動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)制備乳液運(yùn)載體的研究進(jìn)展

曹夢(mèng)夢(mèng)，劉一鯤，陳興，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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌 330047）

乳液（emulsion）是由互不相容的兩相組成的連續(xù)分散體系，典型的乳液由油、水和乳化劑組成，其在飲料、脂肪替代物、功能性食品中具有廣泛的運(yùn)用。日常食物中也存在大量的乳液體系，如牛奶、咖啡、冰淇淋、飲料、嬰兒配方食品和人造奶油等。在食品工業(yè)中，乳液體系是一種常用的食品運(yùn)載體系，常被用于活性因子、風(fēng)味物質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)素等物質(zhì)的包埋、運(yùn)載和保護(hù)。然而，大多數(shù)乳液都屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，這是因?yàn)槿橐褐械姆稚⑾嗪瓦B續(xù)相具有互不相容性，在乳液的形成過(guò)程中，油-水界面能（interfacial energy）和體系自由能（Gibbs free energy）增大，不利于其熱力學(xué)穩(wěn)定。此時(shí)，通常需要添加表面活性劑來(lái)降低油-水界面能和體系自由能，從而維持乳液在一段時(shí)間內(nèi)的穩(wěn)定。乳液液滴的生產(chǎn)方式分為高能耗法和低能耗法，低能耗法包括自乳化法（self-emulsification method）、膜乳化法（membrane emulsification）和微流控乳化法（microfluidic emulsification）等，自乳化法需要使用大量的合成表面活性劑，膜乳化法和微流控乳化法生產(chǎn)效率相對(duì)較低。因此，在食品工業(yè)中，一般選用生產(chǎn)效率相對(duì)較高的高能耗法用于乳液的生產(chǎn)，該法需要借助機(jī)械設(shè)備和食品乳化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)乳液液滴的生產(chǎn)和穩(wěn)定。制備食品乳液的常用機(jī)械設(shè)備有高速剪切均質(zhì)機(jī)（high-speed shear mixer）、膠體磨（colloid mill）、高壓均質(zhì)機(jī)（high-pressure homogenizer）、動(dòng)態(tài)高壓微射流（dynamic high pressure microfluidizer）和超聲均質(zhì)機(jī)（ultrasound homogenizer）等。為維持食品乳液在貨架期內(nèi)的穩(wěn)定，需要生產(chǎn)液滴尺寸足夠小的乳液，以克服重力引起的油、水兩相分離。當(dāng)乳液制備過(guò)程中乳化劑的用量固定時(shí)，若要制備粒徑較小的乳液液滴，需要機(jī)械設(shè)備能夠提供足夠大的能量輸入以克服界面恢復(fù)力（interface restoration force）。

動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)是一種新型的高能量均質(zhì)技術(shù)，利用高壓將物料送入振蕩反應(yīng)器中，使物料發(fā)生剪切粉碎、振蕩、高速撞擊、膨化等一系列作用，從而實(shí)現(xiàn)物料的細(xì)化、乳化、均質(zhì)和改性等目的。動(dòng)態(tài)高壓微射流可在短時(shí)間內(nèi)快速制備微小乳液液滴，克服傳統(tǒng)均質(zhì)手段處理乳液時(shí)耗時(shí)長(zhǎng)或需要多次處理樣品等缺點(diǎn)。1980 年，動(dòng)態(tài)高壓微射流作為一種新型均質(zhì)技術(shù)首次用于乳液的生產(chǎn)。1985 年，CHOI 等采用動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)制得粒徑為0.05～0.15 μm 的苯乙烯細(xì)乳液。同年，CHANDONNET等采用動(dòng)態(tài)高壓微射流首次制備微乳液。1986年，OZA 等首次采用動(dòng)態(tài)高壓微射流對(duì)粗乳液進(jìn)行二次均質(zhì)制備皮克林乳液，所得乳液的平均粒徑大小為1～2 μm。1989 年，SILVESTRI 等在低表面活性劑濃度的條件下，采用動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)制得水包油型亞微米乳液。隨后，動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)廣泛運(yùn)用于乳液的生產(chǎn)制備，以提高營(yíng)養(yǎng)素、活性因子的生物利用率，擴(kuò)大其在食品工業(yè)中的應(yīng)用。本文就乳化均質(zhì)技術(shù)、動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)制備乳液的技術(shù)特點(diǎn)以及動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)在乳液運(yùn)載體制備中的應(yīng)用進(jìn)行了概述，并對(duì)其發(fā)展前景做出了展望。

1 乳化均質(zhì)技術(shù)

1.1 高速剪切均質(zhì)技術(shù)

