0。

1.2.2 ZCP和PGA雙層乳液的制備 以50%(v/v)MCT油作為分散相,制備兩種不同添加順序的雙層乳液,雙層乳液總體積為30 mL,所有乳液在室溫(25 ℃)下貯藏12 h。

1.2.2.1 ZCP/PGA雙層乳液的制備 將7.5 mL ZCP分散液(2.0%,w/v)緩慢加入15 mL MCT(油相)中并同時(shí)于12000 r/min下進(jìn)行剪切,待ZCP分散液全部加入油相后繼續(xù)剪切5 min,得到初級(jí)乳液。再在同樣的剪切速度下分別向初級(jí)乳液中緩慢加入7.5 mL不同濃度的PGA水溶液(0.01%～1.5%,w/v),待PGA水溶液全部加入初級(jí)乳液后,將混合物繼續(xù)剪切5 min,得到次級(jí)乳液。從而制備出z-0.01p,z-0.05p,z-0.1p,z-0.25p,z-0.5p,z-0.75p,z-1.0p,z-1.25p和z-1.5p的ZCP/PGA雙層乳液。

1.2.2.2 PGA/ZCP雙層乳液的制備 將7.5 mL PGA水溶液(0.01%～1.5%,w/v)緩慢加入15 mL MCT(油相)中并同時(shí)于12000 r/min下進(jìn)行剪切,待PGA水溶液全部加入油相后繼續(xù)剪切5 min,得到初級(jí)乳液。再在同樣的剪切速度下向不同濃度PGA的初級(jí)乳液中分別緩慢加入7.5 mL ZCP分散液(2.0%,w/v),待ZCP分散液全部加入初級(jí)乳液后,將混合物繼續(xù)剪切5 min,得到次級(jí)乳液。從而制備出0.01p-z,0.05p-z,0.1p-z,0.25p-z,0.5p-z,0.75p-z,1.0p-z,1.25p-z和1.5p-z的PGA/ZCP雙層乳液。

1.2.2.3 對(duì)照組的制備 將15 mL ZCP分散液(2.0%,w/v)緩慢加入15 mL MCT(油相)中并同時(shí)于12000 r/min的速度下進(jìn)行剪切,待ZCP分散液全部加入油相后,將混合物繼續(xù)剪切5 min,作為對(duì)照,得到初級(jí)乳液,命名為“zein”。

1.2.3 乳液類型鑒別 取一滴乳液(約0.02 mL)分別加入到純MCT和純水(約10 mL)中,如果乳滴在水中迅速分散而在MCT中保持聚集,則認(rèn)為是水包油(o/w)型乳液,否則為油包水(w/o)型乳液[17]。

1.2.4 粒徑和電位測(cè)定 粒徑測(cè)定:使用激光散射粒度分析儀,測(cè)量乳液的平均液滴粒徑和粒徑分布。MCT和水的折射率分別為1.52和1.33。計(jì)算體積面積(D3,2)以衡量乳液液滴大小,計(jì)算公式如下:

式中：ni是直徑為di的顆粒數(shù)量。

電位測(cè)定:使用馬爾文激光粒度儀測(cè)定雙層乳液的Zeta(ζ)電位。用pH4.0的去離子水稀釋乳液至0.005wt%。設(shè)定平衡120 s,所有數(shù)據(jù)重復(fù)測(cè)量三次。

1.2.5 物理穩(wěn)定性分析

1.2.5.1 離心穩(wěn)定性分析 使用LUMiSizer穩(wěn)定性分析儀,測(cè)量乳液的離心穩(wěn)定性。在2 mL離心管中加入1.8 mL乳液,設(shè)定轉(zhuǎn)速3000 r/min,離心時(shí)間3600 s,溫度25 ℃[18],測(cè)量不同離心時(shí)間下乳液透光率大小。

