藻油乳化液的制备及稳定性研究

桂仕林，邢慧敏，李琳，何胜华，生庆海，马莺，*

（1.内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司乳品研发中心，内蒙古呼和浩特011500；2.哈尔滨工业大学食品科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150090）

藻油乳化液的制备及稳定性研究

桂仕林1，邢慧敏1，李琳2，何胜华2，生庆海1，马莺2，*

（1.内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司乳品研发中心，内蒙古呼和浩特011500；2.哈尔滨工业大学食品科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150090）

藻油富含对人体非常重要的多不饱和脂肪酸DHA（二十二碳六烯酸），将其制备成稳定的油/水乳化液成为其在乳品中应用的关键问题。采用蔗糖酯为乳化剂对其进行乳化包埋，研究乳化条件如乳化剂量、油水比率、pH和及均质条件对乳化液稳定性的影响。结果表明最适的乳化条件为：乳化剂添加量在5%以上，油水比1∶10（质量比，g∶g），pH＞5，35MPa压力下均质3个循环得到比较稳定的乳化液。

乳化液；乳化剂；乳化稳定性；蔗糖酯；藻油

DHA（二十二碳六烯酸，docosahexaenoic acid）是人体难以合成，需由食物提供的必需脂肪酸。DHA作为一种必需脂肪酸，其增强记忆与思维能力、提高智力等作用非常显著。人群流行病学研究发现，体内DHA含量高的人的心理承受力较强、智力发育指数也高。DHA对维持各种组织的功能也比不可少，还有预防近视和改善视力的作用，近年来的研究发现，DHA对婴儿的生长发育具有重要的生理作用，促进胎儿、婴幼儿的智力和视力发育[1-3]。

到2010年，世界许多国家，也包括中国，均已把DHA批准作为营养强化剂，并且制定了相应的添加标准。鱼油和藻油中富含DHA，但是由于DHA不饱和程度高，直接将鱼油或藻油添加到产品中，在生产及保藏过程中及易氧化，影响食品的感官品质及营养价值[4-6]。如何防止多不饱和脂肪酸的氧化是DHA应用关键。

通过牛奶作为载体，强化DHA是一个很好的选择。但是由于DHA易于氧化，氧化后又有令人不愉快的鱼腥味，故在牛奶中添加DHA一直是个难题[7]。本研究采用添加乳化剂的方式对富含DHA的藻油进行包埋，提高其氧化稳定性和耐热性，通过预乳化这一简单的工艺将富含DHA的藻油乳化液添加到牛乳等食品中。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器设备

蔗糖酯（sugar ester S-1170）：东京三菱化学试剂有限公司；藻油（～35%以DHA计ω-3多不饱和脂肪酸）：美国哥伦比亚马泰克生物公司；JRJ-300-1型剪切式乳化机：上海标本模型厂；ALC-2104型电子天平：北京赛多利斯仪器系统有限公司；SHP60-60型高压均质机：上海科学技术大学机电厂；Mastersizer2000激光粒度仪：英国马尔文仪器公司。

1.2 方法

1.2.1 油/水乳化液的制备

本研究采用两步制备乳化液。在一定pH下，将一定量乳化剂溶于0.01mol/L磷酸盐缓冲液中，置于冰浴中，称量的藻油用高速剪切乳化机粗乳化，转速为10 000 r/min，藻油是连续滴加到溶液中，时间为3min制得粗乳化液。然在经过高压均质机均质均质若干次，得到的乳化液用于稳定性测试。

1.2.2 粒度分布测定

取适量的乳化液置于激光粒度仪容器内，采用蒸馏水作为分散剂，用超声波对粉体进行分散，测定粉体的粒径及其粒径分布。Mastersizer2000 E型激光粒度仪转速为2 400 r/min，超声分散时间14 s。d（0，1）、d（0，5）、d（0，9）：分别表示在粒径累积分布曲线上，10%、50%、90%颗粒的直径小于或等于此值。d（0，5）又称为颗粒的平均粒径。D[4，3]：原料体积或质量力矩平均值。

