均質(zhì)工藝對(duì)制備魚(yú)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(yú)油是從深海魚(yú)類(lèi)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(yú)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(kāi)發(fā)前景[1]。然而，魚(yú)油脂肪酸的高度不飽和性導(dǎo)致魚(yú)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(yú)油在食品工業(yè)中的發(fā)展[2]。因此，利用壁材對(duì)魚(yú)油進(jìn)行包埋，提高魚(yú)油制品的感官品質(zhì)和穩(wěn)定性，對(duì)魚(yú)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(lèi)。而考慮到魚(yú)油微膠囊的芯材理化特性、操作便捷性和食品安全性，工廠(chǎng)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(yú)油納米乳液的影響直接決定著魚(yú)油微膠囊的產(chǎn)品品質(zhì)。

目前，魚(yú)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(lèi)及微射流處理壓力對(duì)魚(yú)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(yú)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(yú)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(yú)油微膠囊微觀(guān)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(yú)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(yú)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(yú)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(kāi)，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(yú)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(guò)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(yú)油納米乳液及微膠囊的影響，從而為魚(yú)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(yú)油（含8.55% EPA、15.89% DHA）來(lái)源于深海沙丁魚(yú)，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(chǎng)；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(chǎng)；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(chǎng)。

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(yú)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(yú)油納米乳液和微膠囊的制備

將粗乳液分別通過(guò)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(yú)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(yú)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(guò)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(yú)油微膠囊顆粒。

1.3.3 魚(yú)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(yú)油納米乳液的平均粒徑和Zeta-電位，魚(yú)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(yú)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(guān)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(yú)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(yú)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(chēng)取一定質(zhì)量的樣品溶液并記錄制備樣品時(shí)添加魚(yú)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(yú)油質(zhì)量（m2/g），通過(guò)公式（1）計(jì)算乳化產(chǎn)率。

1.3.4 魚(yú)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(chēng)量5 g魚(yú)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(chēng)量5 g魚(yú)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(guò)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(pán)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(chēng)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(guān)結(jié)構(gòu)觀(guān)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(guān)察微膠囊微觀(guān)形態(tài)結(jié)構(gòu)。

1.3.4.5 熱重分析

稱(chēng)取6 mg魚(yú)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(guò)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(guò)氧化值。過(guò)氧化值參照SC/T 3505—2006《魚(yú)油微膠囊》[15]中微膠囊過(guò)氧化值測(cè)定方法測(cè)定。

1.3.4.7 FTIR光譜測(cè)定

稱(chēng)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(yú)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(guò)程中的剪切力具有細(xì)化液滴、減小粒徑的作用，但過(guò)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(guò)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)?？栈淞鞴に囍苽涞募{米乳液具有最低的平均粒徑，這是因?yàn)榭栈淞髟诳栈^(guò)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(guò)程可以通過(guò)高強(qiáng)度剪切力作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)魚(yú)油納米乳液粒徑的有效縮減。超聲工藝也能通過(guò)超聲空化效應(yīng)實(shí)現(xiàn)魚(yú)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(yú)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(guò)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(guò)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]。空化射流對(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M(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(yú)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(yú)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(guò)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(guò)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(guò)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(yú)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(guò)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(yú)油微膠囊的包埋率。

由表2可知，通過(guò)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(yú)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(guān)察和穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。

2.3 微膠囊的微觀(guān)結(jié)構(gòu)

圖 1 均質(zhì)工藝對(duì)魚(yú)油微膠囊微觀(guān)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(yú)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(guò)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(méi)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(yú)油微膠囊微觀(guān)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(yú)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(guò)改變魚(yú)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(mǎn)的微觀(guān)結(jié)構(gòu)。這和空化射流均質(zhì)工藝對(duì)魚(yú)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(yú)油微膠囊熱穩(wěn)定性的影響

從圖2可以看出，魚(yú)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?？赡茉蛟谟跍囟鹊纳呤沟梦⒛z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(yú)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(yú)油的蒸發(fā)，空化射流工藝組的魚(yú)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(yú)油微膠囊具有更加穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)致密飽滿(mǎn)的微觀(guān)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(xiàn)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(yú)油微膠囊氧化穩(wěn)定性的影響

圖 3 均質(zhì)工藝對(duì)魚(yú)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(yú)油的氧化穩(wěn)定性要高于暴露在空氣中的魚(yú)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(kāi)始氧化，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中微膠囊顆粒過(guò)氧化值的下降可能是由于氧化油生成的過(guò)氧化物進(jìn)一步氧化生成醛類(lèi)和酮類(lèi)物質(zhì)[28-29]。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，蛋白包裹魚(yú)油的微膠囊體系逐漸崩解，魚(yú)油通過(guò)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(guò)氧化值上升。經(jīng)空化射流處理制備的微膠囊過(guò)氧化值曲線(xiàn)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(guò)氧化值曲線(xiàn)相似。這可能是因?yàn)榭栈淞鞴に囆纬傻奈⒛z囊微觀(guān)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(yú)油和空氣接觸而發(fā)生氧化反應(yīng)，減緩了魚(yú)油微膠囊的氧化速率[30-31]。

2.6 魚(yú)油微膠囊的FTIR分析結(jié)果

圖 4 魚(yú)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(yú)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(chēng)振動(dòng)和非對(duì)稱(chēng)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(lèi)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(yú)油微膠囊壁材對(duì)芯材的包埋效果良好，未出現(xiàn)魚(yú)油外泄從而使魚(yú)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(guò)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(yú)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(yú)油納米乳液及微膠囊的新型均質(zhì)工藝。