1.2.5.2 貯藏穩(wěn)定性分析 測(cè)量貯藏1、7、14、21、28 d后乳液的液滴粒徑和ζ電位,并通過拍照記錄觀察乳液表觀特征的變化。

1.2.6 微觀結(jié)構(gòu)觀察

1.2.6.1 光學(xué)顯微鏡觀察 用pH4.0去離子水將乳液稀釋10倍,用光學(xué)顯微鏡觀察稀釋后乳液的微觀結(jié)構(gòu)。

1.2.6.2 激光共聚焦掃描顯微鏡(CLSM)觀察 用尼羅藍(lán)(0.1%)和尼羅紅(0.1%)混合熒光染料溶液對(duì)乳液進(jìn)行染色,ZCP被尼羅藍(lán)染成藍(lán)色,MCT被尼羅紅染成紅色。用激光共聚焦掃描顯微鏡(CLSM)進(jìn)一步觀察染色乳液的界面結(jié)構(gòu)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有獲得的數(shù)據(jù)均取三次測(cè)定的平均值,并用SPSS進(jìn)行方差統(tǒng)計(jì)分析。統(tǒng)計(jì)學(xué)差異通過單因素方差分析(ANOVA)和Duncan檢驗(yàn)來確定,p<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙層乳液的表觀特征分析

由實(shí)驗(yàn)1.2.3可知,將zein和雙層乳液滴在MCT和純水中,它們?cè)谒嘀械姆稚⑺俣让黠@快于在MCT相中的分散速度,表明它們是水包油型乳液。圖1顯示在室溫(25 ℃)下貯藏12 h后,zein乳液、不同濃度PGA和不同添加順序?qū)﹄p層乳液的外觀和物理穩(wěn)定性的影響。由ZCP單獨(dú)穩(wěn)定的zein乳液不穩(wěn)定,乳液的上相有大量油相釋放,并有明顯分層現(xiàn)象,這可能是由于ZCP的潤(rùn)濕性不足[2,16],不能很好地穩(wěn)定在油水界面,從乳滴表面脫離,從而導(dǎo)致乳液分層。低濃度PGA(≤0.1%)形成的的Z/P雙層乳液(圖1A、C),表觀特征與zein相似,均在上相很快釋放出油相,并有明顯分層現(xiàn)象,說明低濃度PGA基本上不能覆蓋zein乳液的液滴,導(dǎo)致乳液液滴聚結(jié)。而且,帶負(fù)電的PGA的加入降低了ζ電勢(shì),使其不能提供足夠的靜電排斥,以保持乳液穩(wěn)定。隨著PGA濃度的升高(0.01%～0.5%),Z/P雙層乳液的乳化相體積不斷增加。當(dāng)PGA濃度達(dá)到0.5%以上時(shí),乳液均一穩(wěn)定,沒有明顯的油析或分層現(xiàn)象。添加順序不同時(shí),與Z/P雙層乳液相比,使用P/Z雙層乳液均呈乳白色,而Z/P雙層乳液則由淡黃色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿榘咨?。該現(xiàn)象的出現(xiàn)可能有兩個(gè)原因:一是PGA為兩親性多糖,具有比ZCP更快的界面吸收速度和更強(qiáng)的液滴乳化能力,所以當(dāng)先加入PGA時(shí),乳液可以形成更均勻和小粒徑的液滴。二是PGA的充分覆蓋改善了液滴的穩(wěn)定性,從而改變了乳液的外觀。

圖1 zein乳液(E),Z/P(A、B)和P/Z(C、D)雙層乳液的表觀特征Fig.1 Visual appearance of zein-based emulsion,ZCP/PGA and PGA/ZCP bilayer emulsions

2.2 粒徑分布和ζ電位測(cè)定結(jié)果

圖2A和圖2C給出了ZCP和PGA不同添加順序形成的雙層乳液的平均液滴粒徑和ζ電位值,圖2B和2D顯示了相應(yīng)的液滴粒徑分布?？梢园l(fā)現(xiàn),大部分雙層乳液的平均液滴小于80 μm(除了0.01p-z)。與果膠和玉米醇溶蛋白穩(wěn)定的Pickering乳液[16]相比,液滴粒徑相對(duì)較小,證明PGA具有比果膠更好的乳化性。就Z/P雙層乳液而言,當(dāng)?shù)蜐舛鹊腜GA(0.01%和0.05%)加入到由ZCP穩(wěn)定的Pickering乳液中時(shí),液滴粒徑增加。同時(shí),Z/P雙層乳液的Zeta電位值由正電荷(41.3±3.9) mV降至負(fù)電荷(-9.53±2.66) mV和(-10.25±2.98) mV,說明PGA中和了液滴表面上的相反電荷,而要達(dá)到靜電穩(wěn)定,ζ電位值的絕對(duì)值必須超過30 mV,并且在絕對(duì)值5～15 mV之間,發(fā)生耗盡絮凝[19]。因此,當(dāng)PGA濃度較低時(shí),液滴間由于靜電排斥力不足,不具有足夠的穩(wěn)定性來防止聚結(jié)和分層。這與在添加低濃度PGA的Z/P雙層乳液中觀察到的分層和油相釋放表觀特征相一致(圖1A)。

