均質(zhì)工藝對(duì)制備魚油微膠囊結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的影響

周麟依，任雙鶴，郭亞男，樊乃境，江連洲,2,3，賈富國(guó)，王中江,5,6,，劉 軍

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.山東萬(wàn)得福實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 德州 253000；3.臨邑禹王植物蛋白有限公司，山東 德州 253000；4.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030；5.克東禹王大豆蛋白食品有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 230200；6.黑龍江國(guó)如生物科技有限公司，黑龍江 哈爾濱 150030）

深海魚油是從深海魚類動(dòng)物體中提煉出來(lái)的不飽和脂肪成分，其中富含的兩種ω-3多不飽和脂肪酸——二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）和二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）是人體重要的不飽和脂肪酸來(lái)源。研究發(fā)現(xiàn)，魚油具有多種生物活性功能，如降血脂、清除自由基、疏通血管、補(bǔ)腦健腦、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、預(yù)防心血管疾病等，使其在功能性食品行業(yè)擁有較大的開發(fā)前景[1]。然而，魚油脂肪酸的高度不飽和性導(dǎo)致魚油極其容易在光和熱的作用下發(fā)生氧化，喪失其原有的生物活性和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，限制了魚油在食品工業(yè)中的發(fā)展[2]。因此，利用壁材對(duì)魚油進(jìn)行包埋，提高魚油制品的感官品質(zhì)和穩(wěn)定性，對(duì)魚油制品在食品工業(yè)中的應(yīng)用具有重要意義。目前，根據(jù)芯材和壁材的性質(zhì)及微膠囊的粒徑、釋放特性以及靶向性的要求，可選擇不同的微膠囊化方法，具體分為物理化學(xué)法、物理機(jī)械法、化學(xué)法3 類。而考慮到魚油微膠囊的芯材理化特性、操作便捷性和食品安全性，工廠常采用物理機(jī)械法進(jìn)行制備。因此，物理機(jī)械法對(duì)魚油納米乳液的影響直接決定著魚油微膠囊的產(chǎn)品品質(zhì)。

目前，魚油納米乳液的加工方法主要有高壓均質(zhì)、空化射流和超聲破碎3 種。綦玉曼等[3]研究了高壓均質(zhì)壓力對(duì)薄荷油納米乳液理化性質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高壓均質(zhì)壓力為80 MPa時(shí)薄荷油納米乳液理化性質(zhì)最為穩(wěn)定。江連洲等[4]研究了大豆蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液超聲制備工藝，確定了大豆蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液均質(zhì)工藝的最佳工藝參數(shù)為超聲功率500 W、超聲時(shí)間9 min。Akbas等[5]比較了高壓均質(zhì)和超聲破碎兩種均質(zhì)工藝制備的辣椒油納米乳液，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高壓均質(zhì)相較于超聲破碎有更高的包埋能力。李楊等[6]研究了不同蛋白種類及微射流處理壓力對(duì)魚油微膠囊品質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在合適處理壓力下制備的魚油微膠囊的包埋率、氧化穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性均較好。江連洲等[7]研究了空化射流處理工藝對(duì)魚油微膠囊的理化性質(zhì)影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在合適的工藝條件下得到的魚油微膠囊微觀結(jié)構(gòu)呈球形顆粒，結(jié)構(gòu)致密、顆粒形態(tài)完整、粒徑小、表面含油率較低、包埋效果好。劉曉麗等[8]探討了超聲工藝對(duì)魚油微膠囊及其貯藏穩(wěn)定性和生物利用度的影響，結(jié)果表明超聲輔助可以顯著提高產(chǎn)品的理化指標(biāo)和降脂活性。鄭景霞等[9]探究了高壓均質(zhì)工藝對(duì)魚油納米乳液及其貯藏穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明經(jīng)處理后魚油氧化穩(wěn)定性和儲(chǔ)藏穩(wěn)定性顯著提高。因此，均質(zhì)工藝對(duì)納米乳液的理化性質(zhì)及后續(xù)微膠囊加工具有極大的影響[10-11]。但目前研究大多停留于一種均質(zhì)工藝對(duì)油脂納米乳液或微膠囊理化性質(zhì)的影響上?？栈淞骷夹g(shù)的原理是在空化腔內(nèi)使溶劑分子受到空化作用、高速剪切及劇烈振動(dòng)，促使產(chǎn)生空泡，這些空泡迅速脹大后瞬時(shí)閉合，產(chǎn)生劇烈沖擊波，導(dǎo)致液體微粒間發(fā)生強(qiáng)烈的撞擊作用，使大分子聚合物降解，致密結(jié)構(gòu)被打開，從而有效發(fā)揮物料功能性質(zhì)[12-13]。因此，該技術(shù)是一種集物料空化、均質(zhì)、粉碎等操作于一體的新興物理場(chǎng)技術(shù)。目前的研究大多停留在高壓均質(zhì)和超聲破碎兩種均質(zhì)工藝對(duì)油脂納米乳液理化性質(zhì)的影響上[14]，對(duì)新型均質(zhì)技術(shù)空化射流的研究較少，且鮮有將均質(zhì)工藝作為影響微膠囊結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)因素的研究。

