不同食用油脂乳化特性的研究

羅 穎，李有棟

（揚(yáng)州大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009）

0 引言

油脂由2 個(gè)部分構(gòu)成——油和脂肪，一般而言脂肪在室溫下呈固態(tài)或半固態(tài)，室溫下呈液態(tài)的就叫做油[1]。從化學(xué)成分上來講，油脂都是高級脂肪酸與甘油形成的酯類物質(zhì)，也是烴的衍生物。由于生成的環(huán)境復(fù)雜、體系多變，自然界中的油脂都是多種物質(zhì)的復(fù)雜混合物，其內(nèi)部主要化學(xué)成分是由1 個(gè)甘油分子與3 個(gè)高級脂肪酸分子相互脫水縮合而形成的酯，所以又被稱作甘油三酯[2]。

乳狀液是一種液體以小顆粒的形式均勻分散在不能與其互相混溶的另一種液體中而形成的分散體系。乳狀液根據(jù)其混合比例與濃度，一般不透明或半透明，在顏色上呈乳白色或是其他獨(dú)特的顏色，其液滴直徑大多在0.1 nm 到10 μm 之間[3]。蛋白質(zhì)中既含有極性成分又含有非極性成分，即同時(shí)具有親水和親油的性質(zhì)，當(dāng)其在油-水界面發(fā)生聚集時(shí)，能顯著降低其表面張力，發(fā)生乳化作用，促進(jìn)形成油- 水乳狀液分散體系。乳清蛋白（Whey protein）是一種從牛奶中提取的蛋白質(zhì)，具有營養(yǎng)價(jià)值高、易轉(zhuǎn)化為自身營養(yǎng)素、含有多種對人體有益的活性化學(xué)成分等優(yōu)勢，是公認(rèn)的人體優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)補(bǔ)充劑之一[4]。除了營養(yǎng)功能外，良好的乳化性、起泡性、膠凝性也是乳清蛋白的特點(diǎn)之一，在食品加工中常常使用乳清蛋白作為乳化液制作時(shí)的乳化劑、發(fā)泡劑等。乳清蛋白的分子量較低，平均在20 kU，當(dāng)其與油滴混合時(shí)，彼此相互作用包埋，形成均一體系，從而表現(xiàn)出良好的乳化穩(wěn)定性。

氧化油脂是造成代謝綜合征的重要因素，因此系統(tǒng)分析和研究氧化脂質(zhì)對脂質(zhì)代謝的影響，對比氧化油脂與普通油脂對脂質(zhì)運(yùn)載體系作用的區(qū)別，將為研究對機(jī)體功能和健康性能的影響打下基礎(chǔ)。探究油脂種類對油脂-蛋白質(zhì)水溶液乳化體系的影響，且對比氧化油脂與非氧化油脂在形成乳液時(shí)理化性質(zhì)的區(qū)別是有必要的。以體外模型研究氧化油脂與體內(nèi)運(yùn)載系統(tǒng)中的載體蛋白質(zhì)的相互作用，探討脂質(zhì)和氧化脂質(zhì)對該乳化體系的影響作用。主要從以下2 個(gè)方面進(jìn)行：首先，利用不同類型的油脂制備乳化體系，測定以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)的體系的基本性質(zhì)，如乳化穩(wěn)定性、水合粒徑大小等；其次，利用氧化脂質(zhì)同樣觀察分析并比較測定對該體系的影響。結(jié)合乳化體系中各組分對乳化體系的影響，進(jìn)一步測定對生物吸收和利用的可能作用，預(yù)測氧化脂質(zhì)對機(jī)體脂質(zhì)代謝的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金龍魚大豆油（一級），益海（泰州） 糧油工業(yè)有限公司提供；邦淇100%濃香壓榨菜籽油（三級），陜西石羊邦淇食品有限公司提供；魯花5S 壓榨花生油（一級），常熟魯花食用油有限公司提供；分離乳清蛋白（80%），上海源葉生物科技有限公司提供；氧化大豆油，實(shí)驗(yàn)室自制。