圖2 不同濃度及添加順序的ZCP與PGA形成乳液的液滴大小、Zeta電位(A、C)和粒徑分布(B、D)Fig.2 Droplet size,zeta-potential(A,C)and size distribution(B,D)of zein-based Pickering emulsion and bilayer emulsions with two different adding sequences at various mass ratios of ZCP to PGA

而當(dāng)PGA的濃度從0.1%升高至1.0%時(shí),液滴的平均粒徑從(36.58±0.64) μm逐漸減小至最小值(12.46±0.03) μm。同時(shí),液滴的ζ電位從(-14.1±2.69) mV降低至最小值(-29.63±1.19) mV。當(dāng)PGA濃度大于1.0%時(shí),液滴粒徑和ζ電位均未出現(xiàn)明顯波動(dòng),表明此含量的PGA已提供了足夠的靜電排斥和機(jī)械阻隔,以穩(wěn)定乳液防止液滴聚集。此外,吸附在液滴上的PGA分子提高了乳化效率,使得液滴粒徑逐漸減小。但由于一些PGA分子可能與ZCP存在界面競(jìng)爭(zhēng)吸附,并隨后通過降低界面的表面張力來減小液滴粒徑,所以當(dāng)PGA濃度高于1.0%時(shí),由于連續(xù)相中存在過量的游離PGA而促進(jìn)液滴聚集,液滴粒徑略微增加。此結(jié)果表明,1.0%的PGA可能是完全覆蓋油/水界面和穩(wěn)定Z/P雙層乳液所需的最低濃度。

在P/Z雙層乳液中發(fā)現(xiàn)了類似的規(guī)律。在低濃度PGA(0.01%)下,與Z/P雙層乳液相比,P/Z雙層乳液((155.2±2.5) μm)的液滴粒徑顯著增加(p<0.05),這表明乳液中發(fā)生了液滴聚集現(xiàn)象。這些乳液的PGA濃度太低,無法使油相大量乳化,并且PGA分子的負(fù)電荷被ZCP中和,靜電排斥作用降低。而當(dāng)PGA濃度升至0.05%時(shí),P/Z雙層乳液的液滴粒徑迅速降至(73.93±0.47) μm,表明PGA具有較好的乳化性,能夠更有效地降低雙層乳液的液滴粒徑。隨著PGA濃度的升高(0.05%～0.5%),液滴粒徑從(73.93±0.47) μm降低至(19.74±0.03) μm(p<0.05)。當(dāng)PGA濃度高于0.5%時(shí),液滴粒徑下降至最小值(12.23±0.04) μm,這說明PGA完全被液滴表面吸附。如表1所示,zein乳液和兩種類型雙層乳液的D3,2顯著受PGA水平的影響(p<0.05)。不同添加順序并未影響平均液滴粒徑的變化趨勢(shì),但它們的D3,2遠(yuǎn)小于其各自的液滴的平均粒徑。

表1 不同濃度的玉米醇溶蛋白與PGA雙層乳液的D3,2Table 1 D3,2 of bilayer emulsions with two different adding sequences at different mass ratios of zein and PGA