因此，本實(shí)驗(yàn)以易氧化、穩(wěn)定性較差的深海魚油作為芯材，根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇大豆分離蛋白和磷脂酰膽堿作為壁材，經(jīng)空化射流、高壓均質(zhì)和超聲破碎3 種不同均質(zhì)方式制備納米乳液，通過噴霧干燥的干燥工藝制備微膠囊，從結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)兩方面分析不同的均質(zhì)工藝對(duì)魚油納米乳液及微膠囊的影響，從而為魚油深度加工時(shí)均質(zhì)工藝的選擇提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆分離蛋白（蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)92.6%）、魚油（含8.55% EPA、15.89% DHA）來(lái)源于深海沙丁魚，購(gòu)自山東禹王生態(tài)食業(yè)有限公司。

磷脂酰膽堿北京索萊寶科技有限公司；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠；常規(guī)分析純級(jí)試劑北京化學(xué)試劑公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Ultra-Turrax T25高速分散器 德國(guó)IKA公司；JY92-IIN型超聲波細(xì)胞破碎儀 寧波新芝生物科技股份有限公司；DF-101S集熱式磁力攪拌器 鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；KL-80空化射流均質(zhì)機(jī)北京中森匯嘉科技發(fā)展有限責(zé)任公司；JSM-6390LV掃描電子顯微鏡日本JEOL公司；JOYN-8000噴霧干燥機(jī)上海橋躍電子有限公司；BSA124S電子分析天平（0.000 1 g）北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；TG16-WS臺(tái)式高速離心機(jī)湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司；HSS-1（B）型恒溫浴槽成都儀器廠；Zetasizer Nano-ZS 90光散射粒度分析儀英國(guó)馬爾文儀器有限公司；SGW-2傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）儀、PHS-3C雷磁pH計(jì)上海精密科學(xué)儀器有限公司；209F3熱重分析儀 耐馳（上海）機(jī)械儀器有限公司；實(shí)驗(yàn)型高壓均質(zhì)機(jī) 英國(guó)Stansted Fluid Power公司；Turbiscan Lab分散穩(wěn)定性分析儀 法國(guó)Formulaction公司；NDJ-8S型黏度計(jì)上海大平儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 粗乳液的制備

將4%（終質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）大豆分離蛋白分散于0.1 mol/L pH 7.0磷酸鹽緩沖溶液中，室溫下連續(xù)攪拌120 min，作為水相；將0.8%魚油和0.2%磷脂酰膽堿混合均勻，作為油相；在高速分散器的攪拌下把油相逐滴加入水相中，2 900×g均質(zhì)5 min得到粗乳液。

1.3.2 魚油納米乳液和微膠囊的制備

將粗乳液分別通過高壓均質(zhì)機(jī)、空化射流均質(zhì)機(jī)和超聲波細(xì)胞破碎機(jī)進(jìn)一步均質(zhì)乳化即得不同均質(zhì)工藝制備的魚油納米乳液。分別以均質(zhì)壓力、空化射流時(shí)間、超聲功率為考察因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，測(cè)定魚油納米乳液在不同均質(zhì)條件下的平均粒徑、Zeta-電位、黏度、穩(wěn)定性。高壓均質(zhì)工藝采用的均質(zhì)壓力分別為60、100、140 MPa，均質(zhì)4 次；空化射流工藝采用的空化射流時(shí)間分別為5、10、15 min，空化射流壓力80 MPa；超聲工藝采用的超聲功率分別為250、400、550 W，超聲時(shí)間9 min，超聲溫度20 ℃。將經(jīng)過不同均質(zhì)工藝處理的納米乳液進(jìn)行噴霧干燥，進(jìn)風(fēng)和出風(fēng)溫度分別為160 ℃和70 ℃，流速為600 mL/h的條件下制備魚油微膠囊顆粒。

