沙棘籽油凝膠的制備及流變特性研究

高雅馨，李曉倩，于有強(qiáng)，侯占群*，牟德華*

1(河北科技大學(xué) 生物科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊,050018) 2(中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司，北京,100015) 3(河北省藥品檢驗(yàn)研究院，河北 石家莊,050020)

沙棘為胡頹子科植物沙棘(HippophaerhamnoidesLinn.)的干燥成熟果實(shí)[1]。沙棘籽油是從沙棘種子中提取得到的一種植物油，不飽和脂肪酸含量高達(dá)87%，含多種植物甾醇、黃酮類(lèi)物質(zhì)和酚類(lèi)化合物等活性成分，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高[2]，具有增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抗炎、止痛和抗衰老等功效[3]，被稱(chēng)為“油料黃金”。

目前，構(gòu)建乳狀液體系、制備微膠囊是拓展沙棘籽油應(yīng)用范圍的常見(jiàn)方法，但有關(guān)沙棘籽油凝膠的研究還較少。向殷豐等[4]以酪蛋白酸鈉和麥芽糊精為壁材，制備沙棘籽油微膠囊，結(jié)果表明微膠囊包埋延長(zhǎng)了高溫加速儲(chǔ)存過(guò)程中沙棘籽油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間，氧化穩(wěn)定性提高；SHEN等[5]制備沙棘油納米乳，荷載肉豆蔻酸異丙酯，結(jié)果表明沙棘油納米乳是一種潛在的脂溶性藥物遞送體系。肉桂酸又稱(chēng)桂皮酸，為傳統(tǒng)藥食同源的中藥植物肉桂的主要有效成分之一，具有抗菌、抗抑郁、抗炎、降血糖等生理活性[6-8]。肉桂酸是一種凝膠因子，可通過(guò)結(jié)晶方式將油脂束縛在凝膠網(wǎng)絡(luò)中制備油凝膠，載油量高達(dá)90%以上[9]。左鋒等[10]利用肉桂酸制備米糠油有機(jī)凝膠，米糠油凝膠中形成細(xì)小結(jié)晶，分布均勻。乳鐵蛋白，是一種非血紅素鐵結(jié)合糖蛋白，具有促進(jìn)鐵吸收、抗菌、抗腫瘤等作用[11]，乳化性、起泡性和溶解性良好，廣泛應(yīng)用于食品遞送體系中，用于保護(hù)生物活性成分[12]。

本研究以肉桂酸為凝膠劑、乳鐵蛋白為乳化劑制備沙棘籽油復(fù)合凝膠，研究凝膠因子肉桂酸誘導(dǎo)的油脂凝膠成膠特性；制備乳鐵蛋白-肉桂酸復(fù)合沙棘籽油凝膠，研究復(fù)合凝膠理化穩(wěn)定性及流變特性，探索一種荷載功能性油脂的遞送體系，為沙棘籽油在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

沙棘籽油，北京寶德康食品有限公司(超臨界萃取法提取)；乳鐵蛋白(lactoferrin,LF),鄭州百利化工產(chǎn)品有限公司；肉桂酸(cinnamic acid,CA),上海源葉生物科技有限公司。

1.2 試劑與儀器

1.2.1 試劑

異辛烷、冰乙酸、乙醚、石油醚、無(wú)水乙醇、體積分?jǐn)?shù)95%乙醇、NH3·H2O,北京化工廠；KI、NaOH、硫代硫酸鈉、Na2CO3、重鉻酸鉀、鄰苯二甲酸氫鉀,天津永大化學(xué)試劑有限公司，所有試劑均為分析純。

1.2.2 儀器

BS210S型電子天平,北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；T25 基本型ULTRA-TURRAX 分散機(jī),德國(guó)IKA 公司；高速冷凍離心機(jī),上海安亭科學(xué)儀器廠；CKX41型倒置光學(xué)顯微鏡,日本奧林巴斯株式會(huì)社；S3500激光粒度分析儀,美國(guó)麥奇克有限公司；LUMISizer 611型穩(wěn)定性分析儀,德國(guó)LUM 儀器公司；Rheolaser Master光學(xué)法微流變儀,法國(guó)FORMULACTION公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 沙棘籽油有機(jī)凝膠的制備及表征

