食品级水包油型月见草油微乳的稳定性研究

吴红艳，孙长豹，刘 宁，刘 军，宫春宇

（1.东北农业大学食品学院，乳品科学教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨150030；2.齐齐哈尔大学食品与生物工程学院，黑龙江齐齐哈尔161006）

微乳液（m icroemulsion，ME）是由水、油和表面活性剂与助表面活性剂组成的光学上各向同性，热力学上稳定的体系[1-3]。在医药领域上，微乳常作为药物载体，可提高药物尤其是亲脂性药物的溶解性[4-6]，提高药物的稳定性及生物利用度[7]，从而增加药物的疗效。近年来，多不饱和脂肪酸对人体健康的作用越来越被人们所重视。但大多数的多不饱和脂肪酸气味差、不溶于水，且高度的不饱和性也决定了它对氧气、光及热都极为敏感，容易发生氧化反应进而影响功效发挥，并产生对人体有害的氧化产物。另外食品中许多脂溶性食品功能因子都具有多种有益于人类健康的生理功能。但这些功能因子存在水溶性差，易被氧化，不稳定等缺点，同样也影响到他们在食品中的使用。月见草油主要是来自月见草种子，经低温压榨精制而成的，主要含有饱和脂肪酸，亚油酸，α-亚麻酸，γ-亚麻酸等人体所必需的营养成分。具有降低血脂，血糖，抗氧化和抗炎的作用[8-9]。月见草油制成微乳后，它的营养成分更易于被吸收利用[10]，同时月见草油微乳还可作为其他不稳定的或难溶性的营养元素或药物的载体，增加他们的吸收和利用率。目前以长链不饱和脂肪酸为油相的微乳液研究还相对较少。本文研制的食品级微乳，是以月见草油为油相，食品添加剂中允许使用的吐温80和月桂酸为表面活性剂，其具有毒性小，易被人体吸收的优势。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

吐温-80、月桂酸、苏丹Ⅱ 国药集团化学试剂有限公司；月见草油 长白山保护开发区长白工坊生态产品有限公司；实验中所用水 为超纯水。

S-4300型扫描电子显微镜日本HITACHI公司；Nano-ZS90型马尔文粒径分析仪 英国马尔文仪器有限公司；TU-1901型双光束紫外可见分光光度计 北京普析仪器有限责任公司；C-MAG HS 4型数显型磁力搅拌器 德国IKA；DL-360E型智能超声波清洗器 江苏省昆山市超声仪器有限公司；Heal Force PW系列超纯水器 力新仪器上海有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 微乳电镜观察 采用透射电镜观察微乳形态。将微乳稀释100倍，滴加约2μL在铜网上，自然晾干，用2%的磷钨酸进行负染，15min后吸取多余液体上电镜观察其形态。

1.2.2 包封率的测定 将过量的苏丹Ⅱ溶解于月见草油中，离心取上层清液。将含有苏丹Ⅱ的月见草油按1.2.1方法制备含苏丹Ⅱ的微乳。取载苏丹Ⅱ的微乳0.1m L，加无水乙醇稀释至50m L，采用紫外分光光度计法测得微乳中苏丹Ⅱ的总浓度（C0），取同一微乳液10m L，加0.5g硫酸铵，适当的振动混匀，放入70℃的水中间断超声30m in后25℃离心（10000r/m in）1h可分离得水相和油相。从而达到破乳的作用，取上清液0.1m L，加无水乙醇稀释至50m L，采用紫外分光光度计测得被包封苏丹Ⅱ的浓度（C1）。按照公式计算苏丹Ⅱ微乳中对苏丹Ⅱ的质量包封率：EE（%）=C1/C0×100。

1.2.3 粒径的测定 将样品稀释10倍后放入马尔文粒径分析仪中进行自动测量，参数设定：散射角90°，吸光度值0.010，粘度（cP）0.8872，分散相为水。

1.3 数据处理

每个实验重复三次，结果表示为平均数±SD，拟三元相图采用origin8.0软件绘制。

2 结果与讨论

2.1月见草油微乳的制备

经过前期实验确定微乳配方。以吐温-80与月桂酸按10∶1比例配制混合表面活性剂。分别取混合表面活性剂与月见草油的质量比为9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9，将二者在磁力搅拌器上混和均匀。在恒定温度（25℃）及转速下，逐滴加入纯水，观察微乳的变化，记录相变点所加入的水量。根据月见草油、表面活性剂，水所占的百分比绘制拟三元相图。

