大豆分離蛋白茶皂素復(fù)合乳化劑制備山茶油納米乳液及其性質(zhì)研究

孫亞欣,鄭曉燕,鄭麗麗,楊 旸,校 導(dǎo),艾斌凌,張偉敏,盛占武,*(1.海南大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,海南?？?570228;2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院海口實(shí)驗(yàn)站,海南?？?570102;3.?？谑邢憬渡飳W(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,海南海口 570102)

山茶油(Camellia Oil)又名茶油、油茶籽油,與橄欖油的脂肪酸組成相似,素有“東方橄欖油”的美譽(yù)[1]。聯(lián)合國糧農(nóng)組織已將山茶油作為一種健康型高級(jí)食用植物油[2]。大量研究發(fā)現(xiàn),山茶油所含不飽和脂肪酸高達(dá)80%以上,主要為油酸,其含量占60%以上[3-5]。此外,山茶油富含維生素E、植物甾醇和角鯊烯等多種有益于人體健康的生物活性成分[5-7],具有降血脂、預(yù)防高血壓和血管硬化、抗癌[8]以及調(diào)節(jié)腸道致病菌群[9]等作用,有較高的醫(yī)用價(jià)值。因此,山茶油受到許多消費(fèi)者的青睞,應(yīng)用也非常廣泛。然而,山茶油因含80%以上的不飽和脂肪酸,極易受環(huán)境中的空氣、光照和水的影響而發(fā)生氧化酸敗并產(chǎn)生醛酮類等有害物質(zhì),使得山茶油的產(chǎn)品形式和推廣應(yīng)用受到極大限制[10-11]。

納米乳液能夠較好地載運(yùn)和保護(hù)脂溶性活性成分(如多不飽和脂肪酸、β-胡蘿卜素、維生素E等),具有較高的生物利用度和環(huán)境耐受性[12]。由于納米乳液具有粒度小、尺度均一、穩(wěn)定性好、黏度低等優(yōu)點(diǎn),目前在食品乳液領(lǐng)域顯示出廣泛的應(yīng)用前景[13-14]。在制備乳液的過程中,有時(shí)會(huì)使用一些小分子表面活性劑(如吐溫[15]、司盤[16]等)作為乳化劑,但這種化學(xué)合成表面活性劑存在一定的安全隱患。吳懿等[17]研究表明,吐溫80對Caco-2細(xì)胞表現(xiàn)出一定毒性作用,其毒性效應(yīng)具有濃度依賴的特征,細(xì)胞毒性隨濃度的增加而增強(qiáng)。為了避免化學(xué)合成表面活性劑使用時(shí)帶來的潛在毒性,探究新的天然生物分子作為乳化劑越來越重要。

大豆分離蛋白(Soy Protein Isolate,SPI)是一種廉價(jià)易得的優(yōu)質(zhì)植物蛋白質(zhì)。由于其具有兩親性、乳化性等功能特性,因此非常適用于穩(wěn)定油-水界面以制備水包油型納米乳液[18-19]。但是單獨(dú)使用蛋白質(zhì)包被的納米乳液具有較差的環(huán)境穩(wěn)定性(如pH等),研究通常將大豆分離蛋白和其它乳化劑復(fù)配使用(如卵磷脂[20]、甜菊糖苷[21]等)。為了解決單獨(dú)使用大豆分離蛋白制備乳液環(huán)境穩(wěn)定性差的問題,本研究考慮將其與茶皂素進(jìn)行復(fù)合使用。茶皂素(Tea Saponin,TS),又稱茶皂苷,是一類從油茶籽餅中提取的五環(huán)三萜類糖苷化合物的總稱[22]。茶皂素是一種天然非離子型表面活性劑,具有良好的發(fā)泡、穩(wěn)泡、分散、乳化等功能,還具有抗菌消炎等醫(yī)用價(jià)值[23]。研究表明,茶皂素是一種有效的表面活性劑,可用于商業(yè)產(chǎn)品[24]。茶皂素的主要來源是油茶餅粕,拓展茶皂素的應(yīng)用范圍對于油茶餅粕的開發(fā)利用也具有重要意義。