1.3.1.1 沙棘籽油有機(jī)凝膠的制備

精確稱(chēng)取一定質(zhì)量的沙棘籽油，置于90 ℃水浴，加入適量肉桂酸，直至充分溶解，在一定溫度下冷卻形成凝膠。肉桂酸濃度組：制備肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%、4%、6%、8%、10%和12%的沙棘籽油有機(jī)凝膠，4 ℃冷卻成膠；凝膠溫度組：制備肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的沙棘籽油有機(jī)凝膠，分別放入4、15和25 ℃恒溫箱過(guò)夜成膠。

1.3.1.2 沙棘籽油有機(jī)凝膠微觀結(jié)構(gòu)分析

滴加1滴熔融油脂凝膠樣品于載玻片上，成膠前迅速蓋好蓋玻片，用倒置顯微鏡目鏡10倍，物鏡10、20和40倍觀察成像。

1.3.1.3 沙棘籽油有機(jī)凝膠的持油量測(cè)定

取10 mL空離心管稱(chēng)量質(zhì)量，吸取10 mL左右不同肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的熔融沙棘籽油凝膠樣品，置于4 ℃冷藏24 h，取出擦干離心管表面水珠，稱(chēng)量質(zhì)量，然后置于低溫冷凍離心機(jī)4 ℃，10 000 r/min離心10 min，放入4 ℃恒溫箱離心管倒置10 min，將游離油排干，再次稱(chēng)量質(zhì)量，每個(gè)樣品平行測(cè)定3次，計(jì)算凝膠樣品持油量，如公式(1)所示：

(1)

式中：m0，空離心管質(zhì)量，g；m1，離心前樣品加離心管總質(zhì)量，g；m2，離心后排干游離油剩余樣品加離心管總質(zhì)量，g。

1.3.2 LF-CA復(fù)合沙棘籽油凝膠的制備及表征

1.3.2.1 LF-CA復(fù)合沙棘籽油凝膠的制備

精確稱(chēng)取一定質(zhì)量的乳鐵蛋白，溶于水中，磁力攪拌1 h充分溶解，備用；稱(chēng)取一定質(zhì)量的肉桂酸，溶于預(yù)熱至90 ℃的沙棘籽油，得到熔融的沙棘籽油有機(jī)凝膠；稱(chēng)取適量乳鐵蛋白溶液，邊剪切邊緩慢倒入熔融沙棘籽油凝膠，10 000 r/min剪切10 min，即得LF-CA復(fù)合沙棘籽油凝膠。固定其余條件，分別改變?nèi)殍F蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)(5%、10%、15%、20%、25%和30%)、肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0%、2%、4%、6%、8%和10%)、復(fù)合凝膠處理溫度(-18、4、25和85 ℃)制備LF-CA復(fù)合沙棘籽油凝膠。

1.3.2.2 LF-CA復(fù)合沙棘籽油凝膠的微觀結(jié)構(gòu)分析

取LF-CA復(fù)合凝膠樣品滴加在載玻片上制片，用倒置光學(xué)顯微鏡目鏡10倍，物鏡10、40倍觀察成像。

1.3.2.3 LF-CA復(fù)合沙棘籽油凝膠的粒徑分析

采用激光粒度儀測(cè)定復(fù)合凝膠粒徑，按照濕法程序自動(dòng)測(cè)定樣品粒徑，滴加適量樣品于樣品池中，滴加量以達(dá)到儀器可識(shí)別測(cè)定濃度為宜。方法參數(shù)：調(diào)零時(shí)間30 s，測(cè)定時(shí)間30 s，測(cè)定次數(shù)1次，清洗次數(shù)4次，分散介質(zhì)折射率1.33。每個(gè)樣品平行測(cè)定3次。

1.3.2.4 LF-CA復(fù)合沙棘籽油凝膠物理穩(wěn)定性分析

采用LUMiSizer穩(wěn)定性分析儀測(cè)定乳液在加速離心狀態(tài)下的穩(wěn)定性，儀器參數(shù)：離心轉(zhuǎn)速 4 000 r/min，輪廓線500條，時(shí)間間隔10 s，光因子1.0。

1.3.2.5 LF-CA復(fù)合沙棘籽油凝膠的流變特性分析

采用Rheolaser Master光學(xué)法微流變儀測(cè)定沙棘籽油凝膠的流變特性。沙棘籽油有機(jī)凝膠制備方法同1.3.1.1，量取熔融的沙棘籽油有機(jī)凝膠約20 mL加入到微流變儀樣品瓶中，4 ℃冷藏成膠；LF-CA復(fù)合凝膠制備方法同1.3.2.1,量取制備好的LF-CA復(fù)合凝膠樣品，使用微流變儀在室溫25 ℃條件下測(cè)定樣品的流變特性。

