冷榨芝麻油微胶囊乳状液乳化条件及乳化体系研究

侯利霞，王颖颖，王晓霞

（河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001）

0 前言

油料冷榨工艺的发展为各种冷榨油的研究、生产提供了条件.冷榨芝麻油色泽较浅、风味清香，含有丰富的营养物质，适合人们对绿色健康食品的要求，但其抗氧化能力较弱，微胶囊化可以增加其氧化稳定性.微胶囊乳状液的稳定性对微胶囊产品的质量有着非常重要的影响，制备稳定性较高的乳状液是成功制作微胶囊产品的第一步.时浩[1]以微胶囊乳状液为研究对象，对食品体系水包油乳状液的稳定性进行了研究，内容包括乳状液制备和评价方法以及各组分、环境因素对其稳定性的影响.另外，还可采用加压均质的方法来提高乳状液的稳定性[2].杨承鸿等[3]对单甘酯应用于植脂末中进行了研究，选择了3 种单甘酯分别和硬脂酰乳酸钠进行复配研究乳状液的稳定性，分别得出了不同的乳化剂配方.谭峰等[4]用双目生物显微镜对轧制的乳状液进行观察和分析，结果发现乳状液油滴粒径随乳化剂用量的增加而减小，相应地稳定性随之提高.对冷榨芝麻油微胶囊乳状液的乳化条件和乳状液性质进行研究，迄今为止尚未见国内外相关报道，此研究旨在为微胶囊化油脂的研究提供参考和依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

冷榨芝麻油：实验室冷榨机制备；大豆分离蛋白（SPI）、阿拉伯胶（GA）、β-环糊精（β-CD）、蔗糖酯S-15、单甘酯、酪朊酸钠、黄原胶，均为食品级.

1.2 主要仪器

高速乳化剪切均质机：上海弗鲁克流体机械制造有限公司；TA-DHR-1 型流变仪：美国TA 公司；BT-9300 H 型激光粒度分布仪：丹东市百特仪器有限公司；YYS-70 型生物显微镜：上海仪圆光学仪器厂.

1.3 试验方法

1.3.1 乳状液制备

壁材按具体比例复配后加入水溶性乳化剂蔗糖酯，用蒸馏水充分溶解.油中加入油溶性乳化剂单甘酯，水浴溶解.将油相在搅拌下缓缓加入壁材溶液中，70 ℃水浴处理15 min，用高速乳化剪切均质机在10 000 r/min 条件下均质处理4 min，制备好乳状液，待用.

1.3.2 乳状液稳定性测定

乳状液的乳化稳定性用乳化稳定指数（ESI）和稳定指数表示，值越大表明其稳定性越好.乳化稳定指数（ESI）参照谢岩黎等[5]的方法并稍加修改.壁材0.05 g 溶于50 mL 磷酸缓冲液（pH 7.0）中，加入17 mL 油(约1/3)，10 000 r/min 连续搅拌1 min，然后分别在0 min 和10 min 后取1 mL 溶液用0.1%SDS 溶液稀释50 倍，以0.1%SDS 溶液为空白，用可见分光光度计在500 nm 处测定吸光度.

式中：A0为0 时刻时的吸光值；ΔT 为时间差，min；ΔA 为ΔT 时间内的吸光值差.

稳定指数参照Tonon R.V 等[6]的方法并有所改动，将制备好的乳状液稀释至1/5 置于100 mL具塞量筒中，室温下放置24 h 后观察分层情况，记录分层体积.

式中：H0为乳状液总高度；H1为上清液高度.

1.3.3 乳化条件正交试验

以乳状液的稳定指数为考察指标，分别测定乳状液的稳定性.研究乳化温度（在剪切时间4 min、乳化剂复配比例为2∶1 条件下，设定乳化温度为50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃）、剪切时间（在乳化温度70 ℃、乳化剂复配比例为2∶1 条件下，设定剪切时间为0 min、2 min、4 min、6 min、8 min）和乳化剂复配比例（在乳化温度70 ℃、剪切时间4 min 条件下，设定蔗糖酯∶单甘酯复配比例为1∶1、2∶1、3 ∶1）对其的影响.在单因素试验基础上，采用L9（34）正交表进行正交试验.

1.3.4 乳状液黏度测定与乳状液粒径测定

采用TA-DHR-1 型流变仪进行测定.吸取适量制备好的乳状液滴在不锈钢圆盘上，剪切速率为0～300 s-1，室温下测定黏度曲线.采用BT-9300H 型激光粒子散射仪测定乳状液的粒径.

1.3.5 乳状液显微镜观察

取刚制备好的乳状液置于载玻片上，盖上盖玻片，用显微镜观察乳状液，并拍下显微照片.

2 结果与讨论

2.1 不同壁材、不同乳化剂对乳化稳定指数的影响

研究乳化剂蔗糖酯、单甘酯以及酪朊酸钠对单一壁材大豆分离蛋白（SPI)、阿拉伯胶(GA)、β-环糊精(β-CD）乳状液稳定性的影响，乳化剂分别以0.2%加入到配置好的乳状液中，测定乳状液的乳化稳定指数，结果见图1.