因此,本研究將大豆分離蛋白和茶皂素作為復(fù)合乳化劑制備山茶油納米乳液,既可避免化學(xué)合成表面活性劑可能帶來的潛在毒性,又可提高山茶油的穩(wěn)定性、擴(kuò)大其使用范圍,同時(shí)也為新型的復(fù)合乳化劑制備提供借鑒。本研究使用SPI-TS作為復(fù)合天然乳化劑,通過高壓均質(zhì)乳化技術(shù)制備山茶油納米乳液,使山茶油均勻的分布于納米液滴中,以提高其穩(wěn)定性及吸收利用率。同時(shí)對復(fù)配比例、乳化劑添加量、山茶油質(zhì)量分?jǐn)?shù)、均質(zhì)壓力等因素進(jìn)行優(yōu)化,為制備均一、穩(wěn)定的山茶油納米乳液,提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆分離蛋白 純度98%,河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司;茶皂素 純度65%,上海源葉生物有限公司;山茶油,海南新美特科技有限公司;磷酸氫二鈉 磷酸二氫鈉,西隴化工股份有限公司;其它試劑均為分析純。

Nano-ZS90粒度分析儀 英國馬爾文公司;C25高速剪切分散均質(zhì)乳化機(jī) 上海恒川機(jī)械設(shè)備有限公司;AMH-3高壓微射流納米均質(zhì)機(jī) 加拿大ATS Engineering Limited公司;S210型實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)、AL-104型精密電子天平 上海梅特勒-托利多儀器設(shè)備有限公司;Evolation 300型紫外-可見分光光度計(jì) 美國Thermo Fisher Scientific公司;HT-7700型透射電鏡 日本日立公司;Discovery HR-2流變儀 美國TA公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 大豆分離蛋白-茶皂素山茶油納米乳液的制備 將一定比例的大豆分離蛋白和茶皂素溶于磷酸鹽緩沖液(0.04 mol/L、pH7.0)中,室溫(25 ℃)下連續(xù)攪拌2 h,為了確保溶液完全溶解和水合,將其放置于4 ℃冰箱內(nèi)過夜,作為水相;之后把山茶油按比例加到水相中,用高速分散器以10000 r/min 均質(zhì)2 min,形成粗乳液。將粗乳液通過高壓均質(zhì)機(jī)進(jìn)一步均質(zhì)乳化即得大豆分離蛋白-茶皂素山茶油納米乳液。

1.2.2 制備山茶油納米乳液影響因素分析 對不同的茶皂素與大豆分離蛋白的比例、復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、山茶油質(zhì)量分?jǐn)?shù)、均質(zhì)壓力對納米乳液性質(zhì)的影響進(jìn)行分析,通過測定山茶油納米乳液的平均粒徑、多分散性指數(shù)(Polydispersity Index,PDI)、ζ-電位、濁度確定制備大豆分離蛋白-茶皂素山茶油納米乳液的最優(yōu)條件。

1.2.2.1 茶皂素與大豆分離蛋白比例的確定 分別將茶皂素與大豆分離蛋白的比例為1∶4、1∶2、1∶1、2∶1、4∶1、6∶1,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的復(fù)合乳化劑溶于磷酸鹽緩沖液(0.04 mol/L、pH7.0)中,室溫下連續(xù)攪拌 2 h,放入4 ℃冰箱過夜,作為水相。取出后緩慢加入相對于水相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的山茶油,制備粗乳液。設(shè)置高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)壓力為100 MPa,均質(zhì)次數(shù)為7次,測定山茶油納米乳液的平均粒徑、PDI、ζ-電位和濁度。