Rheolaser Master光學(xué)法微流變儀利用多散斑-擴(kuò)散波光譜學(xué)測(cè)定乳液運(yùn)動(dòng)軌跡，得到粒子均方位移(mean squrare displacement，MSD)與時(shí)間的關(guān)系曲線，根據(jù)MSD曲線推算出樣品的流變學(xué)參數(shù)：樣品的彈性因子(elasticity index，EI)表征樣品在靜止?fàn)顟B(tài)下的樣品強(qiáng)度；樣品的宏觀黏度因子(macroscopic viscosity index，MVI)表征樣品在靜止?fàn)顟B(tài)下的樣品黏度；樣品的固液平衡值(soild-liquid-balance，SLB)表征樣品在靜止?fàn)顟B(tài)下的固液狀態(tài)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示。采用Origin 8.5繪制圖表、SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，差異顯著性分析采用鄧肯(Duncan)多重比較，P<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 沙棘籽油有機(jī)凝膠的物理特性

2.1.1 肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)沙棘籽油有機(jī)凝膠物理特性的影響

2.1.1.1 沙棘籽油有機(jī)凝膠微觀結(jié)構(gòu)分析

圖1為添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)肉桂酸形成的沙棘籽油有機(jī)凝膠照片及光學(xué)顯微鏡圖片。由圖1可知，肉桂酸添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)，幾乎沒(méi)有凝膠形成，肉眼觀察質(zhì)地與純油無(wú)明顯差別，流動(dòng)性好；肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥4%即形成凝膠結(jié)構(gòu)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%樣品中存在少量游離油，說(shuō)明添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的肉桂酸開(kāi)始成膠；隨著肉桂酸體積分?jǐn)?shù)的增加，形成的油脂凝膠質(zhì)地更致密，顏色越深。

圖1 不同肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的沙棘籽油有機(jī)凝膠微觀結(jié)構(gòu)Fig.1 Effects of different cinnamic acid contents on themicrostucture of seabuckthorn seed oil organogels注：a,b,c,d,e,f分別表示肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%、4%、6%、8%、10%和12%的樣品光學(xué)顯微鏡圖，放大倍數(shù)為200倍

肉桂酸是一種小分子凝膠劑，在形成油脂凝膠的過(guò)程中，油脂與凝膠劑之間的作用力和凝膠劑與凝膠劑之間的作用力達(dá)到平衡時(shí)能形成均一穩(wěn)定的油脂凝膠[13]。如圖1顯微鏡圖片所示，肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，體系中的凝膠形態(tài)大小各不相同：肉桂酸體積分?jǐn)?shù)為2%的樣品中為極小的點(diǎn)狀結(jié)晶，且分布稀疏；肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%～10%，形成較長(zhǎng)的條狀結(jié)晶，且肉桂酸含量越多，結(jié)晶長(zhǎng)度越短，說(shuō)明在此質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)肉桂酸與沙棘籽油之間的作用力較強(qiáng)；肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí)，肉桂酸與油脂形成的結(jié)晶之間平衡被破壞，開(kāi)始形成大量形狀不規(guī)則、界限模糊的結(jié)晶，說(shuō)明凝膠劑含量越多，凝膠劑與凝膠劑之間的作用力越大，不利于油脂與凝膠劑結(jié)合，因此凝膠結(jié)構(gòu)之間互相粘連，形成團(tuán)狀凝膠結(jié)晶。肉桂酸誘導(dǎo)的沙棘籽油凝膠，成膠的臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%。

2.1.1.2 肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)沙棘籽油有機(jī)凝膠持油量的影響

油脂凝膠是通過(guò)凝膠劑與油脂之間的相互作用形成結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將油脂截留在其中[14]。如圖2所示，沙棘籽油持油量與肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正比關(guān)系。肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤10%時(shí)，隨著肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，沙棘籽油持油量顯著增加；肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí)，持油量稍有增加，但差異不顯著，即肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，可將沙棘籽油幾乎完全束縛在結(jié)晶凝膠網(wǎng)絡(luò)中。結(jié)合圖1，肉桂酸含量較少，形成較大的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，將沙棘籽油截留在凝膠網(wǎng)絡(luò)中，高速離心時(shí)，樣品抗剪切能力差，游離油從凝膠網(wǎng)絡(luò)中析出。肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，形成小而致密的凝膠結(jié)構(gòu)，加速離心仍能保持穩(wěn)定。綜上，形成沙棘籽油有機(jī)凝膠的肉桂酸臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，當(dāng)肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，沙棘籽油形成致密穩(wěn)定的凝膠網(wǎng)絡(luò)。

