單甘酯與蜂蠟復(fù)配制備五步蛇蛇油基凝膠油的研究

司昀靈，胡招龍，鄒立強(qiáng)，劉 偉

(南昌大學(xué) 食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實驗室，南昌 330000)

蛇油即蛇的脂肪經(jīng)加工精煉形成的油脂，其脂肪酸組成以不飽和脂肪酸居多。我國對蛇油的利用早有記載，幾百年前民間已經(jīng)開始使用蛇油治療燙傷、皸裂、凍瘡、濕疹等皮膚問題。Shirai等[1]對海蛇蛇油與魚油的降血糖、血脂功能進(jìn)行了探討和對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在二十二碳六烯酸(DHA)含量相同的條件下，蛇油降血糖、血脂的能力高于魚油。以海蛇蛇油制作的軟膠囊可提高記憶，增強(qiáng)學(xué)習(xí)能力以及預(yù)防骨質(zhì)疏松。此外，蛇油在抗炎、鎮(zhèn)痛、抗氧化，治療燙傷、凍傷、濕疹以及預(yù)防肌腱粘連方面效果顯著[2]。由于蛇油腥味較重，嚴(yán)重制約了其在食品行業(yè)的發(fā)展應(yīng)用。目前市面上蛇油制品多為膏霜狀，被廣泛應(yīng)用于護(hù)膚領(lǐng)域及某些皮膚問題的預(yù)防。然而，膏霜類產(chǎn)品蛇油含量較低，因此只能用于日常護(hù)理，嚴(yán)重限制了其發(fā)展及應(yīng)用。

凝膠油是指由單一或復(fù)合凝膠因子通過自組裝或者結(jié)晶模式形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)而將液態(tài)油脂轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袩峥赡嫘缘念惞腆w脂肪物質(zhì)[3-4]。凝膠油具有半固態(tài)油脂黏彈性、低反式脂肪酸和低飽和脂肪酸等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、日化用品等領(lǐng)域[5-6]。常見的凝膠因子有脂肪醇、脂肪酸、天然蠟(小燭樹蠟、蜂蠟、米糠蠟)、單甘酯等。天然蠟的低成本、較強(qiáng)結(jié)合力等優(yōu)點(diǎn)使其具有廣泛的應(yīng)用，許多植物蠟被廣泛應(yīng)用于有機(jī)凝膠的形成[7-9]。蜂蠟主要成分有酸類、游離脂肪酸、游離脂肪醇和碳?xì)浠衔颷10]。由單一蜂蠟制備的凝膠油存在硬度過大，觸變性較差等問題。而單甘酯是食品中常用的乳化劑、凝膠劑，以單甘酯為凝膠因子制備的凝膠油硬度較小，結(jié)合油的能力不強(qiáng)。因此，蜂蠟和單甘酯復(fù)配制備凝膠油是一種可行途徑，目前對于混合這兩種凝膠因子制備凝膠油的研究鮮有報道。本研究將蜂蠟和單甘酯作為凝膠因子使蛇油凝膠化，深入探究蜂蠟和單甘酯在不同質(zhì)量比時對凝膠油硬度、析油率、流變性以及凝膠結(jié)構(gòu)的影響，以期根據(jù)終端固體油脂產(chǎn)品的性質(zhì)、功能研發(fā)出更加完善的凝膠油產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

五步蛇蛇油，景德鎮(zhèn)陳鋒特種野生動物科技開發(fā)有限公司；蜂蠟，滄州康鑫蜂蠟?zāi)z業(yè)有限公司；單甘酯，廣州市林?；び邢薰?。

恒溫水浴鍋；AL204電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；TGL-16B離心機(jī)；TA-XT質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro System公司；CKX41光學(xué)顯微鏡，日本Olympus公司；D8 Advance X-射線衍射儀，德國Bruker公司；TA DHR-2流變儀，美國TA Instruments公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 五步蛇蛇油基凝膠油的制備

固定總凝膠因子含量為8%，蜂蠟與單甘酯以不同質(zhì)量比組合(10∶0，8∶2，6∶4，4∶6，2∶8，0∶10)進(jìn)而得到含有6種凝膠因子的五步蛇蛇油樣品。所有樣品在80℃下磁力攪拌加熱10 min，使蜂蠟和單甘酯在五步蛇蛇油樣中完全溶解，取出油樣，置于室溫冷卻12 h備用。