90-2 型恒溫定時(shí)磁力攪拌器，上海滬西分析儀器廠有限公司產(chǎn)品；T18 digital 型ULTRA-TURRAX高速分散機(jī)，艾卡（廣州） 儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品；AH-2010 型高壓均質(zhì)機(jī)，加拿大SEEKER 工業(yè)公司產(chǎn)品；SCIENTZ-ⅡD 型超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)，寧波新芝生物科技股份有限公司產(chǎn)品；FiveEasy Plus pH 型臺(tái)式測量儀，梅特勒-托利多國際貿(mào)易（上海） 有限公司產(chǎn)品；Turbiscan LAB 型多重光散射儀，北京朗迪森科技有限公司產(chǎn)品；Omni 型多角度粒度與高靈敏度Zeta 電位分析儀，美國布魯克海文儀器公司產(chǎn)品；Nano ZS 型馬爾文納米粒度電位儀，英國馬爾文儀器公司產(chǎn)品；DV2T 型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，美國Brook-Fileld 公司產(chǎn)品。

油料脂肪酸大致組成見表1。

表1 油料脂肪酸大致組成/%

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 乳液配制

根據(jù)姚磊等人[5]的研究，在乳清蛋白作為乳化劑時(shí)，油脂最佳含量為25%，蛋白質(zhì)溶液含量為1%。然而徐志宏等人[6]的試驗(yàn)表明，乳清蛋白乳化性臨界點(diǎn)為1.4%，其所對應(yīng)的乳化能力為77.9%。因此，再綜合參考崔健等人[7]的研究，改善工藝后，得出乳液配置的方案。

乳狀液由1%的乳清蛋白水溶液與植物油按3∶1的比例混合制成。稱量5 g 乳清蛋白，加入495 mL 去離子水中，于恒溫定時(shí)磁力攪拌器上勻速攪拌1 h 形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的乳清蛋白溶液，以便多次取用。根據(jù)不同的需求，按比例量取乳清蛋白溶液與油脂，混合后再勻速攪拌10 min。然后使用高速分散機(jī)以轉(zhuǎn)速13 500 r/min 分散2 min（每30 s 停30 s，停下時(shí)將杯壁上附著的油脂顆粒刮下）。再將所得的液體放入超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中粉碎5 min，參數(shù)設(shè)置為常溫，每3 s 停3 s，粉碎完畢后即可制成乳狀液。

1.2.2 乳液穩(wěn)定性和黏度檢測

利用Turbiscan LAB 型多重光散射儀進(jìn)行穩(wěn)定性檢測。該方法分析的樣品粒徑范圍寬泛，粒子尺寸從0.1 μm 到1 mm 均可檢測，其待測樣液的最大濃度可以達(dá)到95%。首先，打開Turbiscan LAB 型多重光散射儀與電腦，用一次性膠頭滴管將待測液準(zhǔn)確吸至瓶中，直至液面與瓶架相平；然后，蓋好蓋，按儀器上的Open 按鈕，小心地將小瓶移入槽內(nèi)，按Close 按鈕；最后，打開電腦上的Turbisoft 軟件，新建算法，鍵入?yún)?shù)，開始進(jìn)行多重光散射穩(wěn)定性檢測，1 h 后自動(dòng)保存數(shù)據(jù)。

使用DV2T 型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，進(jìn)行黏度檢測。

1.2.3 乳狀液粒徑檢測

使用Omni 多角度粒度與高靈敏度Zeta 電位分析儀進(jìn)行粒徑檢測。

將分光液槽用去離子水清洗，再用待測液潤洗，然后把待測液裝入分光液槽中，擦干外表面，蓋上蓋子和滑板；打開BIC Particle Solution 軟件，新建方法，設(shè)置參數(shù)，開始粒徑檢測。