圖2B和圖2D中分別顯示了Z/P和P/Z雙層乳液的液滴粒徑分布。zein乳液表現(xiàn)出較寬的粒徑分布單峰,這表明單獨(dú)用ZCP穩(wěn)定的Pickering乳液,粒徑不均勻。當(dāng)添加較低濃度PGA時(shí)(0.01%和0.05%),Z/P雙層乳液表現(xiàn)出大致均勻的粒徑分布和窄峰,這可能是由于在pH4.0時(shí),帶負(fù)電的PGA分子會(huì)與鄰近的帶正電荷的液滴相互作用,引起絮凝。隨著PGA濃度的升高,液滴的粒徑分布從窄單峰模式變?yōu)殡p峰模式,并且在0.1%和0.25%的PGA水平可以清楚地觀察到兩個(gè)疊加峰。這可能是由于PGA分子逐漸被液滴表面吸附,但仍不足以完全覆蓋液滴表面,從而產(chǎn)生不均勻粒徑的液滴。當(dāng)PGA濃度大于0.5%時(shí),液滴粒徑分布從雙峰再次變?yōu)閱畏?峰值逐漸下降。就P/Z雙層乳液而言,粒徑分布較為均勻,在低PGA濃度(0.01%和0.05%)下具有窄峰。在PGA存在下,雙層乳液中出現(xiàn)寬雙峰模式(0.1%)和兩個(gè)重疊峰(0.25%),隨著PGA含量增加到0.5%以上,液滴粒徑分布變?yōu)榻鼏畏?峰縱坐標(biāo)值逐漸減小。

2.3 雙層乳液的物理穩(wěn)定性分析

2.3.1 離心穩(wěn)定性分析 雙層乳液的離心穩(wěn)定性隨離心時(shí)間變化如圖3所示。如圖3A所示,zein乳液的離心過程中透光率呈不斷上升的趨勢(shì),且最終乳液透光率最大,乳液非常不穩(wěn)定。在低濃度PGA下,由于PGA不能完全覆蓋液滴,PGA的加入反而導(dǎo)致靜電斥力的下降而使液滴間絮凝。隨著PGA濃度的增加,穩(wěn)定性增強(qiáng),說明吸附在液滴表面的PGA不斷增加,雖然0.5%PGA的Z/P雙層乳液的穩(wěn)定性仍然比zein乳液的穩(wěn)定性差,但當(dāng)PGA水平為0.75%時(shí),Z/P雙層乳液的穩(wěn)定性高于zein乳液,并且隨著PGA濃度的繼續(xù)升高,透光率的波動(dòng)逐漸平緩,說明雙層乳液的物理穩(wěn)定性隨著PGA濃度的上升而不斷提高,這可能是由于Z/P雙層乳液液滴外層PGA的分子結(jié)構(gòu)更加靈活,可以滲透界面空隙中,提供靜電斥力和空間位阻,在大豆可溶性多糖和甜菜果膠對(duì)乳鐵蛋白包覆橙油雙層乳液實(shí)驗(yàn)[20]中也出現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。當(dāng)PGA濃度高于1.0%時(shí),分層速率有所降低但不顯著,說明ZCP穩(wěn)定的液滴已經(jīng)完全被PGA分子覆蓋,并且由于水相中過量的PGA分子提高了相粘度,從而改善了Z/P雙層乳液的物理穩(wěn)定性,所以幾乎不會(huì)發(fā)生液滴的絮凝。

如圖3B所示,在相同PGA水平下,相比于Z/P雙層乳液,P/Z雙層乳液的透光率較小,乳液的乳化速率明顯增大,加入的陽離子顆粒會(huì)與多個(gè)陰離子液滴結(jié)合,導(dǎo)致液滴絮凝。而當(dāng)PGA濃度升高至0.5%時(shí),P/Z雙層乳液比zein乳液和Z/P雙層乳液表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。并且隨著PGA濃度的逐漸增大,波動(dòng)極小的透光率可以反映出雙層乳液良好的物理穩(wěn)定性,說明高濃度PGA的添加會(huì)降低初級(jí)乳液的液滴粒徑。在液滴表面被完全覆蓋之后,水相中過量的PGA分子將增加雙層乳液的粘度,由斯托克斯定律可知,乳液的物理穩(wěn)定性與乳液的粘度正相關(guān),穩(wěn)定性的提升可能是粘度升高的原因[21]。

圖3 不同濃度的Z/P雙層乳液(A)和P/Z雙層乳液(B)的透光率變化曲線Fig.3 Transmission profiles of ZCP/PGA bilayer emulsion(A) and PGA/ZCP bilayer emulsion(B) at different mass ratios of zein to PGA