1.3.3 魚油納米乳液理化穩(wěn)定性的測(cè)定

1.3.3.1 平均粒徑、Zeta-電位測(cè)定

采用光散射粒度分析儀分別測(cè)定魚油納米乳液的平均粒徑和Zeta-電位，魚油油滴的折射率設(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pH 7.5的磷酸鹽緩沖液（0.05 mol/L）稀釋魚油乳液100 倍后測(cè)定平均粒徑，稀釋50 倍后測(cè)定Zeta-電位[3]。

1.3.3.2 黏度測(cè)定

采用流變儀測(cè)定乳液的流變學(xué)特性，實(shí)驗(yàn)條件：平板直徑60 mm、間距1 mm、掃描范圍0.1～200 s-1。在20 ℃下測(cè)定剪切速率為65 s-1時(shí)的表觀黏度。

1.3.3.3 穩(wěn)定性測(cè)定

采用Turbiscan Lab穩(wěn)定性分析儀測(cè)定乳液穩(wěn)定性。量取20 mL魚油納米乳液于儀器自帶的圓柱形玻璃杯中。玻璃杯外徑27.5 mm、高度70 mm。設(shè)置儀器參數(shù)：掃描時(shí)間6 h、環(huán)境溫度60 ℃、掃描間隔30 min，測(cè)定乳液穩(wěn)定性指數(shù)（Turbiscan stability index，TSI）[3]。

1.3.3.4 乳化產(chǎn)率測(cè)定

采用紫外光譜法定量分析納米乳液的乳化產(chǎn)率[3]。分別以無(wú)水乙醇為溶劑配制不同質(zhì)量濃度的魚油溶液，在最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，得到標(biāo)準(zhǔn)回歸方程。稱取一定質(zhì)量的樣品溶液并記錄制備樣品時(shí)添加魚油的質(zhì)量（m1/g），然后將樣品溶液在40 ℃水浴加熱15 min后，用超聲波處理1 h，取上層清液，容量瓶定容至50 mL，測(cè)定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)回歸方程計(jì)算魚油質(zhì)量（m2/g），通過公式（1）計(jì)算乳化產(chǎn)率。

1.3.4 魚油微膠囊理化指標(biāo)的測(cè)定

1.3.4.1 包埋率測(cè)定

精確稱量5 g魚油微膠囊樣品于錐形瓶中，加入40 mL 50 ℃石油醚后低速攪拌浸提2 min，抽濾取濾液，濾渣中加入40 mL石油醚洗滌2 min，再次抽濾取濾液，合并濾液并轉(zhuǎn)移至恒質(zhì)量的燒杯（m1/g）中，在65 ℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量（m2/g）。精確稱量5 g魚油微膠囊樣品并充分研磨，采用索氏提取法測(cè)定微膠囊中油的總質(zhì)量/（m3/g）。通過式（2）分別計(jì)算樣品的包埋率[12]。

1.3.4.2 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定

微膠囊水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定參照GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》，將0.5 g樣品置于鋁盤中105 ℃烘干12 h，根據(jù)公式（3）計(jì)算微膠囊水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

式中：m0表示原始微膠囊質(zhì)量/g；m1表示烘箱處理后樣品質(zhì)量/g。

1.3.4.3 溶解度測(cè)定

取5 g樣品于燒杯中，加入50 mL蒸餾水，磁力攪拌至樣品充分溶解，將溶液轉(zhuǎn)移至離心管內(nèi)，于4 500 r/min條件下離心10 min，取沉淀，加入50 mL蒸餾水?dāng)嚢枞芙夂笤俅坞x心，再次取沉淀并將其轉(zhuǎn)移至已稱質(zhì)量的燒杯（m1/g）中，在105 ℃的烘箱內(nèi)將其烘干至恒質(zhì)量（m2/g），根據(jù)公式（4）計(jì)算微膠囊溶解度[13]。