1.2.3 乳化液稳定性的测定

为了测定乳化液的稳定性，采用乳脂指数法进行评价。将20 g乳化液置于内径15mm，高150mm的试管中，管口加盖后用塑料膜密封。置于预定的环境中，定期取出测定下层液柱高度（HS）和总乳化液柱高度（HE）。乳脂指数按下式计算[8]。

结果为3次重复实验的平均值。

1.2.4 均质条件对稳定性的影响

均质机主要是靠压力来对物料进行均质机，产生的力有剪切力、空穴效应、撞击力多种力产生的均质效果。从理论上说均质压力越大，循环次数越多，均质效果应该越好，但实际生产中根据实际需要制定合理均质压力和循环次数，产品的稳定性不只和均质条件有关，乳化液本身特性起到决定性作用。

表1为均质条件的实验设计。乳化液的组成：10%藻油；10%蔗糖酯；80%蒸馏水。

1.2.5 乳化液组成对稳定性的影响

1.2.5.1 乳化剂量的影响

在乳化剂的使用过程中，有一个重要的概念——临界胶束浓度（CMC），它是乳化剂的一个重要性能指标。临界胶束浓度，即乳化剂溶于水后，水的表面张力下降，并且表面张力随着乳化剂浓度增加而急剧下降后，就大体保持不变。这时的乳化剂浓度称为临界胶束浓度，表面活性剂具有润湿、渗透作用，这些作用主要靠界面吸附，因此只要其浓度稍高于CMC即可显示效果，而它们的乳化、分散、增溶、洗涤作用需要靠胶束的作用，因此在使用时，溶液中乳化剂的浓度必须超过CMC才能有明显效果。

表1 均质条件的实验设计Table1 Experimental design for the homogenization conditions test.

固定乳化液的藻油含量为10%，研究不同蔗糖酯含量对乳化稳定性的影响，将制成的乳化液室温放置24 h，测定乳脂指数。

1.2.5.2 油水比的影响

固定乳化剂量为10%，研究油水质量比分别为1∶14、1∶12、1∶10、1∶8、1∶6、1∶4和1∶2时制成的乳化液稳定性。将制成的乳化液室温放置24h，测定乳脂指数。

1.2.5.3 pH的影响

乳化剂量为10%，藻油10%，在不同pH的醋酸或磷脂盐缓冲溶液中制成乳化液，研究pH对乳化液稳定性的影响。将制成的乳化液室温放置24 h，测定乳脂指数。

1.2.6 环境对乳化液稳定性的影响

1.2.6.1 高温处理对稳定性的影响

乳化剂量为10%，藻油10%，pH7的蒸馏水中制成乳化液。将乳化液装入带盖的玻璃瓶中，在121℃高压灭菌锅中处理10min，整个处理过程包括升温、维持和降温约需2 h。处理后的乳化液稳定性通过测定处理前后的粒度分布和乳脂指数来判定。

1.2.6.2 乳化液的贮存稳定性

乳化剂量为10%，藻油10%，pH7的蒸馏水中制成乳化液。乳化液的贮存稳定性通过乳脂指数法判定。乳化液分别贮存在4℃和20℃静止避光的环境中。

2 结果与讨论

2.1 均质条件的实验结果

油/水乳化液制备过程中，均质条件对乳化液的稳定性有着重要的影响。一般来讲，油/水乳化液的粒度越小，分布越均匀，其稳定性越高。因此，通过测定乳化液的粒度及粒度分布可以初步判断乳化液的稳定性。

油/水乳化液的粒度由激光粒度散射仪测定，对于活塞式均质机，影响乳化液粒子大小的关键因素是压力和循环次数。因此，采用均质机制备乳化液时必须确定均质压力和循环数。对于本研究使用的均质机，均质压力一般从15 MPa到45 MPa，循环次数1至5次，乳化效果参见表2。