1.2.4 乳狀液Zeta 電位檢測

使用Nano ZS 型馬爾文納米粒度電位儀進(jìn)行Zeta電位檢測。

將待測樣品稀釋至半透明或透明狀態(tài)（通常是100 或200 倍，該試驗(yàn)稀釋200 倍），使用去離子水將電位池清洗干凈，用待測液潤洗3 次，再用待測液將電位池注滿，保證電位池中無氣泡。將電位池的塞子塞上后擦干電位池；打開電腦與儀器，將電位池插入槽中；打開DTS 軟件，新建方法，設(shè)置參數(shù)，開始測量。

分散粒子的實(shí)際直徑越小，乳狀液內(nèi)部分子之間的作用力可抵抗粒子相互聚集成團(tuán)，粒子團(tuán)和粒子團(tuán)之間的排斥力超過了吸引力，Zeta 電位的絕對值越高，整個(gè)乳狀液體系越趨于穩(wěn)定。反之，溶液體系越傾向于凝結(jié)與凝聚，整體的分散體系容易被破壞，Zeta 電位的絕對值就越低。需注意的是，Zeta電位絕對值代表分散系穩(wěn)定性的優(yōu)劣，而正負(fù)則代表粒子附帶何種電荷。

Zeta 電位與膠體穩(wěn)定性的關(guān)系見圖1。

圖1 Zeta 電位與膠體穩(wěn)定性的關(guān)系

2 結(jié)果與分析

2.1 乳液穩(wěn)定性

乳狀液是一種多相分散體系，其分散相與連續(xù)相之間必然具有液－液界面，因而存在著界面自由能。隨著乳化過程的進(jìn)行，兩相之間不斷混勻，這就造成了油－水界面總面積的增加，所以體系的界面自由能也隨之增加。這表明乳化過程是熱力學(xué)不自發(fā)的過程，ΔG>0，需要從外界獲取能量。乳狀液液滴在互相碰撞時(shí)合并，則油－水界面面積縮小，體系界面自由能下降過程，屬于熱力學(xué)自發(fā)的過程，ΔG<0，不需要外界對體系做功。因此，乳狀液是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，總會(huì)有自動(dòng)發(fā)生分層、絮凝的傾向。然而，如果乳狀液內(nèi)部粒子團(tuán)與粒子團(tuán)之間的合并速度較慢，則可認(rèn)為乳狀液具有一定的相對穩(wěn)定性，不容易發(fā)生分層或絮凝。

隨著乳化劑的加入，油－水界面張力不斷降低，因而也降低了乳化時(shí)能量的消耗，從另一個(gè)角度來說，也減小了乳狀液體系自動(dòng)分層或絮凝的趨勢，能促進(jìn)體系的乳化過程，使乳狀液更加穩(wěn)定。但表面活性劑降低界面張力更重要的一個(gè)作用是在油-水界面上形成定向單分子層，根據(jù)吉布斯吸附公式，界面張力越低，表面活性劑在界面上的吸附量越大，定向單分子層在界面上排列越緊密，界面膜的強(qiáng)度越大，從而導(dǎo)致乳狀液越加穩(wěn)定[8]。

乳狀液動(dòng)力學(xué)整體穩(wěn)定性折線統(tǒng)計(jì)圖見圖2。

圖2 乳狀液動(dòng)力學(xué)整體穩(wěn)定性折線統(tǒng)計(jì)圖

由圖2 可知，隨著時(shí)間推移，最終4 個(gè)乳狀液的動(dòng)力學(xué)整體穩(wěn)定性集中分布在2 個(gè)區(qū)域，其中大豆油、菜籽油和花生油的乳狀液穩(wěn)定性較差，而氧化大豆油的整體穩(wěn)定性相對較好。