图1显示在Tween80/月桂酸/水/月见草油四组分微乳体系的拟三元相图中可以分为六个区。其中油包水（W/O）、液晶相（LC）、水包油（O/W）和双连续相（B.C.）为单相区，E区乳浊液为两相区。在稀释线T82到T91之间均可形成U型微乳，也就是微乳体系会随着水量的增大从W/O型转变为O/W型的微乳。对于液晶区划分，实验中发现有时体系的黏度非常大，呈凝胶状，但却观察不到双折射现象，此时体系形成的是立方型的液晶相无双折射性质，而层状和六方具有双折射性质。所以图中液晶区是依靠偏光显微镜和实验现象确定的，而双连续相（B.C.）是根据电导率测定结果划分的。图中T91、T82为两条稀释线，以下实验即考察这两条稀释线上的水包油型微乳液的稳定性。

图1 吐温80/月桂酸/月见草油/水体系的拟三元相图Fig.1 The pseudo-ternary phase diagram of Tween80/Lauric acid/Evening primrose oil/Water

2.2 微乳的形态观察

图2是采用负染技术后通过透射电镜观察到微乳粒子的形态。照片中可以清晰的看到微乳粒子大多呈现圆形。其中外层为水相，被磷钨酸染成黑色，光线透不过去，内部为油相，光可以透过去形成一个亮点，符合微乳是O/W型的结构特点。粒子大小比较均一。

图2 微乳的透射电镜图（150000×）Fig.2 Electro-microscopic images ofmicroemulsion（150000×）

2.3 pH对粒径的影响

微乳的稳定性取决于体系中的内因如油相的结构，表面活性剂的种类及含量等和外界因素。通过粒径，包封率考察微乳液的稳定性。

前期实验中确定混合表面活性剂和月见草油的比例为8∶2和9∶1两种配方制备微乳，分别用HCl和NaOH将微乳的pH调节到3～9，将调整后的微乳于室温下放置6d，观察微乳的状态，分别于第3、6d测定微乳的粒径，实验结果如下：

在不同的pH条件下，微乳的粒径随着放置时间和含油量不同而发生变化。由图3、图4可知，刚调节pH的微乳在随后的测定中粒径是没有明显变化的，但随着放置时间的延长，微乳的状态和粒径都发生了不同的改变。对于含油量较高的8∶2微乳，当pH在5～8时粒径变化不大，微乳相对稳定，无分层现象。而当pH＜5，微乳的粒径明显变大，放置6d后微乳液变得浑浊，pH＞8时微乳液的粒径变化不大，但微乳液失去乳光，并有白色物质析出。而对于含油量相对较低的9∶1微乳，pH5～7时微乳粒径变化小，稳定性较好，外观无明显变化。pH对微乳粒径的影响主要取决于酸和碱对表面活性剂和油的之间相互作用。吐温-80（聚氧乙烯脱水山梨醇油酸酯）属于酯类，为非离子型表面活性剂，月桂酸是直链饱和脂肪酸，（二者比例9∶1）添加量较少，可以忽略。吐温80和月见草油都是脂类物质，在水中不能够离解成离子，因此不带电荷，酸碱无法直接作用，故弱酸弱碱对微乳体系的影响较小。但在强酸、强碱下酯可以发生水解反应和皂化反应，这两种反应都破坏酯的结构，使溶解性发生改变，从而导致微乳中界面膜发生变化，微乳的稳定性随之改变。相比较而言由于8∶2的微乳含油量较高，界面膜改变对其稳定性的影响更明显一些。因此以吐温80和月桂酸为表面活性剂的微乳体系的最佳pH为5～7。

图3 pH对8∶2微乳粒径的影响Fig.3 pH-dependence of themean particle diameter of 8∶2microemulsion

图4 pH对9∶1微乳粒径的影响Fig.4 pH-dependence of themean particle diameter of 9∶1microemulsion

2.4 温度及含油量对粒径及包封率的影响

选择不同配方的含有苏丹Ⅱ的水包油型微乳在60℃下进行贮存30d，每5d取样测定，通过粒径和包封率来考察含油量对微乳稳定性的影响，实验结果如图5所示。

图5 含油量对水包油型微乳的稳定性的影响Fig.5 Effect of the oil content on the stability of O/Wmicroemulsions