1.2.2.2 復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的確定 分別將茶皂素與大豆分離蛋白的比例為2∶1、質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%的復(fù)合乳化劑溶于磷酸鹽緩沖液(0.04 mol/L、pH7.0)中,室溫下連續(xù)攪拌 2 h,放入4 ℃冰箱過夜,作為水相。取出后緩慢加入相對于水相10%的山茶油,制備粗乳液。設(shè)置高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)壓力為100 MPa,均質(zhì)次數(shù)為7次,測定山茶油納米乳液的平均粒徑、PDI、ζ-電位和濁度。

1.2.2.3 山茶油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的確定 將茶皂素與大豆分離蛋白的比例為2∶1、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的復(fù)合乳化劑溶于磷酸鹽緩沖液(0.04 mol/L、pH7.0)中,室溫下連續(xù)攪拌2 h,放入4 ℃冰箱過夜,作為水相。取出后分別加入相對于水相5%、10%、15%、20%、25%、30%的山茶油,制備粗乳液。設(shè)置高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)壓力為100 MPa,均質(zhì)次數(shù)為7次,測定山茶油納米乳液的平均粒徑、PDI、ζ-電位和濁度。

1.2.2.4 均質(zhì)壓力的確定 將茶皂素與大豆分離蛋白的比例為2∶1、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的復(fù)合乳化劑溶于磷酸鹽緩沖液(0.04 mol/L、pH7.0)中,室溫下連續(xù)攪拌 2 h,放入4 ℃冰箱過夜,作為水相。取出后緩慢加入相對于水相10%的山茶油,制備粗乳液。設(shè)置高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)壓力為20、40、60、80、100、120 MPa,均質(zhì)次數(shù)為7次,測定山茶油納米乳液的平均粒徑、PDI、ζ-電位和濁度。

1.2.3 山茶油納米乳液的平均粒徑、PDI及ζ-電位的測定 用Zetasizer Nano-ZS90型光散射粒度分析儀分別測定上述山茶油納米乳液的平均粒徑、多分散指數(shù)(PDI)及ζ-電位變化,山茶油油滴的折射率設(shè)置為1.45,水相溶液折射率設(shè)置為1.33。為了降低多重光散射效應(yīng),分析前用pH7.0、0.04 mol/L的磷酸鹽緩沖液將山茶油納米乳液稀釋100倍后測平均粒徑、PDI和ζ-電位。

1.2.4 山茶油納米乳液濁度的測定 將山茶油納米乳液用pH7.0、0.04 mol/L的磷酸鹽緩沖液稀釋40倍,以磷酸鹽緩沖液為空白對照,用紫外分光光度計(jì)測定600 nm處的吸光度,濁度計(jì)算公式為[25]:

式中:A-稀釋乳液在600 nm處的吸光度;V-稀釋倍數(shù);I-光程差,取0.01 m。

1.2.5 山茶油納米乳液流變特性的測定 采用DHR-2型流變儀檢測山茶油納米乳液的流變學(xué)特性,選擇直徑60 mm的錐形板,并控制板間距為50 μm。將1 mL山茶油納米乳液置于平板上,剪切速率0.01～1000 s-1,溫度25 ℃,記錄相應(yīng)剪切速率下的黏度值并獲得流變曲線。

1.2.6 山茶油納米乳液的透射電子顯微鏡(Transmission electron microscope,TEM)測定 將山茶油納米乳液樣品用蒸餾水稀釋20倍后,滴加在覆蓋有碳膜的銅網(wǎng)上,用2%(w/v)磷鎢酸溶液進(jìn)行染色處理,用濾紙除去多余的水,并將樣品放置在室溫下干燥,通過透射電鏡(加速電壓為100 kV,放大倍數(shù)為×6.0k倍)觀察納米乳液的形態(tài)并拍照。

1.2.7 山茶油納米乳液的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性 將最優(yōu)條件下制備的山茶油納米乳液分別放置于4、25、50 ℃的溫度環(huán)境下密封儲(chǔ)藏,每隔7 d測量乳液的平均粒徑、PDI和ζ-電位,觀察納米乳液的形態(tài)并拍照。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)均是3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)取平均值,用SPSS Statistics 22對數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA差異顯著性分析,P<0.05為顯著性差異,用Origin 8.5繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同茶皂素與大豆分離蛋白的比例對乳液性質(zhì)的影響