圖2 肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)沙棘籽油有機(jī)凝膠持油量的影響Fig.2 Effects of different cinnamic acid contents on theoil binding capacity of organogels注：不同小寫(xiě)字母表示樣品間差異顯著(P<0.05)(下同)

2.1.2 溫度對(duì)沙棘籽油有機(jī)凝膠物理特性的影響

2.1.2.1 不同溫度形成的沙棘籽油有機(jī)凝膠微觀結(jié)構(gòu)分析

用倒置顯微鏡觀察不同冷卻溫度下形成的沙棘籽油有機(jī)凝膠的微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，不同冷卻溫度形成的凝膠結(jié)晶大小形態(tài)各異，4 ℃形成較規(guī)則的長(zhǎng)方形結(jié)晶，大小不一；15 ℃形成較小的不規(guī)則形狀結(jié)晶；25 ℃形成較小的不規(guī)則形狀結(jié)晶，但數(shù)量減少，圖片中可以觀察到未結(jié)晶的圓形油滴，說(shuō)明部分油脂未形成結(jié)晶。

圖3 不同冷卻溫度的沙棘籽油有機(jī)凝膠顯微鏡圖Fig.3 Effects of different temperature on themicrostructure of organogels注：a,b,c分別表示冷卻溫度為4、15和25 ℃的凝膠樣品；下標(biāo)1,2,3表示放大倍數(shù)為100、200和400倍

2.1.2.2 冷卻溫度對(duì)沙棘籽油有機(jī)凝膠持油量的影響

圖4為在不同冷卻溫度下，形成的沙棘籽油有機(jī)凝膠的持油量結(jié)果。如圖4所示，隨著冷卻溫度的升高，凝膠持油量呈降低的趨勢(shì)。4、15 ℃形成的凝膠持油量接近100%，25 ℃形成的凝膠持油量只有44.34%，說(shuō)明肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)適當(dāng)條件下，室溫不利于有機(jī)凝膠的形成，與顯微鏡觀察25 ℃條件下形成的凝膠中有游離油的結(jié)果相對(duì)應(yīng)，原因可能是在溫度較低時(shí)，小分子凝膠劑間相互結(jié)合形成結(jié)晶，溫度越高，凝膠劑越不穩(wěn)定，作用力減弱，結(jié)晶由大變小。溫度過(guò)高時(shí)無(wú)法形成足夠的結(jié)晶，液態(tài)油未被包裹導(dǎo)致油脂析出，持油量降低[15]。說(shuō)明溫度越高越不利于沙棘籽油有機(jī)凝膠的形成。

圖4 冷卻溫度對(duì)有機(jī)凝膠持油量的影響Fig.4 Effects of different cooling temperature on the oilbinding capacity of organogels

2.2 沙棘籽油有機(jī)凝膠的物理特性

2.2.1 不同乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合凝膠的物理特性

2.2.1.1 乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合凝膠粒徑的影響

粒徑表征體系中液滴顆粒大小，粒徑大小是影響體系穩(wěn)定性的主要因素之一，結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)LF-CA復(fù)合凝膠的粒徑分布Fig.5 Effects of different lactoferrin concentration on theparticle size of microgels

乳鐵蛋白作為復(fù)合體系中的乳化劑，通過(guò)吸附到油滴表面形成一層親水性保護(hù)膜，發(fā)揮空間位阻效應(yīng)，維持復(fù)合凝膠體系中油滴良好的分散狀態(tài)。由圖5可知，隨著乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，液滴平均粒徑先減小后增大，樣品中粒徑分布隨著乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，逐漸向左偏移，但分布范圍跨度較大。乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，樣品平均粒徑較大，為(27.230±1.031) μm，粒徑分布接近單峰，顆粒大小均勻。乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，平均粒徑減小到(20.120±0.319) μm，粒徑分布向左偏移，但范圍變大，呈多峰分布，顆粒粒徑在1～10 μm處的比例升高。乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到15%～20%，粒徑分布相當(dāng)，呈三峰分布，分布范圍減小到1～30 μm；乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，平均粒徑達(dá)到最小值，為(7.920±1.100) μm。乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到25%～30%，粒徑分布范圍變寬，平均粒徑增大。隨著乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，乳化顆粒增多，液滴粒徑逐漸減小，但乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高，油滴表面結(jié)合的蛋白顆粒達(dá)到飽和狀態(tài)，繼續(xù)增加會(huì)吸附在蛋白外層，導(dǎo)致液滴粒徑開(kāi)始增大，陳先鑫等[16]和劉瑞丹[17]也得出類(lèi)似結(jié)論，也有可能由于復(fù)合凝膠黏度太大，導(dǎo)致液滴間相互聚集絮凝，粒徑稍有增加。