值得一提的是，配置完成的乳狀液在放置1~2 d后，發(fā)生了不同程度的絮凝現(xiàn)象。以結(jié)論來說，只有氧化大豆油乳狀液未發(fā)生絮凝，這一點(diǎn)與圖2 所反映出來的結(jié)果類似，均表明了在同樣的配比與操作條件下，氧化大豆油乳狀液具有更優(yōu)秀的整體動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。

2.2 乳液黏度

乳狀液黏度測試統(tǒng)計(jì)圖見圖3。

圖3 乳狀液黏度測試統(tǒng)計(jì)圖

由圖3 可知，氧化大豆油乳狀液的黏度相比于其他3 個(gè)乳狀液系統(tǒng)有明顯區(qū)別。根據(jù)Stokes 公式可知，乳狀液液滴的沉降速度與連續(xù)相的黏度呈反比[9]。乳狀液顆粒在真空中沉降不受任何阻力，只受重力作用而呈自由落體運(yùn)動(dòng)，但是在水中沉降時(shí)，除重力作用外還受與重力作用相反的黏滯阻力的作用。換言之，黏滯阻力會(huì)阻止乳狀液顆粒的沉降作用，而沉降速度在一方面又能夠反映出乳液體系的穩(wěn)定性。沉降速度越快，表明乳狀液體系越容易分層，越不穩(wěn)定。故黏度較高的氧化油脂乳狀液，其穩(wěn)定性較好，這一點(diǎn)上與多分散光穩(wěn)定性檢測儀所得結(jié)論相同。

2.3 乳液粒徑

乳狀液粒徑測試記錄表2。

表2 乳狀液粒徑測試記錄

由表2 可知，所制成的4 種乳狀液中，氧化大豆油乳狀液的粒徑最小。排除偶然因素所造成的試驗(yàn)誤差以外，較為可能的原因是大豆油氧化時(shí)，一部分大分子的脂肪酸顆粒被分解為酮、醛、酸、醇、環(huán)氧化物等小分子顆粒[10]。因此，導(dǎo)致其乳化液粒徑相比于其他未經(jīng)過氧化的油料來說小得多。

同時(shí)，把乳狀液顆粒粒徑與乳狀液分散相黏度相比較，可得到粒徑與黏度呈反相關(guān)關(guān)系的結(jié)論。在理論上也有證據(jù)支持這一說法。黏度系數(shù)有很多影響因子，但終究與分子間作用力有關(guān)系。在大分子被打散、分解成粒徑更小的顆粒時(shí)，表面積增大，分子與分子間摩擦的面積增大，范德華力加強(qiáng)，且形成氫鍵的機(jī)會(huì)增加，這就增大了分子運(yùn)動(dòng)所需要克服的阻力，所以黏度會(huì)呈現(xiàn)顯著上升[11]。

大豆油與花生油的乳狀液平均粒徑較為接近，而菜籽油的平均粒徑更大一些，PDI 值也較高，這可能與菜籽油所采用的型號(hào)有關(guān)。所采購的邦淇100%純香壓榨菜籽油僅僅只是三級油，未經(jīng)過脫色、脫臭處理，所含雜質(zhì)較多，所以PDI 值較高。

2.4 乳液Zeta 電位

乳狀液電位測試記錄見表3。

表3 乳狀液電位測試記錄

通常，Zeta 電位越高，雙電層越厚，而雙電層的存在與其厚度是體現(xiàn)溶液穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素。由表3 可知，油脂和水形成的乳狀液顆粒表面存在大量的負(fù)電荷，乳液電位均在-30 mV 以上，且多次測量結(jié)果相差較小，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。Zeta 電位絕對值的變化趨勢與黏度所示的結(jié)果呈現(xiàn)出一致性，都是氧化大豆油乳液（43.27 mV） >花生油乳液（38.63 mV） >菜籽油乳液（38.07 mV） >大豆油乳液（37.13 mV），但總體來說，除了氧化大豆油乳狀液的Zeta 電位相對較高之外，其余3 種油料形成的乳狀液電位相差不大，可認(rèn)為在除去試驗(yàn)誤差的情況下，在穩(wěn)定性上并沒有本質(zhì)上的差別。