不同茶皂素與大豆分離蛋白的比例對山茶油納米乳液平均粒徑、多分散指數(shù)(PDI)、ζ-電位、濁度的影響如圖1所示。隨著TS:SPI比例升高,即茶皂素用量增加,納米乳液的平均粒徑不斷減小(圖1a)。當(dāng)TS:SPI比例從1∶4增加到2∶1時(shí),平均粒徑從約273 nm減小到194 nm,之后保持相對恒定,這一結(jié)果與Xu等[26]的研究一致。混合乳化劑在乳液中的作用性質(zhì)可分為以下情況:一是兩種乳化劑可能在水相中形成復(fù)合物分子吸附到油滴表面[27];二是兩種乳化劑在油-水界面形成混合層,較小的乳化劑分子填充到較大的乳化劑分子間的縫隙中[28]。從圖1a和圖1d結(jié)果可看出,與單獨(dú)使用大豆分離蛋白相比,茶皂素的加入明顯降低了乳液的平均粒徑、PDI和粒度分布范圍。PDI 表征分散體系中粒徑分布情況,PDI 值越小,說明乳液體系的粒徑分布范圍越小,液滴分散性越好,體系越穩(wěn)定[29]。而與單獨(dú)使用茶皂素作為乳化劑制備的納米乳液相比,當(dāng)TS:SPI的比例逐漸達(dá)到2∶1時(shí),兩者的平均粒徑和粒度分布范圍并沒有顯著性差異。圖1b電位圖顯示隨著TS:SPI比例增加,ζ-電位呈上升趨勢。隨著TS:SPI比例從1∶4增加到6∶1,ξ-電位值從-50.9變?yōu)?58.3 mV,這可能是由于TS迫使SPI從液滴表面移位,亦或者TS可能優(yōu)先SPI存在于界面層的外部[27-28]。

圖1 茶皂素與大豆分離蛋白的比例對乳液平均粒徑、PDI(a)、ζ-電位(b)、濁度(c)、粒度分布(d)的影響Fig.1 Effect of the ratio of tea saponin to soy protein isolate on mean particle size,PDI(a),ζ-potential(b),turbidity(c),particle size distribution(d)注:圖中小寫字母代表乳液的顯著差異性,P<0.05為顯著性差異,圖2～圖4同。

由圖1b看出,復(fù)合乳化劑制備的山茶油納米乳液的ζ-電位絕對值明顯高于單獨(dú)使用大豆分離蛋白作為乳化劑的ζ-電位絕對值(47 mV)。而ζ-電位絕對值越大,乳液越穩(wěn)定,這說明復(fù)合乳化劑制備的乳液穩(wěn)定性更高。單獨(dú)使用茶皂素作為乳化劑制備的乳液ζ-電位絕對值高于復(fù)合乳液,可能是因?yàn)橄嗤榛瘎┨砑恿?3%)下TS乳液中皂苷小分子數(shù)量更多,或無蛋白質(zhì)大分子的存在,皂苷小分子能迅速的分布在液滴表面,界面層形成更加密集的電荷分布[26-28]。乳液的濁度也可以衡量乳液的粒徑和穩(wěn)定性,乳液的濁度越大則表明較大粒徑的液滴分布越多,隨著TS:SPI比例從1∶4增加到2∶1,乳液濁度發(fā)生明顯降低,從圖1d粒度分布圖中也可看出,乳液平均粒徑向粒徑小的方向移動(dòng)。綜上所述,選擇TS∶SPI比例為2∶1作為制備山茶油納米乳液的條件。

2.2 復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乳液性質(zhì)的影響

復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對山茶油納米乳液平均粒徑、PDI、ζ-電位、濁度的影響如圖2所示。從圖2a和圖2d可以看出,不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的復(fù)合乳化劑對山茶油納米乳液的平均粒徑、PDI、粒度分布產(chǎn)生顯著影響(P<0.05)。