高速剪切均質(zhì)機(jī)是食品行業(yè)中最常見(jiàn)的油水兩相均質(zhì)機(jī)，在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與定子之間所產(chǎn)生的機(jī)械力和流體力學(xué)效應(yīng)的作用下，液體物料受到強(qiáng)剪切、摩擦、撞擊等作用，從而實(shí)現(xiàn)混合、粉碎、乳化和均質(zhì)。高速剪切均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)效率可以通過(guò)控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和剪切刀頭的葉片，螺旋槳和渦輪等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)提升，而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與物料形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的性能密切相關(guān)。ZHOU 等發(fā)現(xiàn)當(dāng)高速剪切均質(zhì)機(jī)的剪切速率增加時(shí)，肌原纖維蛋白（MP）凝膠二級(jí)結(jié)構(gòu)中的-折疊含量隨之增加，凝膠的凝膠強(qiáng)度和持水力也顯著增強(qiáng)；并且適當(dāng)?shù)募羟兴俣扔兄贛P 形成良好的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而過(guò)高的剪切速率（14500 r/min 以上）將使MP 難以形成凝膠。利用高速剪切均質(zhì)機(jī)制備乳液時(shí)，物料可在均質(zhì)前全部加入也可在均質(zhì)過(guò)程中分步加入。在工業(yè)生產(chǎn)中，混入過(guò)多的氣泡會(huì)影響均質(zhì)化過(guò)程中乳液的后續(xù)加工和理化特性，因此可在真空狀態(tài)下進(jìn)行均質(zhì)處理。乳液液滴的大小通常隨著均質(zhì)時(shí)間或剪切刀頭轉(zhuǎn)速的增加而減小，直到達(dá)到高速剪切均質(zhì)機(jī)功率的上限，高速剪切均質(zhì)機(jī)制備的乳液液滴粒徑約為1～10 μm。近年來(lái)，高速剪切均質(zhì)機(jī)常被用于制備皮克林乳液、乳液凝膠、高內(nèi)相乳液等，以生產(chǎn)不同類(lèi)型、不同粒徑大小的乳液。WANG 等使用高速剪切均質(zhì)機(jī)（20000 r/min,1 min）利用改性大米淀粉制備不同條件下（OSA 淀粉：2%～10%；油相：10%～70%；pH:3～11）的皮克林乳液。ZHU 等通過(guò)高速剪切均質(zhì)機(jī)混合玉米油和蛋白質(zhì)納米顆粒分散體制備不同含油量（30%～70%,w/w）的皮克林穩(wěn)定乳液凝膠。CHEN 等采用高速剪切均質(zhì)機(jī)在12000 r/min 轉(zhuǎn)速下混合油包水乳液和醇溶蛋白納米顆粒2 min，制備出W/O/W 雙重乳液，醇溶蛋白納米顆粒減少靜電斥力并進(jìn)行自聚集，形成了顆粒穩(wěn)定的乳液凝膠。謝安琪等采用高速剪切均質(zhì)機(jī)（13000 r/min,3 min）制備蛋白和多糖在不同的添加順序以及在不同多糖濃度下的面筋蛋白納米粒子-黃原膠皮克林乳液。LIU 等使用高速剪切均質(zhì)機(jī)混合預(yù)加熱的乳清分離蛋白溶液和山茶油，經(jīng)10000 r/min 處理1 min 后獲得高內(nèi)相乳液。YAN 等通過(guò)使用高速剪切均質(zhì)機(jī)（12000 r/min）混合OSA 淀粉/殼聚糖混合溶液和DHA 藻油3 min，獲得不同粒徑大小的高內(nèi)相乳液。LIU 等在12000 r/min 的轉(zhuǎn)速下混合油水兩相制備了凝膠狀的高內(nèi)相乳液。CHENG 等采用高速剪切均質(zhì)機(jī)混合玉米油與乳鐵蛋白/阿拉伯膠靜電復(fù)合物溶液，制得水包油型高內(nèi)相乳液。GUO 等提出了在高速剪切下利用原位分散法制備酪蛋白納米粒子以形成皮克林高內(nèi)相乳液。但在食品乳液生產(chǎn)過(guò)程中，一般采用高速剪切均質(zhì)機(jī)制備粗乳液或進(jìn)行預(yù)乳化，若要制備粒徑更小的乳液，則需要使用更高能量輸入的機(jī)械設(shè)備來(lái)進(jìn)行二次均質(zhì)。

1.2 膠體磨均質(zhì)技術(shù)