表2 均质压力和循环次数对乳化液平均粒径的影响Table2 Effect of operative pressure and cycle numbers on particle size of emulsions

从表2可以看出，随着均质压力的增加或循环次数增多，乳化液粒度都相应减小。但是粒度在35MPa 3个循环时达到高台，再提高压力或增加循环次数对粒度的减小效果不大。在35MPa均质压力下，粒度由一个循环时2.96μm降到3个循环时1.65μm，进一步提高压力或循环次数，几乎没有效果。因此，确定的均质条件为35MPa和3个循环，后续的乳化液制备没有特殊说明则均按此条件制备。

为了更直观理解均质条件与乳化液粒度的关系，将相同循环次数，不同均质压力对乳化液粒度影响的实验结果绘成图1。相同均质压力，不同循环次数对乳化液粒度的影响参见图2。

图1 不同均质压力乳化液粒度分布Fig.1 Particle size distribution of emulsions made by different homogenization pressures

均质压力并非越高越好。其中主要原因可能有两点[9-10]，均质压力太大，乳化粒子的颗粒太小，粒子的布朗运动速度快，颗粒碰撞次数多，颗粒易于缔合；同时脂肪球粒径变小，表面积增加，原先的膜材料数量不够包被新的表面，从而引起乳液中脂肪球的成簇或部分聚结，最终破坏脂肪球原有的合适分布状态。

图2 相同压力均质不同循环次数乳化液粒度分布Fig.2 Particle size distribution of emulsions made by different cycles at same pressure

2.2 乳化剂用量的影响

乳化剂用量对乳化稳定性的影响如图3所示。

图3 乳化剂量对稳定性的影响Fig.3 Effect of emulsifier dosage on the emulsion stability

由图3可知，在一定范围内，随着乳化剂用量的增加，乳状液的稳定效果越好。但乳化及量增加到1.2%后，其对稳定性的影响不明显。如果乳化剂用量太高，易导致乳化液体系的黏度过大，同时过多的乳化剂也会增加成本，故取乳化剂用量为10%较合适。

2.3 油水比的影响

乳化剂量一定时，油水比对稳定性的影响实验结果见图4。

图4 油水比实验结果Fig.4 Effect of oil to water ratio on the emulsion stability

由图4可知，随着油水比的逐渐减小，乳化稳定性呈现出减小的趋势，当油水比为超过1∶10时，乳化液稳定性较高。但是，如果油水比例过大，制成的乳化液中含油量降低，实际应用时必须提高添加量，所以最适油水比为1∶10（质量比，g∶g）。

2.4 pH的影响

pH对乳化液稳定性的影响实验结果见图5。

图5 pH与稳定性关系Fig.5 Effect of pH on the emulsion stability

由图5可知，当pH低于4.5时，乳化液稳定性显著降低，pH4.5至5之间，稳定性逐渐增强，pH＞5后趋于平稳，所以以蔗糖酯为乳化剂时，应当应用于pH大于5的环境中，才可以形成稳定的乳化液体系。

2.5 高温处理对稳定性的影响

由于高温处理是食品加工最常用的延长货架期的方法，因此，乳化液在高温处理时保持不破乳才能在食品加工中有更广泛的应用。乳化液加热处理前后的粒度分布如图6所示。

图6 热处理前后乳化液粒度分布Fig.6 Particle size distribution of emulsions by different temperature treatment

新制备的乳化液乳脂指数为80.4%，加热处理后变为76.6%。高温处理后乳化液稳定性略有下降。由图6也可以看出，热处理后，粒度分布范围变大。

2.6 乳化液的贮存稳定性

图7表示乳化液保存在4℃和20℃时的稳定性。

图7 不同保存稳定对乳化液稳定性的影响Fig.7 Time dependence of creaming index of emulsions stored at different temperature

保存在4℃时比保存在20℃时稳定性高。这可能是在低温下油滴的运动速度变慢而使其聚集的可能性减小。因此，在生产应用时，制成的乳化液尽可能保藏在温度较低的环境，制备的产品放置在低温下货架期也会延长。