2.3.2 貯藏穩(wěn)定性分析 圖4表示在25 ℃下貯藏一段時(shí)間后,zein乳液和與雙層乳液的粒徑和ζ電位變化。如圖4A所示,貯藏時(shí)間對(duì)不同PGA濃度的Z/P雙層乳液的液滴粒徑和ζ電位具有不同的影響。zein乳液液滴的粒徑和ζ電位變化最大,說明僅由ZCP穩(wěn)定的Pickering乳液并不穩(wěn)定。而且zein乳液液滴粒徑和ζ電位的大幅波動(dòng),也表明ZCP在液滴表面發(fā)生反復(fù)的吸附和解吸,這可能是ZCP在界面的潤(rùn)濕性較差。低濃度PGA的Z/P雙層乳液,由于乳液的不穩(wěn)定性以及液滴的變形,從而導(dǎo)致液滴粒徑比zein乳液還要略微增加,ζ電位也有明顯波動(dòng)。隨著PGA濃度的不斷升高,Z/P雙層乳液的貯藏穩(wěn)定性顯著提高(p<0.05),并且由于稠化界面和高粘度連續(xù)相的存在,乳液液滴遷移率降低,貯藏不穩(wěn)定性下降[22]。

圖4 ZCP/PGA雙層乳液(A)和PGA/ZCP雙層乳液(B)在不同貯藏時(shí)間后的液滴粒徑和ζ電位Fig.4 Droplet size and Zeta-potential of ZCP/PGA bilayer emulsion(A)and PGA/ZCP bilayer emulsion(B)after different storage times

如圖4B所示,貯藏時(shí)間對(duì)不同PGA濃度的P/Z雙層乳液的液滴粒徑和ζ電位也有不同的影響。當(dāng)PGA濃度較低時(shí),雙層乳液并不穩(wěn)定,貯藏過程中液滴粒徑和ζ電位有明顯變化,削弱的靜電斥力促進(jìn)了乳液的絮凝。而當(dāng)PGA濃度逐漸增加,PGA分子可以完全覆蓋液滴表面并作為內(nèi)層穩(wěn)定雙層乳液,同時(shí),存在于連續(xù)相中的PGA分子,可以提高乳液的黏度,并在一定程度上相互交聯(lián)形成致密的雙層膜,從而提高乳液的貯藏穩(wěn)定性[23]。

貯藏時(shí)間對(duì)zein乳液和雙層乳液的外觀影響如圖5所示。25 ℃貯藏7 d后,zein乳液出現(xiàn)明顯的分層和油相釋放,這可能是由于乳液在貯藏期間因重力分離作用,ZCP從液滴界面分離導(dǎo)致了ZCP的明顯沉降。PGA濃度較低時(shí)(≤0.05%),貯藏7 d后,兩類雙層乳液均逐漸發(fā)生解離分層,并出現(xiàn)油相釋放現(xiàn)象,這是由于顆粒間斥力不足從而導(dǎo)致了液滴的聚結(jié)。隨著PGA含量的逐漸增加,水層厚度與乳液總高度的比值不斷降低。當(dāng)PGA濃度達(dá)到1.0%時(shí),ZCP和PGA共同穩(wěn)定的雙層乳液相對(duì)穩(wěn)定,沒有分層現(xiàn)象出現(xiàn),PGA濃度的增加改善了雙層乳液的貯藏穩(wěn)定性[23]。

圖5 不同貯藏時(shí)間對(duì)zein乳液、ZCP/PGA雙層乳液和PGA/ZCP雙層乳液外觀的影響Fig.5 Effect of different storage times on visual appearance of zein-based Pickering emulsion, ZCP/PGA bilayer emulsion and PGA/ZCP bilayer emulsion

貯藏28 d后,低濃度PGA的雙層乳液中出現(xiàn)更加明顯的液滴聚集,具有較少PGA分子附著的界面不能提供足夠的靜電斥力來保證乳液的長(zhǎng)期貯藏穩(wěn)定性。此外,重力作用和粒子的布朗運(yùn)動(dòng)也導(dǎo)致了乳液的聚結(jié),從而導(dǎo)致雙層乳液的水層厚度與乳液總高度的比值均升高。隨著PGA的濃度升高,雙層乳液的水層厚度逐漸降低,這說明高濃度的PGA為雙層乳液液滴提供了充足的靜電斥力和穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu),提高了乳液的長(zhǎng)期貯藏穩(wěn)定性[23]。