膠體磨主要依靠高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)磨盤(pán)與靜磨盤(pán)之間產(chǎn)生的強(qiáng)剪切、研磨、高速攪拌、高頻振動(dòng)等作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液料的混合、分散、粉碎、乳化和均質(zhì)。膠體磨中的主要流動(dòng)是剪切流動(dòng)，轉(zhuǎn)速的增加與乳化裝置中最大剪切速率的增加有關(guān)，剪切速率可以通過(guò)設(shè)備的轉(zhuǎn)速和間隙寬度來(lái)計(jì)算。膠體磨的乳化結(jié)果主要由乳液的黏度決定，對(duì)穩(wěn)定劑的穩(wěn)定效率要求較低。BAUDRON 等采用膠體磨制備了粒徑在100 μm 以下的精細(xì)乳液，并且發(fā)現(xiàn)使用膠體磨作為乳化裝置時(shí)，所需的表面活性劑量比通常用于攪拌容器的劑量顯著減少。在食品工業(yè)中，膠體磨廣泛用于均質(zhì)中高黏度液體，如花生醬、魚(yú)或肉醬等。TSIBRANSKA 等利用膠體磨將未純化的葵花籽油和絲蘭皂苷提取物制得了高彈性乳液。膠體磨的均質(zhì)效率可通過(guò)改變動(dòng)、靜磨盤(pán)間隙（50～1000 μm）或磨盤(pán)表面粗糙度，控制動(dòng)磨盤(pán)轉(zhuǎn)速（1000～20000 r/min）等改善，一般膠體磨的產(chǎn)量在4～20000 L/h。在乳液的制備過(guò)程中，膠體磨一般用于粗乳液的二次均質(zhì)，得到粒徑約在1～5 μm 之間的較小液滴。GMACH等采用膠體磨（6000 r/min）對(duì)預(yù)混合后的粗乳液進(jìn)行均質(zhì)，制備了粒徑在100 μm 以下的水包油乳液。SCHUCH 等使用膠體磨制備W/O/W 雙重乳液，通過(guò)提高轉(zhuǎn)速（5000～15000 r/min），乳液液滴大小從57 μm 左右減小到20 μm。膠體磨適用于均質(zhì)黏度較高的物料以及顆粒較大的物料，但當(dāng)其高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)、靜磨盤(pán)之間容易產(chǎn)生較高的熱量，造成物料變性，而且磨盤(pán)表面也易發(fā)生磨損，降低均質(zhì)效率。

1.3 高壓均質(zhì)技術(shù)

高壓均質(zhì)機(jī)的核心部件為均質(zhì)閥，一般由高硬質(zhì)金屬或陶瓷組成，它利用高壓液料通過(guò)閥座與閥桿間狹窄的間隙時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)剪切力、高速液料與沖擊環(huán)沖撞產(chǎn)生的強(qiáng)撞擊力，以及液料在瞬間加速和降速過(guò)程中產(chǎn)生的壓力突降與突升而引發(fā)的空穴等作用力，實(shí)現(xiàn)對(duì)液料的細(xì)化和均質(zhì)。高壓均質(zhì)機(jī)需在高穩(wěn)定效率的工藝條件下應(yīng)用，乳化結(jié)果主要取決于乳化劑體系的吸附動(dòng)力學(xué)和界面活性，與乳液的黏度幾乎無(wú)關(guān)，要求液滴破裂后液滴界面區(qū)域的快速穩(wěn)定，所使用的乳化劑的吸附動(dòng)力學(xué)必須是快速的，以達(dá)到有效的穩(wěn)定。高壓均質(zhì)機(jī)是食品工業(yè)中制備精細(xì)乳液最常用的設(shè)備，一般用于粗乳液的二次均質(zhì)，可將乳液液滴尺寸降低至100 nm。HEBISHY 等發(fā)現(xiàn)當(dāng)乳清蛋白含量為4%，高壓均質(zhì)壓力為200 MPa時(shí)，可生產(chǎn)亞微米范圍（100～200 nm）的小脂滴和單峰分布的低表面蛋白乳狀液。FLOURY 等采用不同的均質(zhì)壓力（20～300 MPa）制備乳清蛋白乳液，隨著壓力的增加，乳液的結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，且乳液粒徑隨著壓力的增加而逐漸減小。齊鳳敏等通過(guò)比較高壓均質(zhì)、膠體磨、高速剪切、超聲波4 種均質(zhì)方式對(duì)紅花籽油的乳化效果，發(fā)現(xiàn)高壓均質(zhì)處理的樣品油脂分子粒徑較小且分布均勻，所得的乳液整體穩(wěn)定性較好。BENITEZ 等研究了高壓均質(zhì)的循環(huán)次數(shù)對(duì)乳液性能的影響，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過(guò)5 次均質(zhì)循環(huán)后所制備的乳液比一次均質(zhì)循環(huán)的具有更高的聚結(jié)穩(wěn)定性。陳雨露等以乳清分離蛋白和殼聚糖為材料，利用高壓均質(zhì)機(jī)成功制備了封裝有番茄紅素的雙層乳液。除了提高均質(zhì)壓力或增加均質(zhì)循環(huán)次數(shù)，通過(guò)控制彈簧閥縮小閥座與閥桿間的間隙也可生產(chǎn)較小的液滴，且有利于增加細(xì)化和均質(zhì)效率，但同時(shí)也會(huì)增加乳液制備過(guò)程中的能量輸入，從而增加生產(chǎn)成本。