式中：m表示樣品質(zhì)量/g；ω表示樣品的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%。

1.3.4.4 微觀結(jié)構(gòu)觀察

將少許微膠囊均勻分散在粘好電導(dǎo)膠的樣品平臺(tái)上，吹去多余粉末，樣品平臺(tái)置于離子濺射儀中噴金，電流強(qiáng)度10 mA、加速電壓5 kV，用掃描電子顯微鏡觀察微膠囊微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)。

1.3.4.5 熱重分析

稱取6 mg魚油微膠囊采用熱重分析儀進(jìn)行熱重分析。在非等溫條件下，溫度從50 ℃升高至800 ℃，升溫速率為10 ℃/min，氮?dú)獯祾吡髁繛?0 mL/min。

1.3.4.6 過氧化值測(cè)定

將一定量的樣品均勻地鋪在錐形瓶底，放入（65±1）℃的隔水式恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行油脂的加速氧化反應(yīng)，每天測(cè)定一次過氧化值。過氧化值參照SC/T 3505—2006《魚油微膠囊》[15]中微膠囊過氧化值測(cè)定方法測(cè)定。

1.3.4.7 FTIR光譜測(cè)定

稱取1 mg微膠囊，加入100 mg溴化鉀壓片后進(jìn)行FTIR測(cè)定。測(cè)定波數(shù)范圍為400～4 000 cm-1的吸收光譜，設(shè)定分辨率4 cm-1、波數(shù)精度0.01 cm-1、掃描次數(shù)64、環(huán)境溫度25 ℃[16]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

實(shí)驗(yàn)中所有數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，所有指標(biāo)均重復(fù)測(cè)定3 次，利用SPSS Statistics 20.0軟件單因素方差分析的Tukey’s HSD法進(jìn)行差異性檢驗(yàn)，P＜0.05為顯著性差異。采用Origin 9.1軟件、PeakFit 4.12軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、圖表處理及圖譜分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 均質(zhì)工藝對(duì)魚油納米乳液理化指標(biāo)及穩(wěn)定性的影響

由表1可知，在不同均質(zhì)條件下，隨著均質(zhì)化強(qiáng)度的提高（空化射流時(shí)間延長(zhǎng)、高壓均質(zhì)壓力增大、超聲功率增大），平均粒徑呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。均質(zhì)過程中的剪切力具有細(xì)化液滴、減小粒徑的作用，但過高強(qiáng)度剪切作用產(chǎn)生的緊密空化泡會(huì)屏蔽剪切力對(duì)液滴的影響，阻止液滴的分散，導(dǎo)致平均粒徑增加。經(jīng)過空化射流處理的乳液最小平均粒徑為287.82 nm，較高壓均質(zhì)和超聲破碎處理的最小平均粒徑低18.69 nm和39.67 nm。隨著均質(zhì)化強(qiáng)度的提高，TSI先降低后升高，說(shuō)明乳液穩(wěn)定性先升高后降低，與此同時(shí)，黏度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。空化射流工藝制備的納米乳液具有最低的平均粒徑，這是因?yàn)榭栈淞髟诳栈^程中會(huì)產(chǎn)生使乳液中空化泡潰滅的微射流，有效促進(jìn)了液滴的擴(kuò)散，降低了納米乳液的平均粒徑[17]。高壓均質(zhì)工藝制備的納米乳液具有較低的平均粒徑，這是因?yàn)楦邏壕|(zhì)過程可以通過高強(qiáng)度剪切力作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)魚油納米乳液粒徑的有效縮減。超聲工藝也能通過超聲空化效應(yīng)實(shí)現(xiàn)魚油納米乳液的均質(zhì)化，但是從平均粒徑角度衡量，其均質(zhì)化效果明顯不如另外兩種均質(zhì)工藝。納米乳液平均粒徑和乳液穩(wěn)定性間存在相關(guān)關(guān)系，平均粒徑越小乳液穩(wěn)定性越高，并且伴隨納米乳液平均粒徑的降低，納米乳液中液滴數(shù)量提高，促使納米乳液黏度增大。因此對(duì)比分析結(jié)果表明，空化射流均質(zhì)工藝較高壓均質(zhì)、超聲工藝能顯著降低魚油納米乳液的粒徑和提高乳液穩(wěn)定性。但3 種均質(zhì)工藝均存在過處理效應(yīng)。