1.2.2 析油率測定

稱取離心管質(zhì)量記為a，將熔化的五步蛇蛇油基凝膠油置于離心管中，室溫下靜置24 h，稱取其總質(zhì)量記為b。將五步蛇蛇油基凝膠油于10 000 r/min離心15 min，離心結(jié)束將離心管倒置15 min，將不能結(jié)合的油脂完全析出，稱取其總質(zhì)量記為c。持油性以離心后吸油量表示[11]。析油率根據(jù)以下公式計算。

1.2.3 硬度測定

質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)：探頭P 0.5R，測前速率2 mm/s，測試中速率1 mm/s，測后速率2 mm/s，探頭感受到5.0 g力后下壓5.00 mm，取下壓過程峰值為硬度值[12]。

1.2.4 流變性測定

1.2.4.1 頻率掃描

頻率掃描前應(yīng)進(jìn)行應(yīng)變掃描，掃描條件：測試溫度25℃，平板直徑40.0 mm，板間距1 000 μm，掃描范圍0.001～1 000 Pa；固定頻率1 Hz。通過應(yīng)變掃描確定線性黏彈區(qū)選取應(yīng)變值，在0.1～100 Hz進(jìn)行頻率掃描，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)20個，測量有機(jī)凝膠的儲能模量(G′)和損耗模量(G″)[13]。

1.2.4.2 黏度恢復(fù)值測定

各樣品剪切方法為0.1 s-1、10 min，10 s-1、10 min，0.1 s-1、10 min。通過比較剪切各周期的最終黏度，計算黏度恢復(fù)值[14]。

1.2.5 晶體形態(tài)分析

采用光學(xué)顯微鏡對凝膠油晶體分子微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。取適量凝膠油放置于載玻片上，蓋上蓋玻片，使樣品均勻分布，放大400倍對結(jié)晶形態(tài)進(jìn)行觀察，并獲取形態(tài)學(xué)照片。

1.2.6 晶型分析

采用X-射線衍射法對凝膠油晶型進(jìn)行分析。測試條件：測試溫度25℃，Cu靶(電壓40 kV，電流40 mA)，狹縫寬度1.0 mm，接受狹縫0.1 mm，掃描速率2(°)/min，掃描范圍5°～50°[15]。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)測定3次，利用SPSS 19進(jìn)行顯著性分析(P<0.05)，比較各組間的顯著性。用Origin 8.6進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比對五步蛇蛇油基凝膠油硬度和析油率的影響(見圖1)

凝膠油的硬度和持油性反映了凝膠因子的固化能力和對油脂的攔截能力，硬度越大其固化能力越強(qiáng)，但并非硬度越大越好，實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)所需產(chǎn)品的性質(zhì)選擇合適的硬度。由圖1A可知，6種條件下均能形成凝膠結(jié)構(gòu)。由圖1B可知，少量單甘酯的存在對體系的析油率幾乎無影響，但大量單甘酯的存在會增加凝膠油體系的析油率，降低其穩(wěn)定性。因此，實際生產(chǎn)中應(yīng)保持蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比大于等于4∶6，此時析油率小于2%，屬于可接受范圍。圖1C硬度分析結(jié)果表明僅由蜂蠟形成的凝膠油體系硬度高達(dá)371 g，此時持油性最高，僅由單甘酯制備的凝膠油硬度最低，僅為81 g，說明蜂蠟較單甘酯有著更突出的油脂固化能力。整體而言，隨著蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比的降低，凝膠油硬度并非呈現(xiàn)簡單的下降，而是一個降低-升高-降低的過程，這可能是由于凝膠油的結(jié)晶尺寸、結(jié)晶形狀以及結(jié)晶度的改變引起的。值得注意的是在蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比為4∶6時凝膠油體系的硬度值為242 g(約2.3 N)，這與劉日斌等[16]報道的凝膠油最佳制備工藝的硬度條件相一致。此外，研究結(jié)果表明凝膠油的持油性與體系硬度無顯著關(guān)聯(lián)，并非硬度越大持油性越好。

圖1 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比下五步蛇蛇油基凝膠油的照片(A)、析油率(B)、硬度(C)

2.2 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比對五步蛇蛇油基凝膠油流變性的影響

2.2.1 頻率掃描

在頻率掃描前，通過應(yīng)力掃描確定6種凝膠樣品應(yīng)變值在0.01%時處于線性黏彈區(qū)內(nèi)，因此選取應(yīng)變值為0.01%進(jìn)行頻率掃描。不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比所形成凝膠油的頻率掃描曲線如圖2所示。