2.2.1.2 乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合凝膠穩(wěn)定性的影響

如圖6所示，隨著乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，透射光圖譜變化幅度越來(lái)越小。在加速離心作用下，乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～15%，樣品瓶底部的透射率輪廓線逐漸上升，透光率逐漸增加，說(shuō)明乳液中顆粒聚集上浮分層，此時(shí)與油滴結(jié)合的乳鐵蛋白數(shù)量少，油滴粒徑較大，易聚集成團(tuán)液滴上浮。由圖6可知，乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～20%時(shí)，隨著乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，粒徑逐漸減小，乳液中顆粒粒徑大小與脂肪球的上浮速度成正比[18]，粒徑越小越不易上浮，樣品趨于穩(wěn)定，分層現(xiàn)象越不明顯。乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～30%時(shí)，透射率幾乎沒(méi)有變化，說(shuō)明樣品穩(wěn)定性較好，雖然樣品粒徑增大，但乳鐵蛋白質(zhì)量增大，界面張力隨之改變，延緩絮凝，顆粒運(yùn)動(dòng)阻力增大，穩(wěn)定性增加，未出現(xiàn)上浮或下沉等分層現(xiàn)象。沙棘籽油有機(jī)凝膠通過(guò)肉桂酸的自聚集形成結(jié)晶將沙棘籽油固定在三維網(wǎng)絡(luò)中，剪切力立即不可逆地破壞凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，乳鐵蛋白通過(guò)和沙棘籽油、肉桂酸結(jié)合穩(wěn)固肉桂酸凝膠，一方面乳鐵蛋白包裹在形成結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)的凝膠外層可以削弱剪切力對(duì)有機(jī)凝膠的破壞，另一方面乳鐵蛋白可與未形成凝膠的油滴結(jié)合，增加穩(wěn)定性。綜上所述，蛋白質(zhì)是維持LF-CA復(fù)合凝膠體系穩(wěn)定性的重要因素。

圖6 不同乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)LF-CA復(fù)合凝膠的透射光圖譜Fig.6 Effects of different lactoferrin concentration on the transmission curves of microgels注：a,b,c,d,e,f分別表示乳鐵蛋質(zhì)量積分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%、20%、25%和30%

2.2.1.3 乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合凝膠流變特性的影響

分析乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)LF-CA復(fù)合凝膠黏彈性特征的影響，結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，隨著乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，樣品MVI、EI呈逐漸增加的趨勢(shì)。當(dāng)乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～15%時(shí)，MVI、EI明顯增大，蛋白吸附至油水界面是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，第一階段蛋白從水相向界面擴(kuò)散，蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，蛋白擴(kuò)散越慢；第二階段是蛋白在界面的吸附，蛋白通過(guò)去折疊過(guò)程改變分子結(jié)構(gòu)，增加表面疏水性，降低吸附能壘；第三階段是蛋白分子在界面發(fā)生結(jié)構(gòu)重排、交聯(lián)及固化，最終形成高黏彈性的界面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[19-20]。乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至20%及以上，MVI、EI增加較少，可能是由于蛋白吸附達(dá)到較飽和狀態(tài)，暴露的疏水基團(tuán)減少，蛋白分子間相互作用不再增加或增加較少，體系黏彈性增加減少。

隨著乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，SLB值逐漸減小，如圖7所示，當(dāng)乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～15%時(shí)，SLB值>0.5，體系液體特征仍大于固體特征；當(dāng)乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～30%時(shí)，SLB值<0.5。當(dāng)乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，SLB值最低，固體特征大于液體特征；說(shuō)明乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加明顯影響了體系中粒子的運(yùn)動(dòng)，乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，體系黏度增大，粒子運(yùn)動(dòng)受黏度影響，運(yùn)動(dòng)阻力增大，蛋白分子之間及蛋白與油滴、肉桂酸之間的相互作用構(gòu)建網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，限制粒子的運(yùn)動(dòng)。綜上所述，乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～30%的LF-CA復(fù)合凝膠黏彈性較好。