1.4 超聲乳化技術(shù)

超聲均質(zhì)機(jī)廣泛用于乳液和納米乳液的制備，利用超聲波振動(dòng)在液體中產(chǎn)生空化作用和湍流效應(yīng)，從而在液料中產(chǎn)生強(qiáng)剪切和壓力梯度，以此達(dá)到對(duì)液料的分散、細(xì)化和均質(zhì)的目的。SOARES 等在20 kHz,500 W,4 min 的超聲均質(zhì)條件下，制得平均流體動(dòng)力直徑小于600 nm 的油滴。TAHA 等采用高強(qiáng)度超聲制備的蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合穩(wěn)定乳液相比于單獨(dú)組分穩(wěn)定的乳液具有更好的抗環(huán)境壓力穩(wěn)定性。壓電換能器（piezoelectric transducers）和射流發(fā)生器（liquid jet generators）是目前商業(yè)上普遍使用的兩種高強(qiáng)度超聲波發(fā)生器。其中，壓電換能器主要應(yīng)用于臺(tái)式超聲均質(zhì)器，適用于實(shí)驗(yàn)室中快速制備少量的乳液；超聲射流均質(zhì)機(jī)（ultrasonic jet homogenizers）主要用于食品乳液的工業(yè)化生產(chǎn)，利用高速流體撞擊鋒利的刀刃，使刀刃快速振動(dòng)而產(chǎn)生強(qiáng)超聲波。超聲均質(zhì)設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)是可用于連續(xù)制備小尺寸的乳液，產(chǎn)量約為1～500000 L/h，通常比高壓均質(zhì)機(jī)更節(jié)能。高壓均質(zhì)技術(shù)可制備大尺寸的乳液液滴，但制備小液滴的能力有限。原則上，微射流最具有能源效益并且在相同時(shí)間內(nèi)具有更大的物料處理流量，但其維護(hù)成本很高。而超聲波破碎可以制備粒徑分布較窄的小液滴，且成本較低。決定超聲均質(zhì)機(jī)制備乳液效率的主要因素是超聲強(qiáng)度、時(shí)間和超聲波的頻率，大多數(shù)商業(yè)設(shè)備使用的聲波頻率范圍為20～50 kHz。極高頻率（MHz 范圍）的超聲常用于反乳化過(guò)程，低頻范圍，尤其是20 kHz 的超聲有助于制備穩(wěn)定的乳液。超聲的物理效應(yīng)如毛細(xì)管表面波、聲空化和液體微射流可以促進(jìn)乳液液滴的破碎，使乳狀液液滴的尺寸達(dá)到最小。SHANMUGAM 等采用高強(qiáng)度超聲（20 kHz）在最小處理時(shí)間為 3 min，超聲功率為176 W 的條件下，即可制得平均體積直徑為0.64 μm 的乳液，其在（4±2）℃貯存9 d 后仍可保持穩(wěn)定。呂思伊等使用超聲處理器（20 kHz,4 min）制備包封姜黃素的果膠-核桃蛋白復(fù)合乳液，所得乳液的體積加權(quán)平均直徑為0.831～1.086 μm。LEONG 等以脫脂牛奶和葵花籽油為原料，采用超聲波乳化技術(shù)（20 kHz）制備W/O/W 乳液，通過(guò)調(diào)節(jié)超聲強(qiáng)度，將乳液外殼大小控制在類(lèi)似于非均質(zhì)全脂牛奶中脂肪球的大小范圍內(nèi)。