2.5 油脂乳液對細(xì)胞可能產(chǎn)生的影響

油脂成千上萬，其內(nèi)部脂肪酸成分含量不一，部分油脂的功能性又極強(qiáng)。但是，為了研究油脂對細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生的影響，往往需要配置乳液，經(jīng)過剪切、均質(zhì)后才能將其粒徑縮小至300 nm 以下，使得在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)時(shí)細(xì)胞能夠順利吸收油脂。

若進(jìn)行動(dòng)物喂養(yǎng)試驗(yàn)，則可直接喂食油脂制品，乳化只是為了提高動(dòng)物的接受能力與消化吸收、提高油脂利用率和降低生產(chǎn)成本。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由于初生豬仔的消化系統(tǒng)尚未發(fā)育完全，對飼糧中營養(yǎng)成分的消化吸收較差，因此農(nóng)戶常在豬仔飼料中添加油脂，可預(yù)防豬仔營養(yǎng)攝入不足的問題。鐘翔等人[12]在大豆油和油脂粉的試驗(yàn)中已證明，在28 日齡豬仔的飼料中添加油脂粉末可顯著增加其生產(chǎn)性能，降低飼料成本。在此基礎(chǔ)上Cera K R 等人[13]報(bào)道，在生產(chǎn)性能添加效果方面，椰子油>大豆油>玉米油>豬油。而鄭荷花等人[14]和蔡銳芳等人[15]的試驗(yàn)結(jié)果都表明，添加乳化油脂能降低仔豬腹瀉率，提高飼料利用率并增加豬仔生產(chǎn)性能。李君榮等人[16]的乳化油脂小鼠喂養(yǎng)試驗(yàn)表明，添加乳化油脂飼料的質(zhì)量比顯著低于正常添加油脂的飼料，且小鼠血清中的TC 和HDL-C 濃度顯著提高，回腸小腸絨毛長度發(fā)生顯著增加。

而另一個(gè)探究氧化油脂帶來的副作用的案例是以王永慶[17]為代表的關(guān)于氧化大豆油作為飼料添加劑對團(tuán)頭魴（Megalobrama amblycephala） 肝臟的損傷探究。結(jié)果表明，飼料中添加氧化油脂會(huì)使團(tuán)頭魴的生命周期縮短、活躍度降低，同時(shí)對團(tuán)頭魴肝臟的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯階段脂質(zhì)代謝功能造成損傷，以及對其體內(nèi)肝臟和腸道的生理結(jié)構(gòu)造成一定程度的破壞。同時(shí)，江南大學(xué)食品學(xué)院曾經(jīng)進(jìn)行過氧化油脂喂養(yǎng)小鼠的試驗(yàn)，成功證明了氧化油脂可以特異性地誘導(dǎo)動(dòng)物脂肪肝的形成和發(fā)生。

3 結(jié)論

經(jīng)過多項(xiàng)測試手段，證明了不同品種的普通油脂的乳化穩(wěn)定性、粒徑大小、黏度、電位均沒有顯著的差異。氧化油脂的乳狀液相對普通油脂來說穩(wěn)定性較好、黏度較高，達(dá)到了8.07 mPa/s，粒徑顯著低于其他普通食用油，電位則沒有顯著區(qū)別。此外，試驗(yàn)驗(yàn)證了超聲波細(xì)胞破碎機(jī)在乳狀液制取時(shí)替代高壓均質(zhì)機(jī)的各項(xiàng)優(yōu)勢，為今后研究乳狀液的性質(zhì)提供了一種簡便可行的方法。同時(shí)，制得的乳狀液也完全適用于細(xì)胞培養(yǎng)方面。