圖2 復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乳液平均粒徑、PDI(a)、ζ-電位(b)、濁度(c)、粒度分布(d)的影響Fig.2 Effect of concentrations of composite emulsifier on mean particle size,PDI(a),ζ-potential(b),turbidity(c)and particle size distribution(d)

當(dāng)復(fù)合乳化劑添加量增加時(shí),納米乳液的平均粒徑和PDI值顯著(P<0.05)下降。如復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)由1%增加至3%時(shí),平均粒徑從792.6 nm降低至198.8 nm,PDI值由0.458降低至0.140,發(fā)生顯著(P<0.05)變化。這可能是因?yàn)槿榛瘎┵|(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時(shí),乳化劑不足以覆蓋在所有油滴表面,而未被包埋的油滴之間發(fā)生了聚集,形成更大的油滴。這一結(jié)果與Tcholakova等[30]研究結(jié)果相似,即在固定的油量下,乳液液滴的大小在很大程度上受到乳化劑濃度水平的影響。由圖2d也可以看出,山茶油納米乳液的粒度分布隨著復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,粒度分布范圍變窄,由雙峰向單峰轉(zhuǎn)變,且粒度分布不斷向粒徑小的方向移動(dòng),說明大豆分離蛋白-茶皂素復(fù)合的乳化劑能夠?qū)ι讲栌瓦M(jìn)行很好的包埋。當(dāng)復(fù)合乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到3%之后,繼續(xù)增加復(fù)合乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù),乳液平均粒徑和PDI等變化均不顯著,說明乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3%時(shí),能在油滴表面形成緊密的界面膜。這與Xu等[26]研究結(jié)果一致,其研究表明,水解大米谷蛋白和皂樹皂苷復(fù)配制備的納米乳液,在復(fù)合乳化劑比例恒定,乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于高水平時(shí),平均粒徑會(huì)保持相對恒定,是因?yàn)槿榛瘎┳阋愿采w所有油滴表面。此時(shí),液滴尺寸主要取決于不同均質(zhì)條件下其機(jī)械作用和所用的操作壓力。

從圖2b看出,山茶油納米乳液具有較強(qiáng)的ζ-電位值。有研究表明,乳液液滴上的負(fù)表面電位是吸附了皂苷分子上的羧酸基團(tuán)所致[31-33],而從本研究結(jié)果可以看出,添加小分子表面活性劑茶皂素能夠顯著(P<0.05)增強(qiáng)乳液的ζ-電位值。隨著復(fù)合乳化劑添加量增加,ζ-電位絕對值增加至54 mV后趨于平衡。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)體系中的油量固定時(shí),乳液粒徑是影響濁度的主要因素,乳液平均粒徑越大,體系濁度越高,濁度與粒徑變化結(jié)果保持一致[34]。由圖2c可看出,復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí),乳液濁度最低。綜上原因分析,復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%是制備山茶油納米乳液的最佳選擇。

2.3 山茶油質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乳液性質(zhì)的影響

山茶油質(zhì)量分?jǐn)?shù)對納米乳液平均粒徑、PDI、ζ-電位、濁度的影響如圖3所示。平均粒徑是衡量乳液是否為納米乳液的關(guān)鍵指標(biāo)。當(dāng)山茶油質(zhì)量分?jǐn)?shù)從5%增加至10%時(shí),平均粒徑和多分散指數(shù)(PDI)并未發(fā)生明顯變化,此時(shí)山茶油納米乳液的平均粒徑保持在200 nm左右,PDI保持在0.15以內(nèi)。當(dāng)山茶油質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至15%時(shí),此時(shí)平均粒徑及PDI顯著(P<0.05)增加,并且隨著山茶油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的繼續(xù)增加,平均粒徑及PDI也逐漸增大,當(dāng)山茶油質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至30%時(shí),此時(shí)納米乳液的平均粒徑為375.17 nm,PDI為0.630。