1.5 動(dòng)態(tài)高壓微射流

動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)是基于高壓均質(zhì)的工業(yè)應(yīng)用而開(kāi)發(fā)出來(lái)的，通過(guò)剪切、撞擊、高壓、氣蝕、振蕩和膨化等作用，實(shí)現(xiàn)物料的乳化和均質(zhì)。H?KANSSON 等采用群體平衡方程模擬高壓均質(zhì)機(jī)內(nèi)乳液的形成過(guò)程，使用高壓均質(zhì)機(jī)對(duì)粗乳液進(jìn)行二次均質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)粗乳液可能發(fā)生裂解、聚結(jié)和吸附三個(gè)過(guò)程。高壓（可達(dá)150 MPa）流體迫使粗乳液通過(guò)均質(zhì)閥的狹縫，由于湍流、層流和空穴作用，粗乳液裂解成小碎片，乳化劑吸附在液滴碎片表面形成穩(wěn)定的小液滴。但乳化劑吸附在油水界面的過(guò)程中，會(huì)發(fā)生一定程度的乳液液滴聚結(jié)，這取決于乳化劑的濃度和吸附速率。SADEGHPOUR 等采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)結(jié)合群體平衡方程模擬動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備撞擊腔內(nèi)乳液的形成過(guò)程，粗乳液在經(jīng)動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備進(jìn)一步均質(zhì)處理時(shí)可能發(fā)生剪切破碎、碰撞破碎和聚結(jié)。首先，當(dāng)高壓流體進(jìn)入撞擊腔內(nèi)時(shí)，由于管徑急劇下降和壓力的釋放，粗乳液運(yùn)動(dòng)速度急劇上升，從而產(chǎn)生強(qiáng)剪切作用，導(dǎo)致乳液液滴分解成更小的微粒。粗乳液被初步均質(zhì)細(xì)化后，兩股高速流體進(jìn)一步發(fā)生相互碰撞，導(dǎo)致液滴發(fā)生裂解和合并。乳液液滴在發(fā)生對(duì)撞時(shí)，所產(chǎn)生的撞擊力可克服液滴的表面張力，使液滴發(fā)生裂解，但液滴碰撞也可能會(huì)導(dǎo)致聚結(jié)。當(dāng)撞擊力可破壞乳液液滴間液膜時(shí)，液滴發(fā)生聚結(jié)，但當(dāng)撞擊力不足以破壞液膜時(shí)，聚結(jié)則不會(huì)發(fā)生。

通過(guò)改變均質(zhì)壓力、處理次數(shù)以及撞擊腔內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可控制乳液液滴尺寸大小，并且改善動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備制備乳液的效率。目前，工業(yè)生產(chǎn)使用的動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備的工作壓力可達(dá)275 MPa，產(chǎn)量可達(dá)12000 L/h。動(dòng)態(tài)高壓微射流可用于直接乳化均質(zhì)和粗乳液的二次均質(zhì)，是制備100 nm 以下尺寸的中低粘度乳液最有效的機(jī)械設(shè)備。單通道動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備一般用于乳液制備中的二次均質(zhì)，而雙通道動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備可同步實(shí)現(xiàn)油水兩相的乳化和均質(zhì)（圖1）。CHEN 等采用單通道動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備對(duì)粗乳液進(jìn)行二次均質(zhì)，經(jīng)83 MPa處理3 次后，蛋白穩(wěn)定型乳液的粒徑由5～26 μm 減小至200～270 nm。LUO 等采用雙通道動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備制備載-胡蘿卜素的納米乳液，油相和水相通過(guò)兩個(gè)通道同時(shí)進(jìn)入撞擊腔，經(jīng)62～131 MPa處理后獲得粒徑大小為136～204 nm 的乳液。蘇佳琪等利用動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)，以-乳球蛋白為原料，經(jīng)120 MPa 處理3 次后制得了粒徑為200 nm左右的-乳球蛋白納米乳液。CHEN 等采用動(dòng)態(tài)高壓微射流對(duì)粗乳液進(jìn)行二次均質(zhì)，經(jīng)83 MPa 處理5 次后獲得液滴尺寸更小，粒徑分布更均勻的賦形劑乳液。CHEN 等采用高速剪切均質(zhì)機(jī)混合玉米油和酪蛋白溶液制得粗乳液后，使用動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備（83 MPa，3 次）對(duì)粗乳液進(jìn)行二次均質(zhì)。XU 等采用動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備對(duì)DHA 藻油粗乳液進(jìn)行二次均質(zhì)，經(jīng)60 MPa 處理3 次后，獲得粒徑尺寸較?。?.608～0.677 μm）的乳液。

圖1 單/雙通道動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備制備乳液示意圖Fig.1 Diagram of emulsions preparation using single/double channel DHPM

2 動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)制備乳液的技術(shù)特點(diǎn)