注：空心符號代表G″，實心符號代表G′。圖2 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比所形成凝膠油的頻率掃描曲線

由圖2可知，所有樣品的G′均大于G″，表明所有樣品均形成了凝膠結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出固體性質(zhì)，主要發(fā)生彈性形變[17]。單純由蜂蠟制備的凝膠油具有較高的G′，少量單甘酯的存在(蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比8∶2)增大了凝膠油的G′，隨著單甘酯所占比例的進(jìn)一步增加，凝膠油的G′下降，其中以蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比6∶4時下降幅度最顯著。結(jié)果表明，凝膠油黏彈性是由蜂蠟與單甘酯的質(zhì)量比決定的。此外，6種凝膠油體系的G′隨著掃描頻率的增加而略有增加，說明膠體在較高剪切速率下產(chǎn)生的凝膠比低剪切速率下產(chǎn)生的凝膠彈性更大，反映凝膠油內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)是由非共價“物理”交聯(lián)組成[18]。

2.2.2 觸變性(見圖3)

注：0～600 s，剪切速率0.1 s-1；600～1 200 s，剪切速率10 s-1；1 200～1 800 s，剪切速率0.1 s-1。

圖3 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比所形成凝膠油的觸變性曲線(A)及黏度恢復(fù)曲線(B)

觸變性即剪切去除后的結(jié)構(gòu)恢復(fù)，具有觸變性的凝膠在撤去高剪切速率后，至少會有部分恢復(fù)至最初結(jié)構(gòu)，理想情況下黏度恢復(fù)值達(dá)到70%被認(rèn)為具有良好的觸變性[19]。由圖3A可以看出，在第一階段所有樣品均在0.1 s-1下剪切10 min，各樣品黏度隨時間延長而降低。樣品在經(jīng)過600 s的剪切后其黏度值被認(rèn)為是初始黏度值n1。僅由蜂蠟或者蜂蠟與單甘酯以一定質(zhì)量比形成的凝膠油的起始黏度顯著高于僅由單甘酯形成的凝膠油。第二階段(600 s

由圖3B可以看出，僅由蜂蠟制備的凝膠油黏度恢復(fù)值低于僅由單甘酯制備的凝膠油。少量單甘酯的存在(蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比8∶2)降低了黏度恢復(fù)值，此時頻率掃描也顯示凝膠油的G′升高G″ 降低(見圖2)。隨著蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比的降低凝膠油黏度恢復(fù)值顯著上升，當(dāng)蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比為4∶6、2∶8時黏度恢復(fù)值分別達(dá)到37%、45%。表明蠟基形成的凝膠油黏度恢復(fù)值較差，單甘酯的存在(蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比小于等于6∶4)可顯著提高蠟基凝膠油的黏度恢復(fù)值。Okuro等[14]對蠟基凝膠油的黏度恢復(fù)值進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)在總凝膠因子7%條件下加入卵磷脂可顯著提高果蠟的黏度恢復(fù)值。根據(jù)凝膠油黏度恢復(fù)值結(jié)果并結(jié)合其硬度、析油率的結(jié)果，表明當(dāng)蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比為4∶6時凝膠油性能良好，此時五步蛇蛇油基凝膠油的析油率為1.8%，硬度為242 g，黏度恢復(fù)值為37%。

2.3 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比對五步蛇蛇油基凝膠油結(jié)晶形態(tài)的影響(見圖4)