與空化射流相比，高壓均質(zhì)和超聲破碎處理強(qiáng)度對(duì)乳液Zeta-電位影響較小。隨著空化射流處理時(shí)間的延長(zhǎng)，納米乳液Zeta-電位絕對(duì)值先增大后趨于平穩(wěn)。靜電排斥對(duì)帶電液滴聚集的穩(wěn)定性起重要作用，Zeta-電位的絕對(duì)值越小意味著油滴之間形成的靜電排斥力更小，可能不足以克服液滴和能壘之間的分子間吸引力（即范德華力和疏水吸引力），從而引起乳液在自然條件下發(fā)生絮凝，液滴傾向于發(fā)生聚集，導(dǎo)致分層率增加[18]。而當(dāng)Zeta-電位的絕對(duì)值大于30 mV時(shí)，依靠強(qiáng)靜電排斥即可穩(wěn)定乳液液滴[19]，數(shù)據(jù)表明3 種均質(zhì)方式形成的納米乳液都以這種方式保持穩(wěn)定。對(duì)比3 種均質(zhì)工藝發(fā)現(xiàn)，空化射流工藝的乳化產(chǎn)率最高，其次是高壓均質(zhì)，超聲破碎乳化產(chǎn)率最低。均質(zhì)工藝通過足夠高的能量輸入以減小納米乳液中液滴體積。根據(jù)冪律分布，可以將乳液的平均液滴直徑描述為能量密度（Ev）的函數(shù)，即每單位體積的能量輸入。因此，液滴直徑越小，乳化效率越高[20-21]?？栈淞鲗?duì)乳化產(chǎn)率的影響可能歸因于其對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，在空化腔內(nèi)蛋白受到空化物理場(chǎng)的作用導(dǎo)致大的蛋白亞基轉(zhuǎn)變?yōu)樾〉膩喕?，進(jìn)而形成水溶性聚集體，同時(shí)改變蛋白疏水性和結(jié)構(gòu)柔性，降低表面界面張力和形成的乳液粒徑，從而影響大豆蛋白的乳化性和納米乳液的乳化產(chǎn)率[22]。

2.2 均質(zhì)工藝對(duì)魚油微膠囊包埋率、溶解度和水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

表 2 均質(zhì)工藝對(duì)魚油微膠囊包埋率、溶解度和水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Table 2 Effect of homogenization process on encapsulation efficiency,solubility and water content of fish oil microcapsules

由表2可知，隨著均質(zhì)化強(qiáng)度的增加，空化射流和高壓均質(zhì)工藝制成的微膠囊包埋率均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。經(jīng)過空化射流處理制得的微膠囊最大包埋率為87.44%，較高壓均質(zhì)和超聲破碎處理的最大包埋率高出7.08%和8.80%。均質(zhì)工藝通過改變蛋白質(zhì)的水合能力以改變大豆蛋白作為微膠囊壁材的包埋能力，均質(zhì)過程能促進(jìn)水-蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，改善大豆蛋白形成凝膠網(wǎng)絡(luò)的能力，進(jìn)而提高微膠囊壁材的包埋能力[22-23]。而空化射流均質(zhì)工藝制備的魚油微膠囊包埋率顯著高于高壓均質(zhì)和超聲破碎工藝的原因可能在于空化射流誘導(dǎo)蛋白質(zhì)發(fā)生一、二級(jí)結(jié)構(gòu)變化，形成可溶性聚集體，而在高壓或熱處理?xiàng)l件下聚集體會(huì)發(fā)生二硫鍵/巰基的轉(zhuǎn)換，當(dāng)巰基向二硫鍵方向轉(zhuǎn)化時(shí)，蛋白質(zhì)形成凝膠和界面活性的能力發(fā)生改變[24]。因此，空化射流均質(zhì)工藝可能通過形成粒徑更小的乳液液滴和更為穩(wěn)定的乳液界面，進(jìn)而提高噴霧干燥后魚油微膠囊的包埋率。