圖7 不同乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)LF-CA復(fù)合凝膠的黏彈性特征Fig.7 Effects of different lactoferrin concentration onrheological behavior of microgels

2.2.2 不同肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合凝膠的物理特性

2.2.2.1 不同肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合凝膠的微觀結(jié)構(gòu)分析

肉桂酸在沙棘籽油內(nèi)部形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，LF-CA復(fù)合凝膠的微觀結(jié)構(gòu)變化較大，如圖8所示，隨著肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，體系中液滴由分散狀態(tài)逐漸凝聚成網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)，即單層乳鐵蛋白沙棘籽油乳液中，乳鐵蛋白將沙棘籽油乳化成小液滴分散在體系中；肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至2%～4%時(shí)，如圖8(B1)、(C1)，結(jié)晶結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，但未形成有機(jī)凝膠中的片狀結(jié)構(gòu)，而是形成脂肪晶體嵌入水合乳鐵蛋白組成的連續(xù)相中；肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%～10%，肉桂酸凝膠形成長(zhǎng)方形結(jié)晶，體系中同時(shí)存在乳化液滴、結(jié)晶凝膠、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等3種狀態(tài)，肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%～10%時(shí)，結(jié)晶聚集。分析微觀結(jié)構(gòu)，肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～4%時(shí)易形成穩(wěn)定的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖8 不同肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的LF-CA復(fù)合凝膠顯微鏡圖Fig.8 Effects of different cinnamic acid concentration onthe microstructure of microgels注：a,b,c,d,e,f表示肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%、2%、4%、6%、8%和10%；下標(biāo)1,2表示放大倍數(shù)為100、400倍

2.2.2.2 肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合凝膠粒徑的影響

如圖9所示，肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，LF-CA復(fù)合凝膠的平均粒徑變化幅度較大，從(7.920±1.100)μm到(59.625±2.475) μm不等，粒徑分布跨度大，0.4～500 μm均有一定比例液滴存在。肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)，液滴粒度主要在1、10 μm左右；肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)，液滴粒度在1～100 μm分布較均勻，平均粒徑增大；肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)，平均粒徑較小，液滴粒度主要分布在2～20 μm，跨度較小，說(shuō)明體系中液滴粒徑差距較小，分布更均勻；肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥6%時(shí)，平均粒徑從10 μm左右增加到30～60 μm，結(jié)合圖8凝膠微觀結(jié)構(gòu)，肉桂酸片狀結(jié)晶形成，粒徑分布范圍擴(kuò)大至2～500 μm，肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，較大粒徑液滴所占比例越大，平均粒徑越大。

圖9 不同肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)LF-CA復(fù)合凝膠的粒徑分布Fig.9 Effects of different cinnamic acid concentration onthe particle size of microgels

2.2.2.3 肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合凝膠穩(wěn)定性的影響

如圖10所示，除肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%、6%復(fù)合凝膠外，其他濃度樣品透光率在不同位置都有增加。肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、2%的復(fù)合凝膠底部透光率增加，有不同程度的上浮分層現(xiàn)象，肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%、10%的凝膠體系在樣品瓶接近底部的位置出現(xiàn)斷層，透光率增加，說(shuō)明既有上浮分層又有沉淀分層，肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)凝膠樣品頂部透光率明顯增加是因?yàn)橛坞x油上浮。肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%和6%的凝膠體系較為穩(wěn)定。體系中的物理失穩(wěn)現(xiàn)象都會(huì)導(dǎo)致液滴聚結(jié)變大、上浮或下沉，最后導(dǎo)致體系相分離[21]。肉桂酸是復(fù)合凝膠中形成油脂凝膠的主要成分，未添加肉桂酸的體系微觀結(jié)構(gòu)中有液滴存在，液滴由于布朗運(yùn)動(dòng)相互靠近，發(fā)生絮凝聚集，加快上浮分層；添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%肉桂酸的復(fù)合體系，乳鐵蛋白是維持體系穩(wěn)定的主要成分，質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高至4%、6%，肉桂酸在體系中與乳鐵蛋白、沙棘籽油通過(guò)疏水相互作用均勻穩(wěn)定分布，沒(méi)有上浮或沉淀分層，肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，為8%和10%時(shí)，肉桂酸凝膠顆粒數(shù)量變多，結(jié)晶增加，乳液成分在加速離心作用下上浮，結(jié)晶在離心作用下沉淀，因此出現(xiàn)上浮和沉淀2種分層現(xiàn)象。