2.1 高效、高能

傳統(tǒng)均質(zhì)手段，如高速剪切均質(zhì)機(jī)、膠體磨和高壓均質(zhì)機(jī)等，一般需要較長(zhǎng)時(shí)間或多次處理樣品。動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)是一種可進(jìn)行連續(xù)化作業(yè)的均質(zhì)手段，可在瞬間（小于1 s）同步實(shí)現(xiàn)料液的輸送、混合、超微粉碎、加壓、高速撞擊、脈沖振動(dòng)、均質(zhì)等（圖2）。LEE 等比較高壓均質(zhì)機(jī)和動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備制備納米乳液的效率，發(fā)現(xiàn)粗乳液經(jīng)動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備在150 MPa 處理1 次后，粒徑由5～30 μm降低至110～115 nm，而經(jīng)高壓均質(zhì)機(jī)在150 MPa 處理5 次后，粒徑降低至110～130 nm。此外，不同乳化劑（如十二烷基硫酸鈉、吐溫-20 和酪蛋白酸鈉）對(duì)動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)均質(zhì)效率無(wú)顯著影響，而對(duì)高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)效率影響較大。YANG 等比較了使用動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)和自乳化法制備微乳液（d <100 nm）的過(guò)程，動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)使用5%左右的乳化劑在68.95 MPa 處理3 次即可制備50 nm 左右的乳液，而自乳化法需要20%左右的乳化劑才可形成100 nm 左右的乳液。TANG 等分別采用動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)和超聲均質(zhì)機(jī)制備阿司匹林納米乳液，發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)制備的乳液物理化學(xué)穩(wěn)定性更好，但超聲均質(zhì)機(jī)制備乳液的過(guò)程更節(jié)能，如當(dāng)制備160 nm 左右阿司匹林納米乳液時(shí)，動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備消耗的能量是超聲均質(zhì)機(jī)的18 倍。由于動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備輸出能量高，也被用來(lái)制備微納米尺寸的皮克林乳液。食品顆粒穩(wěn)定型乳液的粒徑一般較大（≥10 μm），容易產(chǎn)生乳析，導(dǎo)致乳液失穩(wěn)。乳液的穩(wěn)定性可通過(guò)減小乳液尺寸（<1 μm）來(lái)提高，但需要使用納米級(jí)顆粒乳化劑，并結(jié)合足夠的外部能量以克服顆粒吸附的能量壁壘。CHEN等采用動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)，以蛋白-脂質(zhì)雜化納米顆粒為乳化劑，在80 MPa 處理2 次制備了粒徑大小為708～1146 nm 的O/W 皮克林乳液，該乳液可有效抵御重力引起的相分離（圖3）。BAI 等采用動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)，以纖維素納米晶體為乳化劑，在89.63 MPa 處理3 次制備了粒徑小于1 μm 的亞麻籽油皮克林乳液，該乳液在儲(chǔ)存14 d 后仍可保持穩(wěn)定。因此，動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)是一種高效、高能制備微小乳液液滴的新型均質(zhì)手段，由于其高能量輸出，在制備微納米級(jí)皮克林乳液方面具有很大的應(yīng)用潛能。

圖2 動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)制備乳液的技術(shù)特點(diǎn)Fig.2 Technical characteristics of emulsion preparation using DHPM

圖3 動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備用于制備微納米尺寸的皮克林乳液[3]Fig.3 Pickering emulsions with micro-nano size prepared by DHPM[3]

2.2 可控液滴大小

在乳液的設(shè)計(jì)和制備過(guò)程中，一般需要通過(guò)調(diào)控組份和加工條件來(lái)獲得具有特定性質(zhì)的乳液產(chǎn)品，以滿(mǎn)足不同的商業(yè)需求。食品乳液的許多重要特性取決于它們所含的液滴的大小，例如貨架壽命、外觀、質(zhì)地、釋放特性和風(fēng)味特征等。食品乳液的液滴大小一般為100 nm～100 μm，動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)通過(guò)控制處理壓力和次數(shù)，可以制備不同尺寸的乳液液滴（圖2）。QIAN 等考察動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備制備乳液過(guò)程中處理壓力和次數(shù)對(duì)乳液液滴尺寸的影響，隨著處理次數(shù)（1～14 次）和壓力增加（27.58～96.53 MPa），液滴尺寸下降，且處理壓力的對(duì)數(shù)值與粒徑的對(duì)數(shù)值呈線(xiàn)性關(guān)系。SALVIA-TRUJILLO 等采用動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)制備檸檬草油納米乳液，發(fā)現(xiàn)隨著處理壓力（50～150 MPa）和次數(shù)（1～10 次）的增加，乳液液滴粒徑、分散系數(shù)和黏度逐漸降低，乳液透明度增加，經(jīng)50、100 和150 MPa 處理1 次獲得乳液液滴大小分別為53、46 和23 nm，而在150 MPa處理乳液3 次后，乳液粒徑可降至7.35 nm。LI 等采用動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)制備具有不同尺寸的乳液，經(jīng)34.5 MPa 處理2 次、62 MPa 處理5 次和96.5 MPa處理10 次后，得到粒徑分別為395、300 和195 nm的-乳球蛋白穩(wěn)定型乳液，且乳液的尺寸越小，油脂與脂肪酶的接觸表面積越大，油脂的消化速率越快。ZHANG 等采用動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)在48 MPa處理3 次和75.8 MPa 處理5 次分別得到粒徑分別為460 和140 nm 的乳清分離蛋白穩(wěn)定型乳液，乳液中的油脂消化速率與類(lèi)胡蘿卜素的生物可接受率在一定程度上與乳液的大小成反比。ZOU 等采用動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)將粗乳液在82.7 和41.4 MPa處理3 次分別得到粒徑為140 和460 nm 的吐溫?80 穩(wěn)定型乳液，乳液大小對(duì)油脂的消化速率和姜黃素的生物可接受率無(wú)顯著影響，且小尺寸乳液負(fù)載的姜黃素在消化過(guò)程中更易發(fā)生降解。因此，在乳液制備的過(guò)程中，可通過(guò)動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)控制液滴的大小，改善乳液的物理化學(xué)性質(zhì)，以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需求。