如图5中所示两种微乳在60℃下贮存时，平均粒径变化趋势基本一样，先增大随后减小，包封率随着时间延长呈明显下降趋势。说明水包油型微乳体系稳定性受温度影响比较大，主要是由于使用了大量的非离子表面活性剂，温度升高，非离子表面活性剂与水分子形成的氢键作用强度减弱[11]，亲水作用下降，界面张力减小，增加微粒之间的有效碰撞概率，导致粒径变大。融合后的粒子不稳定，粒径增大到一定程度后粒子破坏，使包封的油相泄漏，导致了苏丹Ⅱ包封率的下降，粒径也明显减小。9∶1和8∶2微乳分别在贮藏第9、6d后出现浑浊，分层现象。放置30d后两种微乳粒径变小，包封率下降，外观也均不能恢复到原来的状态。因此这两种水包油型微乳均不适宜在高温环境下贮存。

图6 贮存温度对微乳的稳定性影响Fig.6 Effectof temperature on the stability ofmicroemulsions

图6是以稳定性相对较好的9∶1型微乳为例考察水包油型微乳在冷藏4℃和室温20℃下的稳定性。由图6可知，9∶1微乳分别在4℃和20℃下放置30d后，月见草油微乳的粒径由（98.71±5.12）nm增加到（110.4± 4.32）、（116.7±5.83）nm，即随着贮存时间的延长粒径稍有增大，且在这两个温度下粒径差异不显著。月见草油微乳的包封率由93.95%稍有下降至92.21%（4℃），91.89%（20℃）。因此，对于混合表面活性剂与月见草油为9∶1的水包油型微乳，在室温和冷藏条件下贮存30d，微乳仍保持良好的稳定性，包封率均达到90%以上。

3 结论

以月见草油为油相，吐温80与月桂酸为表面活性剂制备可无限稀释食品级微乳。通过透射电镜观察微乳形态，微乳液粒子的大小比较均一，形态大多呈现圆形。分别对微乳的外观、粒径、包封率进行检测，发现9∶1微乳稳定性好于8∶2微乳，在4℃和20℃条件下放置30d后，微乳液的包封率变化较小，放置期间未出现分层、破乳现象，稳定性良好。

[1]Garti N，Yaghmur A，Leser ME，Clement V，et al.Improved oil solubilization in oil/water food grade microemulsions in the presence of polyols and ethanol[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2001，49（5）：2552-2562.

[2]Leser ME，Sagalowicz L，MichelM，Watzke HJ.Self-assembly ofpolar food lipids[J].Advances in Colloid and Interface Science，2006，123：125-136.

[3]Lesmes U，McClements DJ.Structure-function relationships to guide rationaldesign and fabrication ofparticulate food delivery systems[J].Trends in Food Science&Technology，2009，20（10）：448-457.

[4]Velikov KP，Pelan E.Colloidal delivery systems formicronutrients and nutraceuticals[J].Soft Matter，2008，4（10）：1964-1980.

[5]Zheng M-Y，Liu F，Wang Z-W，Baoyindugurong J-H.Formation and characterization of self-assembling fish oil microemulsions[J].Colloid Journal，2011，73（3）：319-326.

[6]Kreilgaard M， Pedersen EJ，Jaroszewski JW.NMR characterisation and transdermal drug delivery potential of microemulsion systems[J].Journal of Controlled Release，2000，69（3）：421-433.

[7]张楠，周宏兵，全东琴.自微乳释药系统提高药物生物利用度的机理与应用[J].中国医药生物技术，2009，4（1）：47-50.

[8]Palombo JD，DeMichele SJ，Liu J-W，et al.Comparison of growth and fatty acid metabolism in rats fed diets containing equal levels ofγ-linolenic acid from highγ-linolenic acid canola oil or borage oil[J].Lipids，2000，35（9）：975-981.

[9]Ponnala S，Rao KP，Chaudhury JR，et al.Effect of polyunsaturated fatty acids on diphenyl hydantoin-induced genetic damage in vitro and in vivo[J].Prostaglandins，Leukotrienes and Essential Fatty Acids，2009，80（1）：43-50.

[10]Rao J，McClements DJ.Food-grade microemulsions and nanoemulsions：Role of oil phase composition on formation and stability[J].Food Hydrocolloids，2012，29（2）：326-334.

[11]谢新玲，王红霞，张高勇.微乳柴油的性能研究[J].应用化工，2005，34（6）：353-356.