圖10 不同肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)LF-CA復(fù)合凝膠的透射光圖譜Fig.10 Effects of different cinnamic acid concentration on the transmission curves of microgels注：a,b,c,d,e,f表示肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為0%、2%、4%、6%、8%和10%

2.2.2.4 肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合凝膠流變特性的影響

如圖11所示，肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，LF-CA復(fù)合凝膠的MVI、EI、SLB值差異較大。

圖11 不同肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)LF-CA復(fù)合凝膠的黏彈性特征Fig.11 Effects of different cinnamic acid concentrationon rheological behavior of microgels

隨著肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，樣品的宏觀黏度MVI和彈性EI呈先上升后持續(xù)平穩(wěn)最后下降的趨勢(shì)。肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)，乳鐵蛋白包裹在油滴表面形成乳液，乳化油滴均勻分散在體相中，黏彈性較小；肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，固體油顆粒、液態(tài)油與蛋白質(zhì)基質(zhì)相互作用，結(jié)合圖8,圖8-a由分散液滴組成，其余微觀結(jié)構(gòu)均呈網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，將油脂截留在其中，與WIEDENMANN等[22]的研究結(jié)果相似，說(shuō)明肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～8%可以促進(jìn)LF-CA復(fù)合凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，固體油結(jié)晶含量的適當(dāng)增加能再增加凝膠的黏彈性。肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，凝膠劑濃度過(guò)高，油脂形成大量晶體顆粒，結(jié)晶體聚集，導(dǎo)致凝膠基質(zhì)內(nèi)部油脂形成連續(xù)的硬質(zhì)晶體網(wǎng)絡(luò)，從液滴表面凸出部分結(jié)晶體，促進(jìn)液滴聚集，形成較大的不規(guī)則聚集體，與乳鐵蛋白之間的相互作用就會(huì)減少，降低LF-CA復(fù)合凝膠整體的相互作用，從而減小復(fù)合凝膠的黏彈性，MVI、EI降低[23]。

肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%，乳鐵蛋白包裹沙棘籽油形成的乳液體系SLB值>0.5，液體特征大于固體特征；肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～10%時(shí)，SLB值<0.5，隨著肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，SLB值逐漸減小，肉桂酸含量越多，LF-CA復(fù)合凝膠中的固體結(jié)晶顆粒越多，體系固體特征越來(lái)越明顯，復(fù)合凝膠屬于彈性樣品，粒子運(yùn)動(dòng)受網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響越來(lái)越大。綜上所述，LF-CA復(fù)合凝膠中肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～8%有利于凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成，體系黏彈性較好。

2.2.3 溫度對(duì)復(fù)合凝膠物理特性的影響

2.2.3.1 溫度對(duì)復(fù)合凝膠穩(wěn)定性的影響

LF-CA復(fù)合凝膠中的乳鐵蛋白和肉桂酸對(duì)熱敏感，蛋白質(zhì)在高溫加熱條件下變性聚集，肉桂酸加熱在油脂中溶解，4 ℃冷藏更容易形成凝膠結(jié)晶。因此，未經(jīng)過(guò)高溫加熱處理的LF-CA復(fù)合凝膠在-18、4、25 ℃等常見(jiàn)儲(chǔ)藏溫度條件下恒溫儲(chǔ)藏1 d后測(cè)定穩(wěn)定性，結(jié)果如圖12所示。由圖12可知，-18 ℃冷凍儲(chǔ)藏后，加速離心條件下，樣品快速分層，樣品瓶上層透光率迅速增大，說(shuō)明冷凍極大程度上破壞了復(fù)合凝膠體系的穩(wěn)定性，體系中乳鐵蛋白、肉桂酸和油滴之間相互作用產(chǎn)生不可溶性絮凝，冷凍脫水，加速離心絮凝沉淀到底層[24]。4、25 ℃儲(chǔ)藏樣品加速離心條件下，透光率基本不變，說(shuō)明4、25 ℃儲(chǔ)藏，樣品穩(wěn)定性較好。85 ℃加熱2 h，加速離心條件下樣品瓶底部透光率逐漸增加，樣品出現(xiàn)上浮分層，乳鐵蛋白變性聚集溫度為80 ℃以上[25]，85 ℃加熱乳鐵蛋白發(fā)生不可逆變性，形成熱聚集體，在較低的加熱溫度下處理蛋白，蛋白疏水基團(tuán)暴露，表面疏水性增加，結(jié)合位點(diǎn)增多，溫度過(guò)高、長(zhǎng)時(shí)間加熱后肽鏈在冷卻過(guò)程中易發(fā)生疏水作用，乳鐵蛋白疏水聚集，表面疏水性降低[26]，LF-CA穩(wěn)定性降低，分層現(xiàn)象明顯。