2.3 過(guò)度加工

動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備產(chǎn)生的高溫高壓和強(qiáng)剪切力不僅容易引起生物聚合物降解或去折疊，也可能會(huì)導(dǎo)致表面活性劑脫水，從而降低乳化劑的乳化能力（圖2）。JAFARI 等使用動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備制備乳液時(shí)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)是制備小尺寸乳液的有效手段，但增加設(shè)備的輸出能量（壓力和循環(huán)次數(shù)）會(huì)導(dǎo)致液滴重新聚結(jié)。因此，在使用生物大分子作為乳化劑時(shí)，需要考慮到過(guò)度加工對(duì)乳液制備的影響。動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備強(qiáng)大的能量輸出不利于生物大分子的活性穩(wěn)定，例如蛋白質(zhì)分子在動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備處理過(guò)程中可能發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的展開(kāi)，更多的基團(tuán)暴露會(huì)促進(jìn)分子間的相互作用，導(dǎo)致蛋白質(zhì)出現(xiàn)凝膠化。如TANG 等采用動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備在40 MPa 處理大豆蛋白乳液，促使油-水界面的蛋白分子間的疏水相互作用加強(qiáng)，導(dǎo)致油滴間發(fā)生橋連絮凝，從而形成乳液凝膠。MCCARTHY 等在制備豌豆分離蛋白穩(wěn)定型乳液過(guò)程中，粗乳液經(jīng)動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備在50 MPa 處理1 次獲得乳液凝膠，且凝膠強(qiáng)度隨油濃度和處理壓力的增加而上升。LIU 等采用動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備對(duì)海藻油粗乳液進(jìn)行均質(zhì)，經(jīng)40～120 MPa 處理3 次后，界面處的麥醇溶蛋白顆粒通過(guò)二硫鍵交聯(lián)形成乳液凝膠，該乳液凝膠的粘彈性和力學(xué)性能表現(xiàn)出均質(zhì)化壓力依賴(lài)性。LIU 等采用動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備在45 MPa處理1 次制備了半固態(tài)的乳清分離蛋白穩(wěn)定型乳液凝膠。因此，未來(lái)可進(jìn)一步探索和開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)作為冷凝膠制備和生產(chǎn)的新型工藝。

3 動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)在乳液運(yùn)載體制備中的應(yīng)用

基于動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備的乳液制備技術(shù)，開(kāi)發(fā)了其在固態(tài)納米顆粒、水凝膠、粉末油脂等運(yùn)載體系（表1）中的運(yùn)用。首先使用動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備制備乳液，乳液中的油相或水相后經(jīng)冷卻、交聯(lián)、干燥等過(guò)程形成固態(tài)納米顆粒、水凝膠或粉末油脂等，所制得的運(yùn)載體系可用于營(yíng)養(yǎng)素、活性因子等的運(yùn)載和控制釋放，以提高其穩(wěn)定性和生物利用率。

表1 動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)用于乳液運(yùn)載體的制備Table 1 The applications of DHPM in the preparation of emulsion-based delivery systems