圖3 山茶油質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乳液平均粒徑、PDI(a)、ζ-電位(b)、濁度(c)、粒度分布(d)的影響Fig.3 Effect of concentrations of camellia oil on mean particle size,PDI(a),ζ-potential(b),turbidity(c)and particle size distribution(d)

從圖3d粒度分布圖可以看出,當(dāng)山茶油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%和30%時(shí),出現(xiàn)了明顯的“雙峰”,說明過量的山茶油不能被乳化劑很好地包埋,油滴極易發(fā)生聚集,從而引起乳液粒徑增加,發(fā)生奧氏熟化現(xiàn)象[35],不利于乳液的穩(wěn)定。當(dāng)山茶油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí),粒度分布過寬,PDI值較大,也不利于乳液的穩(wěn)定。當(dāng)山茶油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%和10%時(shí),粒度分布最窄,乳液粒徑最小,乳液最穩(wěn)定。ζ-電位用于表征油滴之間的靜電斥力,當(dāng)ζ-電位絕對值小于30 mV時(shí),乳液的穩(wěn)定性較弱,ζ-電位絕對值大于30 mV時(shí),乳液的穩(wěn)定性較強(qiáng)[36]。從圖3b中可以看到,ζ-電位絕對值隨著山茶油添加量的增加呈減小的趨勢,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的時(shí)候ζ-電位絕對值最大,這表明高油量不利于乳液的穩(wěn)定。在較低的ζ-電位下,分散油滴之間的空間排斥可能不足以克服液滴和能量位壘之間的分子間吸引力(即范德華力和疏水吸引力)[37]。從圖3c可以看出,乳液的濁度在山茶油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)最小,且隨著油量繼續(xù)增加濁度也隨之增加。綜合各指標(biāo)結(jié)果,為確保納米乳液的穩(wěn)定性,選擇山茶油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。

2.4 均質(zhì)壓力對乳液性質(zhì)的影響

均質(zhì)壓力對山茶油納米乳液平均粒徑、PDI、ζ-電位、濁度的影響如圖4所示。由圖4結(jié)果可知,微射流均質(zhì)壓力對納米乳液的制備具有重要影響,主要是由于高壓均質(zhì)過程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的機(jī)械作用力,如剪切力、撞擊力、空穴作用[19]。圖4a和圖4d結(jié)果顯示,隨著均質(zhì)壓力的增加,山茶油納米乳液的粒徑呈減小趨勢,粒度分布也越來越窄,并且粒度范圍向粒徑小的方向移動(dòng)。在本研究中,乳液的平均粒徑隨著壓力的增加而不斷降低,當(dāng)均質(zhì)壓力為100 MPa時(shí),乳液的平均粒徑及PDI值達(dá)到最小值,此時(shí)的乳液穩(wěn)定性最好。

圖4 均質(zhì)壓力對乳液平均粒徑、PDI(a)、ζ-電位(b)、濁度(c)、粒度分布(d)的影響Fig.4 Effects of homogenization pressure on mean particle size,PDI(a),ζ-potential(b),turbidity(c),particle size distribution(d)

研究表明均質(zhì)壓力過高、乳液的液滴過小,會(huì)導(dǎo)致顆粒之間的布朗運(yùn)動(dòng)速率加快、相互碰撞的次數(shù)增加,這將會(huì)破壞油水之間的界面膜而導(dǎo)致乳液發(fā)生聚集[38]。另外,當(dāng)油滴過小時(shí),油滴的比表面積增大,所需的乳化劑數(shù)量也就越多,若乳化劑數(shù)量不足以覆蓋在油滴表面,油滴就易發(fā)生聚集且乳液粒徑增大。此外,高壓會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性,變性的蛋白質(zhì)分子相互作用形成聚集體,從而引起乳液發(fā)生不穩(wěn)定聚集[39]。從圖4b可以看出,ζ-電位絕對值隨著壓力的升高略有增加,在壓力為100 MPa時(shí),ζ-電位絕對值最大。圖4c可看出,濁度隨著壓力的增加,逐漸降低,和粒徑變化規(guī)律一致。當(dāng)壓力為20 MPa時(shí),乳液的濁度最大,當(dāng)壓力為100 MPa時(shí),乳液濁度最小。綜上分析,為保證乳液的穩(wěn)定,選擇100 MPa作為制備山茶油納米乳液的最佳均質(zhì)壓力。