由表2可知，通過3 種不同均質(zhì)工藝制備的微膠囊水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不顯著，制備的9 種微膠囊水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均介于4.7%～5.1%之間，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，并和商品用微膠囊水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近，達(dá)到SC/T 3505—2006規(guī)定的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，不易發(fā)生霉變或結(jié)塊。3 種均質(zhì)工藝得到的微膠囊均具有較高的溶解度，其中空化射流和高壓均質(zhì)處理組具有更高的溶解度，超聲處理得到的微膠囊溶解性稍差。綜合魚油納米乳液和微膠囊的理化性質(zhì)，優(yōu)選空化射流10 min、高壓100 MPa、超聲400 W的均質(zhì)工藝進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀察和穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。

2.3 微膠囊的微觀結(jié)構(gòu)

圖 1 均質(zhì)工藝對(duì)魚油微膠囊微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig. 1 Effect of homogenization process on microstructure of fish oil microcapsules

如圖1所示，空化射流工藝所制得的微膠囊顆粒表面光滑、連續(xù)、致密、無(wú)裂紋和空隙。說(shuō)明空化射流制備的微膠囊大豆蛋白對(duì)魚油進(jìn)行了有效包埋，顆粒有部分向內(nèi)的褶皺，但對(duì)微膠囊整體包埋效果影響不大。高壓均質(zhì)工藝所制得的微膠囊表面連續(xù)性尚可，向內(nèi)褶皺程度較大，顆粒表面有大量微孔。超聲破碎工藝制得的制得的微膠囊表面出現(xiàn)斷層和較大的孔洞。3 種均質(zhì)工藝所得到的微膠囊均有少量小顆粒與大顆粒相互黏連，可能是干燥和冷卻過程中顆粒表面縮水導(dǎo)致；微膠囊顆粒表面多孔以及出現(xiàn)細(xì)紋的可能原因是壁材沒有完整地包裹內(nèi)部芯材[25-26]。與另外兩種工藝相比，空化射流工藝所得到的魚油微膠囊微觀結(jié)構(gòu)更為松散、圓滑和舒張，這可能是空化射流工藝處理后蛋白表現(xiàn)出較大的柔性，親水性基團(tuán)的暴露使得蛋白的親水性增強(qiáng)；同時(shí)內(nèi)部疏水基團(tuán)向外伸展暴露，親油性增強(qiáng)，兩者達(dá)到良好的平衡[27]，納米乳液中蛋白質(zhì)能完整地包裹在魚油油滴表面，使制得的微膠囊表面更加完整、光滑。這主要是因?yàn)榭栈淞骶|(zhì)工藝能更好地通過改變魚油外部的壁材結(jié)構(gòu)和納米乳液性質(zhì)，進(jìn)而使微膠囊形成更加穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)致密飽滿的微觀結(jié)構(gòu)。這和空化射流均質(zhì)工藝對(duì)魚油納米乳液微膠囊包埋率影響的結(jié)果相吻合。

2.4 均質(zhì)工藝對(duì)魚油微膠囊熱穩(wěn)定性的影響

從圖2可以看出，魚油微膠囊在500 ℃時(shí)基本完成分解。在150 ℃前，高壓均質(zhì)和空化射流工藝制得的微膠囊具有良好的熱穩(wěn)定性，質(zhì)量損失速率隨溫度的升高而降低。可能原因在于溫度的升高使得微膠囊水分蒸發(fā)，表面硬化，阻止內(nèi)部快速分解，而超聲破碎制得的微膠囊50～100 ℃時(shí)質(zhì)量損失速率較高可能是由于顆粒包埋率較低，微膠囊表面的魚油快速氧化分解，降低了微膠囊整體的耐熱性。溫度在200～500 ℃區(qū)間內(nèi)的質(zhì)量損失主要來(lái)自于壁材的降解和內(nèi)部魚油的蒸發(fā)，空化射流工藝組的魚油微膠囊先達(dá)到最大質(zhì)量損失速率，但實(shí)際損失總量始終低于高壓均質(zhì)工藝。這可能是因?yàn)榭栈淞骶|(zhì)工藝得到魚油微膠囊具有更加穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)致密飽滿的微觀結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性提高。

圖 2 不同均質(zhì)工藝微膠囊差熱分析曲線Fig. 2 Differential thermal analysis curves of fish oil microcapsules prepared by different homogenization processes