3.1 固態(tài)脂質(zhì)納米顆粒

TRUJILLO 等在熔融狀態(tài)下（約80 ℃）采用動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)，經(jīng)34.5～174 MPa 處理1～10 次制備了氫化菜籽油硬脂乳液，乳液冷卻至常溫后形成固態(tài)脂質(zhì)納米顆粒，納米顆粒的尺寸與表面活性劑濃度和處理壓力有關(guān)。HELGASON 等在45 ℃條件下采用動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)，在34.5～197 MPa 處理5 次制備了一系列粒徑大小為44～141 nm 的十八烷納米乳液，乳液冷卻至5 °C 后，形成不同大小的固態(tài)脂質(zhì)納米顆粒。HELGASON 等以磷脂、牛去氧膽酸鹽和吐溫為原料，采用類(lèi)似的方法制備了固態(tài)脂質(zhì)納米顆粒，該固態(tài)脂質(zhì)納米顆?？捎糜?胡蘿卜素的運(yùn)載。NIK 等采用類(lèi)似的方法制備固態(tài)脂質(zhì)納米顆粒用于-胡蘿卜素的運(yùn)載，發(fā)現(xiàn)非離子表面活性劑通過(guò)影響固態(tài)脂質(zhì)納米顆粒的脂質(zhì)結(jié)晶形態(tài)，從而影響對(duì)-胡蘿卜素的保護(hù)效果。CHEN 等采用動(dòng)態(tài)高壓微射流乳化和脂質(zhì)冷卻固化制備固態(tài)脂質(zhì)納米顆粒用于白藜蘆醇、維生素E 和表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯的運(yùn)載和控制釋放，該納米顆粒可用于化妝品，增加皮膚抗氧化能力。

3.2 粉末油脂

JAFARI 等以麥芽糊精、濃縮乳清蛋白/變性淀粉、魚(yú)油/檸檬油為原料，通過(guò)預(yù)乳化結(jié)合動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備在60 MPa 均質(zhì)1 次制備了乳液，乳液經(jīng)噴霧干燥后獲得粒徑大小為15～30 μm 的粉末油脂。CHEN 等采用動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)在82.7 MPa均質(zhì)3 次制備載-胡蘿卜素的納米乳液，將獲得的乳液與麥芽糊精的水溶液混合后，經(jīng)噴霧干燥或冷凍干燥獲得230～277 nm 大小的載-胡蘿卜素粉末油脂。PEREYRA-CASTRO 等以大豆分離蛋白和麥芽糊精、鼠尾草油為原料，分別經(jīng)高速剪切、動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備（104 MPa，均質(zhì)2 次）和噴霧干燥獲得3～10 μm 大小的粉末油脂。

3.3 水凝膠顆粒

LIU 等以酪蛋白酸鈉為乳化劑，采用預(yù)乳化結(jié)合動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)在120 MPa 均質(zhì)3 次制備了粒徑為480 nm 的乳液，進(jìn)一步通過(guò)靜電作用將海藻酸鹽吸附在乳液液滴表面形成粒徑為1.87 μm 的水凝膠顆粒，該水凝膠顆?？捎糜谠黾?胡蘿卜素穩(wěn)定性和生物可接受率。MA 等采用動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)在89.6 MPa 均質(zhì)3 次制備了211 nm 大小的納米乳液，乳液與海藻酸鈉或卡拉膠混合、造粒、鈣離子或鉀離子交聯(lián)形成水凝膠顆粒，該水凝膠顆粒可用于控制油脂在胃腸道的消化速率。ZHANG等采用類(lèi)似的方法制備水凝膠顆粒，該水凝膠顆?？煽刂朴椭谖赶^(guò)程中的釋放速率?；趧?dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)對(duì)制備乳液粒徑大小的控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)上述運(yùn)載體系結(jié)構(gòu)的調(diào)控，從而賦予它們不同的功能性質(zhì)。

4 結(jié)論

動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)是一種高效率、高能量輸出、可連續(xù)化生產(chǎn)的乳化和均質(zhì)手段，可實(shí)現(xiàn)乳液等運(yùn)載體系的細(xì)化、超微化和納米化，增加運(yùn)載體系的穩(wěn)定性。食品運(yùn)載體系的許多重要物理化學(xué)性質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)特性均取決于其尺寸的大小，并且微米級(jí)或納米級(jí)的食品運(yùn)載體系可賦予食品一些新的物理化學(xué)和營(yíng)養(yǎng)學(xué)特性。動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)可有效降低并控制食品運(yùn)載體系的尺寸大小，改善運(yùn)載體系的包封率、穩(wěn)定性、消化性和生物利用率。然而，動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備仍存在諸多技術(shù)缺陷，如其研發(fā)核心仍為穩(wěn)定耐用的反應(yīng)器。動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的高溫高壓，不僅可能會(huì)引起生物組分失活、變性和過(guò)度加工，不利于部分運(yùn)載體系的制備，還可能會(huì)對(duì)動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備產(chǎn)生不利影響，造成反應(yīng)器磨損，從而減少儀器的使用壽命。并且動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備的振蕩反應(yīng)室的尺寸通常較小，容易造成堵塞。因此，突破目前動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備中所存在的問(wèn)題，對(duì)促進(jìn)動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展具有重大意義。未來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備的研發(fā)應(yīng)充分考慮其在不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，進(jìn)一步優(yōu)化和細(xì)化動(dòng)態(tài)高壓微射流設(shè)備的功能。