2.4 雙層乳液的空間形態(tài)觀察

2.4.1 光學(xué)顯微鏡觀察 圖6顯示了不同類型乳液的光學(xué)顯微鏡照片?？梢杂^察到zein乳液并不穩(wěn)定,并在幾分鐘快速聚結(jié),這可能是由于ZCP顆粒間的疏水吸引[24]。加入PGA后,乳液的物理穩(wěn)定性大大提高,且PGA濃度越高,液滴粒徑越小,乳液越均勻。所以,由于先加入ZCP的Pickering乳液中的液滴易于聚結(jié),所以可以通過LBL技術(shù)對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定。

圖6 ZCP和PGA共穩(wěn)定的雙層乳液和zein乳液的光學(xué)顯微鏡圖像Fig.6 Optical microscope images of zein-based Pickering emulsion and bilayer emulsions co-stabilized by ZCP and PGA

當(dāng)PGA濃度從0.1%增加到1.5%,雙層乳液液滴的粒徑減小,并且逐漸形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),說明具有較高濃度PGA的雙層乳液中PGA所占體積分?jǐn)?shù)也較大,因此乳液液滴彼此非常緊密并且具備較高的彈性模量[25]。乳化層中液滴的緊密堆積以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成,導(dǎo)致了凝膠狀流變特性的體現(xiàn)[26]。

2.4.2 CLSM觀察 使用CLSM來觀察由ZCP和PGA穩(wěn)定的雙層乳液的界面結(jié)構(gòu),如圖7所示,MCT為紅色,ZCP為藍(lán)色。圖7A顯示了zein乳液的微觀結(jié)構(gòu),液滴不均勻且較大,液滴有明顯的聚結(jié)現(xiàn)象,這種現(xiàn)象是由于玉米醇溶蛋白的潤(rùn)濕性不足,以及ZCP之間的疏水效應(yīng)而導(dǎo)致了液滴的聚結(jié),說明了zein乳液的不穩(wěn)定性。相反,可以在圖7B在觀察到Z/P雙層乳液中均勻的液滴和外層蛋白網(wǎng)絡(luò)。說明外層PGA的添加促進(jìn)了更加緊密的界面的形成。就P/Z雙層乳液而言,雖然其液滴大小也較為均勻,但并沒有形成連續(xù)的蛋白網(wǎng)絡(luò)(圖7C)。PGA作為內(nèi)層,雖然減小了液滴的粒徑,但也增加了比表面積,導(dǎo)致ZCP外層的不完全覆蓋。

圖7 由zein(A)、ZCP/PGA雙層乳液(B)(1.5% w/v)和PGA/ZCP雙層乳液(C)(1.5%,w/v)穩(wěn)定的Pickering乳液的CLSM圖像Fig.7 CLSM image of Pickering emulsion stabilized by zein(A),ZCP/PGA double emulsion(B) (1.5% w/v)and PGA/ZCP double emulsion(C)(1.5%,w/v)

3 結(jié)論

在本研究中,采用LBL靜電沉積技術(shù)制備了ZCP和PGA穩(wěn)定的新型雙層乳液。與僅由zein穩(wěn)定的Pickering乳液相比,雙層乳液因其獨(dú)特的顆粒-多糖雙層結(jié)構(gòu)而具有更好的穩(wěn)定性,不易分層和聚結(jié)。隨液滴表面PGA的濃度的增大,雙層乳液液滴的粒徑逐漸減小,形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),雙層乳液的穩(wěn)定性不斷提高。不同的加入順序?qū)﹄p層乳液的微觀結(jié)構(gòu)有重要影響,PGA具有更好的乳化性,隨PGA濃度的升高,先加入PGA的雙層乳液具有更小的液滴粒徑。但是,ZCP和PGA在液滴界面中的共存,阻礙了雙層乳液的穩(wěn)定和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成,從而使雙層乳液具有凝膠性質(zhì)。本文將界面工程技術(shù)、Pickering乳液和雙層乳液三者結(jié)合,設(shè)計(jì)了由ZCP和PGA穩(wěn)定的雙層乳液?？梢灶A(yù)想,這種由顆粒和乳化劑共同穩(wěn)定的新型雙層乳液會(huì)因其較好的穩(wěn)定性和可控的界面性質(zhì)在生物活性組分的遞送方面展現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性。