2.5 納米乳液流變特性研究

乳液的流變特性與其內(nèi)部體系密切相關(guān),反映乳液的微觀結(jié)構(gòu)性質(zhì)。食品和飲料產(chǎn)品中的乳液體系,大都具有剪切變性的行為,包括剪切變稀(假塑性)和剪切增稠(脹塑性)[14]。納米乳液體系的黏度變化曲線在一定程度上可以反映乳液的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。圖5是山茶油納米乳液在剪切速率 0.01～1000 s-1下的黏度變化曲線,由結(jié)果可以看出乳液的黏度很小,屬于低黏度體系[40]。且隨著剪切速率的增大,乳液的黏度呈逐漸降低趨勢,在較小的剪切速率(0～100 s-1)時(shí),山茶油納米乳液的黏度急劇下降,此為剪切變稀的特征,其原因可能是由于絮凝態(tài)的油滴在剪切過程中發(fā)生互相分離[41]。當(dāng)剪切速率繼續(xù)增加時(shí),山茶油納米乳液的黏度并未發(fā)生明顯變化,可能是因?yàn)槿橐后w系形成與瓦解絮體的速率保持恒定,絮體具有相對穩(wěn)定的狀態(tài)[42]。本研究結(jié)果從流變學(xué)特性方面說明高壓均質(zhì)制備的山茶油納米乳液的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性良好。

圖5 山茶油納米乳液的流變特性Fig.5 Rheological property of camellia oil nanoemulsion

2.6 納米乳液透射電鏡(TEM)

圖6為山茶油納米乳液的透射電鏡圖。從圖6中可直觀地看出,乳液液滴分散均勻,成型性好,小液滴數(shù)量多。大豆分離蛋白-茶皂素復(fù)合乳化劑在高壓均質(zhì)作用下能夠很好的包埋山茶油,形成許多小粒徑乳滴,納米乳液的粒徑小,可防止液滴之間的絮凝和聚集,越有利于乳液體系的穩(wěn)定性。

圖6 山茶油納米乳液的透射電子顯微鏡圖Fig.6 TEM pictures of camellia oil nanoemulsion

2.7 納米乳液的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性

從食品工業(yè)的角度來看,在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中,確定基于納米乳液遞送系統(tǒng)的產(chǎn)品貨架期是必要的。表1是山茶油納米乳液在不同溫度下的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性,通過表1可知,在4、25、50 ℃下儲(chǔ)藏28 d后,SPI-TS復(fù)合乳化劑穩(wěn)定的山茶油納米乳液的平均粒徑、PDI、ξ-電位并未發(fā)生明顯的變化。通過表1還可知,與在25和50 ℃溫度下儲(chǔ)存的納米乳液相比,在4 ℃溫度下儲(chǔ)存的納米乳液略顯優(yōu)勢。

表1 儲(chǔ)存溫度對山茶油納米乳液穩(wěn)定性的影響Table 1 Effect of storage temperature on the stability of camellia oil nanoemulsion