圖12 不同處理溫度LF-CA復(fù)合凝膠的透射光圖譜Fig.12 Effects of different temperature on the transmission curves of microgels注：a,b,c,d分別表示儲(chǔ)藏/處理溫度為-18、4、25和85 ℃

2.2.3.2 溫度對(duì)復(fù)合凝膠流變特性的影響

分別測(cè)定儲(chǔ)藏及處理前后LF-CA復(fù)合凝膠樣品的黏彈性特征，結(jié)果如圖13所示。對(duì)比凝膠的黏彈性變化，-18 ℃冷凍儲(chǔ)藏的樣品宏觀黏度MVI、彈性EI、SLB值變化較大。由圖13可知，-18 ℃冷凍后恢復(fù)常溫的樣品MVI大幅度降低，彈性EI降低約1個(gè)數(shù)量級(jí)，SLB值增大，由黏彈性樣品變?yōu)榧凁ば詷悠?，表現(xiàn)出典型的液體性質(zhì)；-18 ℃可能對(duì)凝膠結(jié)晶結(jié)構(gòu)造成不可逆的破壞，恢復(fù)室溫后無(wú)法重組形成凝膠網(wǎng)絡(luò)，這與劉日斌等[27]和孟宗等[28]的研究結(jié)果相符，凍融穩(wěn)定性較差。4 ℃冷藏樣品宏觀黏度MVI稍有降低，彈性EI幾乎不變，SLB值增加；25 ℃儲(chǔ)藏樣品MVI增大，EI、SLB值基本不變，4 ℃冷藏促進(jìn)結(jié)晶體的生長(zhǎng)，乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)、肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、持油量相等的體系中，結(jié)晶體的增多削弱了與蛋白之間的作用力，導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)疏松，所以25 ℃更有利于LF-CA復(fù)合凝膠體系中凝膠網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。85 ℃加熱處理樣品的MVI、EI增大，SLB值減小，據(jù)研究乳鐵蛋白在溫度>70 ℃開(kāi)始變性，蛋白肽鏈?zhǔn)嬲?，通過(guò)二硫鍵、靜電作用、疏水相互作用等形成聚集體，LF-CA復(fù)合凝膠中乳鐵蛋白變性舒展與油滴間的作用增強(qiáng)，凝膠網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度增大，黏彈性增加，固體特征更加明顯[29-30]。綜上所述，從流變學(xué)角度分析，LF-CA復(fù)合凝膠的凍融穩(wěn)定性較差，25 ℃更利于復(fù)合凝膠凝膠網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，85 ℃加熱處理后凝膠強(qiáng)度增加。

圖13 不同處理溫度LF-CA復(fù)合凝膠的黏彈性特征Fig.13 Effects of different temperature on rheologicalbehavior of microgels

3 結(jié)論

沙棘籽油有機(jī)凝膠的臨界成膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，結(jié)晶單元越小，持油量越高；低溫4 ℃有利于有機(jī)凝膠形成結(jié)晶。加入乳鐵蛋白制備LF-CA復(fù)合凝膠，乳鐵蛋白包裹在形成結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)的凝膠外層可以削弱剪切力對(duì)肉桂酸凝膠的破壞，提高體系穩(wěn)定性。乳鐵蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，復(fù)合凝膠粒徑最小，穩(wěn)定性較好，凝膠體系的SLB值<0.5，固體特征明顯，黏彈性較高；肉桂酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)，復(fù)合凝膠呈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，凝膠樣品粒徑最小，穩(wěn)定性較好；85 ℃加熱條件下的穩(wěn)定性較差，但黏彈性增加；-18 ℃過(guò)夜儲(chǔ)藏后分層明顯，變?yōu)榧凁ば耘ｎD流體，凍融穩(wěn)定性較差；4、25 ℃儲(chǔ)藏穩(wěn)定性較好。綜上所示，LF-CA復(fù)合沙棘籽油凝膠為黏彈性非牛頓流體，復(fù)合體系穩(wěn)定性提高，成功構(gòu)建了蛋白大分子聚合物與小分子凝膠劑復(fù)合沙棘籽油凝膠體系，為食品遞送體系的構(gòu)建和沙棘籽油在食品工業(yè)中的應(yīng)用拓展提供理論支持。