由圖4可以看出，僅由蜂蠟制備的凝膠油呈現(xiàn)長枝狀網(wǎng)絡(luò)，而僅由單甘酯制備的凝膠油形成了顆粒狀結(jié)晶。Yilmaz等[20]研究發(fā)現(xiàn)僅由蜂蠟形成的凝膠油晶體結(jié)構(gòu)為針狀物，而僅由單甘酯形成的凝膠油晶體結(jié)構(gòu)為球粒狀，這與本文的結(jié)果相一致。研究表明長枝晶狀結(jié)構(gòu)可以很好地使晶體之間交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而截留更多的液態(tài)油脂[21]。這或許可以解釋隨著蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比的降低凝膠油體系持油性下降的現(xiàn)象。結(jié)合硬度結(jié)果僅由蜂蠟形成的凝膠油硬度最大，而僅由單甘酯形成的凝膠油硬度最小，說明固體顆粒的結(jié)晶形狀會影響其硬度，長枝狀結(jié)晶硬度顯著大于顆粒狀結(jié)晶。然而，蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比8∶2時凝膠油長枝狀結(jié)晶變長，但硬度降低。隨著蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比的降低凝膠油的長枝狀網(wǎng)絡(luò)逐漸變短、變細(xì)、變少直至消失，在蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比4∶6時其長枝狀結(jié)晶變少、變短，但其硬度較蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比8∶2出現(xiàn)了明顯上升，這可能是由于顆粒間的相互作用、結(jié)晶度等因素引起的。研究指出,在解釋有機(jī)凝膠硬度增加的原因時，必須考慮固體顆粒的平均大小和形狀、固液表面能量、顆粒間相互作用以及固相的三維組織[22]。微觀結(jié)果表明,蜂蠟、單甘酯兩種凝膠因子并非獨(dú)立的系統(tǒng)，二者共同存在會相互影響、相互作用。凝膠晶體在凝膠油中的形成和形狀與凝膠類型、凝膠劑的配比有關(guān)。

注：a.10∶0；b.8∶2；c.6∶4；d.4∶6；e.2∶8；f.0∶10。

圖4 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比所形成凝膠油的光學(xué)顯微鏡照片

2.4 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比對五步蛇蛇油基凝膠油晶型的影響(見圖5)

由圖5可以看出,各凝膠樣品在不同區(qū)域出現(xiàn)了不同的衍射峰，說明凝膠油存在同質(zhì)多晶現(xiàn)象[23]。衍射峰在0.42 nm為α型晶體的特征峰，0.38 nm和0.42 nm附近強(qiáng)衍射峰為β′型晶體的特征峰，0.46 nm附近強(qiáng)衍射峰為β型晶體的特征峰[24]。6種凝膠油在0.46 nm均出現(xiàn)了強(qiáng)的衍射峰，說明6種凝膠樣品均含有較多的β型晶體。單獨(dú)由蜂蠟形成的凝膠油在0.42 nm處存在強(qiáng)的衍射峰，在0.37 nm處存在較強(qiáng)衍射峰，說明蜂蠟形成的凝膠油含有較多的α、β以及β′型晶體。而單獨(dú)由單甘酯形成的凝膠油除β型晶體外，雖然在0.38 nm處檢測到衍射峰但其強(qiáng)度較弱，說明β′型晶體較少。此外，蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比8∶2時制備的凝膠油的各衍射峰強(qiáng)度較蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比10∶0時明顯增加但黏度恢復(fù)值降低，這與微觀結(jié)構(gòu)中長枝狀結(jié)晶變長相符。隨著蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比的降低，凝膠油結(jié)構(gòu)的α型晶體衍射峰強(qiáng)度逐漸降低但黏度恢復(fù)值增加，這是由于蜂蠟含量逐漸減少所致。因此，可以推斷蜂蠟較單甘酯有著獨(dú)特的α型晶體，蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比會影響整個體系的晶型，且α晶型的存在可能會導(dǎo)致黏度恢復(fù)值降低。

注：a.10∶0；b.8∶2；c.6∶4；d.4∶6；e.2∶8；f.0∶10。圖5 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比所形成凝膠油的X-射線衍射圖譜

3 結(jié) 論

不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比對五步蛇蛇油基凝膠油晶型、晶態(tài)、觸變性、硬度及析油率具有顯著影響，僅由蜂蠟形成的凝膠油具有很強(qiáng)的持油性，較低的黏度恢復(fù)值，結(jié)晶形態(tài)為長枝狀結(jié)晶，存在較多的α、β以及β′型晶體，少量單甘酯(蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比8∶2)加入對析油性無影響，但增加了蜂蠟的長枝狀結(jié)晶及各晶體的結(jié)晶度，降低了黏度恢復(fù)值；隨著單甘酯的進(jìn)一步增加(蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比6∶4)，凝膠油的持油性、結(jié)晶度以及長枝狀結(jié)晶的數(shù)量降低，但其黏度恢復(fù)值顯著增加。當(dāng)單甘酯完全替代蜂蠟后，體系的持油性達(dá)到最低，結(jié)晶形態(tài)為顆粒狀，結(jié)晶形狀主要為β型以及少量的β′型晶體。因此，確定蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比4∶6為最佳，此時五步蛇蛇油基凝膠油的析油率為1.8%，硬度為242 g，黏度恢復(fù)值為37%。