對最優(yōu)制備條件下的山茶油納米乳液進(jìn)行了形態(tài)觀察,并與相同制備條件下制備的TS納米乳液和SPI納米乳液進(jìn)行了比較。從圖7中可以看出,在4 ℃儲(chǔ)存條件下的3種納米乳液形態(tài)穩(wěn)定,在60 d內(nèi)沒有發(fā)生明顯變化,沒有出現(xiàn)絮凝或分層現(xiàn)象。在25 ℃儲(chǔ)存條件下,單獨(dú)使用SPI穩(wěn)定的納米乳液在14 d后出現(xiàn)了絮凝,乳液開始出現(xiàn)凝結(jié)變稠的現(xiàn)象。而其它兩種乳液未發(fā)生此現(xiàn)象。從圖7中可知,在50 ℃儲(chǔ)存條件下,由SPI穩(wěn)定的乳液在第14 d已經(jīng)出現(xiàn)了凝結(jié)變稠的現(xiàn)象,且在第21 d時(shí)出現(xiàn)了結(jié)塊分層現(xiàn)象。而其它兩種乳液在21 d內(nèi)并未出現(xiàn)明顯變化,但在儲(chǔ)存60 d后,稍微出現(xiàn)分層現(xiàn)象但并未發(fā)生凝結(jié)變稠,且單獨(dú)使用TS穩(wěn)定的乳液分層現(xiàn)象略明顯于復(fù)合乳化劑穩(wěn)定的乳液。有研究表明,在長期高溫儲(chǔ)存期間由于布朗運(yùn)動(dòng)增加,乳液液滴發(fā)生碰撞的機(jī)率更大,次數(shù)更多,從而導(dǎo)致乳滴發(fā)生絮凝現(xiàn)象[43]。

綜上分析,由表1和圖7可知,SPI-TS復(fù)合乳化劑穩(wěn)定的山茶油納米乳液在4、25和50 ℃儲(chǔ)存條件下更加穩(wěn)定且至少能夠穩(wěn)定存在28 d左右。

圖7 山茶油納米乳液在不同儲(chǔ)存溫度條件下的圖片F(xiàn)ig.7 Pictures of camellia oil nanoemulsion under different storage temperature conditions注;每張圖片從左到右依次是SPI-TS、SPI、TS穩(wěn)定的山茶油納米乳液。

3 討論與結(jié)論

基于納米乳液運(yùn)載體系在商業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用問題(如不同pH、離子濃度、儲(chǔ)藏條件等)及為改善大豆分離蛋白的乳化作用,本研究將其與茶皂素作為復(fù)合乳化劑,以改善單獨(dú)使用大豆分離蛋白制備的乳液環(huán)境耐受力差的缺陷。后續(xù)對復(fù)合乳化劑和SPI乳化劑制備的山茶油納米乳液的穩(wěn)定性進(jìn)行比較研究。本研究對大豆分離蛋白(SPI)-茶皂素(TS)復(fù)合物作為乳化劑制備山茶油納米乳液進(jìn)行了工藝優(yōu)化,將大豆分離蛋白和茶皂素復(fù)合乳化劑的比例、復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、山茶油質(zhì)量分?jǐn)?shù)、均質(zhì)壓力作為考察因素,研究它們對乳液的平均粒徑、PDI、ζ-電位、濁度等指標(biāo)的影響,最終得到復(fù)合物比例(TS∶SPI)為2∶1、復(fù)合乳化劑添加量為3%、山茶油添加量為10%、均質(zhì)壓力為100 MPa為最佳制備條件。在此條件下得到的乳液平均粒徑為198.800±1.558 nm,穩(wěn)定性好。并通過透射電子顯微鏡(TEM)驗(yàn)證了山茶油納米乳液以小液滴的狀態(tài)均勻分散在乳液體系中,同時(shí)流變學(xué)特性結(jié)果說明了山茶油納米乳液具有良好的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。在4、25、50 ℃的儲(chǔ)存條件下能夠至少穩(wěn)定存在28 d。因此,此方法能夠用于制備山茶油納米乳液,改善山茶油易腐敗變質(zhì)的問題,保證山茶油的高營養(yǎng)價(jià)值,同時(shí)可利用此山茶油納米乳液對一些山茶油納米乳液對一些易氧化、難吸收的脂溶性物質(zhì)(如維生素,β-胡蘿卜素,番茄紅素等)進(jìn)行包埋,提高其穩(wěn)定性和生物利用度。此研究同時(shí)證實(shí)了大豆分離蛋白和茶皂素復(fù)合乳化劑,是一種較為實(shí)用、高效的天然乳化劑,為油茶籽餅廢物充分利用提供參考依據(jù)。