2.5 均質(zhì)工藝對(duì)魚油微膠囊氧化穩(wěn)定性的影響

圖 3 均質(zhì)工藝對(duì)魚油微膠囊氧化穩(wěn)定性的影響Fig. 3 Effect of homogenization process on oxidative stability of fishoil microcapsules

由圖3可知，被包埋魚油的氧化穩(wěn)定性要高于暴露在空氣中的魚油。微膠囊由于有壁材的保護(hù)，有效阻隔了油脂與氧氣的直接接觸，氧化速率相對(duì)減緩。微膠囊顆粒表面油脂最先開始氧化，實(shí)驗(yàn)過程中微膠囊顆粒過氧化值的下降可能是由于氧化油生成的過氧化物進(jìn)一步氧化生成醛類和酮類物質(zhì)[28-29]。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，蛋白包裹魚油的微膠囊體系逐漸崩解，魚油通過微膠囊上的細(xì)孔或從微膠囊內(nèi)部外溢與空氣直接接觸，促使微膠囊的過氧化值上升。經(jīng)空化射流處理制備的微膠囊過氧化值曲線最為平緩，氧化速率最慢。高壓均質(zhì)和超聲破碎處理制得的微膠囊過氧化值曲線相似。這可能是因?yàn)榭栈淞鞴に囆纬傻奈⒛z囊微觀結(jié)構(gòu)更為致密、平滑和無(wú)細(xì)微裂紋和具有更高的包埋率及較低的表面油含量，能更好地阻礙魚油和空氣接觸而發(fā)生氧化反應(yīng)，減緩了魚油微膠囊的氧化速率[30-31]。

2.6 魚油微膠囊的FTIR分析結(jié)果

圖 4 魚油微膠囊FTIR光譜Fig. 4 Fourier transform infrared spectra of fish oil microcapsules

由圖4可知，3 種魚油微膠囊在FTIR圖中1 065 cm-1和1 249 cm-1處的吸收峰分別對(duì)應(yīng)磷脂酰膽堿PO2-的對(duì)稱振動(dòng)和非對(duì)稱振動(dòng)吸收譜帶。在2 800～3 000 cm-1范圍內(nèi)形成相距80 cm-1的2 850 cm-1和2 930 cm-1的雙峰，分別對(duì)應(yīng)脂肪族—CH2和—CH3的伸縮振動(dòng)峰。1 600～1 700 cm-1和1 540 cm-1處分別對(duì)應(yīng)大豆蛋白酰胺I帶和酰胺II帶。然而，圖譜在1 650～1 680 cm-1之間未出現(xiàn)含有分子內(nèi)氫鍵的不飽和羧酸類單吸收峰，在1 745 cm-1處未出現(xiàn)代表不飽和雙鍵的伸縮振動(dòng)峰，在3 010～3 100 cm-1范圍內(nèi)僅出現(xiàn)較弱的代表不飽和雙鍵的伸縮振動(dòng)單峰。FTIR結(jié)果表明，3 種均質(zhì)工藝制得的魚油微膠囊壁材對(duì)芯材的包埋效果良好，未出現(xiàn)魚油外泄從而使魚油不飽和脂肪酸的FTIR吸收峰強(qiáng)度減弱現(xiàn)象。

3 結(jié) 論

空化射流工藝制備的納米乳液相較于高壓均質(zhì)和超聲破碎有著較小的粒徑、較高的乳化產(chǎn)率和乳液穩(wěn)定性。3 種均質(zhì)方式制備的納米乳液在Zeta-電位和黏度方面相差不大。

納米乳液制備的微膠囊理化性質(zhì)及穩(wěn)定性與均質(zhì)工藝有關(guān)，經(jīng)過空化射流處理制備的微膠囊包埋率和溶解度相對(duì)較高，微膠囊顆粒呈球形，表面光滑，且熱穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性能較好。高壓均質(zhì)和超聲破碎制得的微膠囊包埋率和溶解度較差，顆粒表面分別出現(xiàn)微孔和較大的孔洞，熱穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性較差。FTIR結(jié)果表明3 種微膠囊的包埋效果較好，未出現(xiàn)魚油外泄。因此，對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)空化射流均質(zhì)工藝是一種生產(chǎn)品質(zhì)較佳的魚油納米乳液及微膠囊的新型均質(zhì)工藝。