3 结论

以蔗糖酯为乳化剂，对藻油进行乳化时，均质压力低时，乳化液粒度分布不均，稳定性差。均质压力并非越高越好，过高的压力降使动力消耗增大，提高生产成本，并且对提高乳化液稳定性效果不明显。因此，确定的均质条件为35MPa和3个循环能够制备较稳定乳化液。

pH对蔗糖酯乳化液稳定性影响较大。pH低于4.5时，乳化体系不稳定。不建议在酸性较强的食品饮料中使用此种乳化剂。

高温处理对乳化液体系有一定的破坏作用，但并未完全破坏乳化液体系，因此，制备的乳化液添加到其他食品中可以经过高温处理工艺。

利用蔗糖酯包埋藻油，添加到鲜牛乳等食品中，能否起到氧化稳定性作用，将在后续的实验中验证。

[1]吴克刚,柴向华.DHA对大脑及视力的保健作用[J].食品研究与开发,2000,21(2):41-42

[2]蒋汉明,张凤珍,翟静,等.ω-3多不饱和脂肪酸与人类健康[J].预防医学论坛,2005,11(l):65-67

[3]Kinsella JE.Food components with potential therapeutic benefits: the n-3 polyunsaturated fatty acids of fish oils[J].Food technology, 1986,40(2):89-97

[4]卢定强,陈钧.二十二碳六烯酸和脑的健康[J].江苏理工大学学报,1996,17(5):10-15

[5]Kris-Etherton PM,Harris W S,Appel L J.Fish consumption,fish oil,omega-3 fatty acids,and cardiovascular disease[J].Circulation, 2002,106(27):47-57

[6]张娟梅,柯崇榕,江贤章,等.DHA的生理功能及其生物来源[J].中华现代医学与临床,2007,6(2):34-38

[7]Kolanowski W,Swiderski F,Berger S.Possibilities of fish oil application for food products enrichment with omega-3 PUFA[J].International journal of food science and nutrition,1999,50(1):39-49

[8]Klinkesorn U,Sophanodora P,Chinachoti P,et al.Stability and rheology of corn oil-in-water emulsions containing maltodextrin[J]. Food research international,2004,37(9):851-859

[9]Betoret E,Betoret N,Carbonell JV,et al.Effects of pressure homogenization on particle size and the functional properties of citrus juices[J].Journal of food engineering,2009,92(1):18-23

[10]Bock T K,Lucks JS,Kleinebudde P,et al.High Pressure Homogenisation of Parenteral fat emulsions-influence of Process Parameters on Emulsion Quality[J].Eur J Pharm Biopharm,1994,40(3): 157-160

An Experimental Study of Preparation and Stability of Algae Oil-water Emulsion

GUI Shi-lin1，XING Hui-min1，LI Lin2，HE Sheng-hua2，SHENG qing-hai1，MA Ying2，*
（1.R&D System Inner Mongolia Mengniu Dairy Industry（Group）CO.，LTD.，Hohhot011500，Inner Mongolia，China；2.School of Food Science and Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，Heilongjiang，China）

The preparation of stable algae oil-in-water emulsion is critical for the success of enrichment docosahexaenoic acid（DHA）in milk.The present study was undertaken to experimentally investigate the effects of different process variables on emulsion stability.The emulsion was prepared using high pressure homogenizer with sugar ester as emulsifier.The variables studied include emulsifier dosage，ratio of oil to water，and pH as well as homogenization conditions.The results showed that the optimum process conditions are：pH＞5；emulsifier dosage，5%；oil to water ratio，1∶10（ratio fo weight，g∶g）；homogenization pressure 35 MPa，three cycles.

emulsion；emulsifiers；emulsion stability；sugar ester；algae oil

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.03.014

2012-10-09

桂仕林（1981—）,男（汉），工程师，研究生，研究方向:乳产品加工。

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