图1 不同乳化剂对乳化稳定指数的影响Fig.1 The influence of different emulsifiers on emulsion stability index

由图1 可知，3 种壁材乳状液的乳化稳定指数在加入蔗糖酯和单甘酯后都有所降低，而在加入酪朊酸钠后明显升高，且大豆分离蛋白乳状液升高得最多.这可能是因为蔗糖酯和单甘酯的加入使得乳状液液滴粒径增大，液滴的粒径越大，越容易出现分层、絮凝、聚结等现象，乳状液就越不稳定，而酪朊酸钠具有很好的成膜性，在制备乳状液时既是乳化剂又可充当壁材，其中的酪蛋白具有很好的双亲作用，可分别与水和脂肪类物质相吸引[7]，因而可提高乳状液稳定性.

将大豆分离蛋白与阿拉伯胶、大豆分离蛋白与β-环糊精复配，分别加入不同乳化剂测定乳状液的乳化稳定指数，结果如图2 所示.

图2 两种壁材（大豆分离蛋白与阿拉伯胶、大豆分离蛋白与β-环糊精）复配的乳化稳定指数Fig.2 Effect of wall materials (soybean protein isolated and Arabic gum，soybean protein isolated and β-cyclodextrins) on emulsion stability index

由图2 可以看出，在加入蔗糖酯、单甘酯和酪朊酸钠后对复合乳状液的稳定性有明显提高.这主要是酪朊酸钠对复合乳状液的稳定作用所致.黄原胶可增强大豆分离蛋白与β-环糊精复合乳状液的稳定性，这可能是由于黄原胶与β-环糊精相互作用，对乳状液的结构有所改变.

因此，选择大豆分离蛋白和β-环糊精作为壁材，蔗糖酯、单甘酯和酪朊酸钠作为乳化剂复配制备微胶囊乳状液.

2.2 乳化条件单因素试验

2.2.1 乳化温度对乳状液稳定性的影响

乳化温度对乳状液稳定性的影响见图3.

图3 乳化温度对乳状液稳定性的影响Fig.3 The influence of the emulsifying temperature on the stability of the emulsion

由图3 可知，乳化温度小于70 ℃时，乳状液稳定性随温度升高而增加，大于70 ℃以后，乳状液稳定性随温度升高而降低，因此本试验的乳化温度选用70 ℃较为适宜.

2.2.2 剪切时间对乳状液稳定性的影响

剪切时间对乳状液稳定性的影响如图4 所示.

图4 剪切时间对乳状液稳定性的影响Fig.4 The influence of the shear time on the stability of the emulsion

由图4 可以看出，剪切时间小于4 min 时，乳状液稳定性随剪切时间延长而升高，在4～6 min 之间保持稳定，大于6 min 以后随剪切时间延长反而下降.小于4 min 时，因剪切作用不足乳状液未能完全乳化均匀，4～6 min 是一个平稳期，大于6 min以后，剪切作用过大而破坏了乳状液原有的稳定体系，从而导致乳状液稳定性降低，同时考虑到能源节约，因此选择的剪切时间为4 min.

2.2.3 乳化剂复配比例（蔗糖酯∶单甘酯）对乳状液稳定性的影响

不同配比乳化剂对应的HLB 值（亲水亲油平衡值）见表1.

表1 不同配比乳化剂对应的HLB 值Table 1 The corresponding HLB value of different ratio emulsifiers

乳化剂复配比例对乳状液稳定性的影响见图5.

图5 乳化剂复配比例对乳状液稳定性的影响Fig.5 The influence of the ratio of emulsifiers on the stability of the emulsion

选用蔗糖酯和单甘酯作为复合乳化剂时，调整好其比例十分重要，蔗糖酯属亲水性而单甘酯属亲油性，本试验制备的乳状液属水包油型，因而亲水性乳化剂用量要多于亲油性乳化剂，但过多也不利于乳状液的形成，从图5 可以看出，乳化剂复配比例为2∶1（即蔗糖酯∶单甘酯为2∶1）时乳状液稳定性最好.因而选择合适的乳化剂复配比例为2∶1.

2.3 乳化条件正交试验结果

在单因素试验基础上，考察乳化温度、剪切时间、乳化剂复配比例3 个因素对乳状液稳定性的综合影响，进行正交试验，因素与水平见表2，正交试验结果见表3.

比较表3中极差值大小可知，各因素对乳状液稳定指数的影响顺序为A＞C＞B，即乳化温度＞乳化剂复配比例＞剪切时间.由均值可知，优化的乳化条件为A2B2C2，即乳化温度70 ℃，剪切时间4 min，乳化剂复配比例为2∶1.在最优条件下进行3次验证试验，制备的乳状液稳定指数均值可达98.2%.

表2 因素与水平Table 2 The factors and levels

表3 正交试验结果Table 3 The orthogonal experiment results

2.4 总固形物含量对乳状液黏度的影响（图6）

图6 总固形物含量对乳状液黏度的影响Fig.6 The influence of total solids content on the viscosity of emulsion

由图6 可知，乳状液黏度随固形物含量增加而增大，不同固形物含量的乳状液在刚开始时都有一个剪切变稀的过程，随着剪切速率增加，其黏度也趋向稳定.黏度过小则乳状液较稀，不利于包埋，但黏度过高会使后续的喷雾干燥过程粘壁现象较为严重.赵斌等[8]在对磷脂微胶囊乳状液的稳定性进行研究时发现，乳状液中干物质含量越高乳状液稳定性就越好，但浓度过大时反而会使稳定性减弱.参照相关资料[9]可知，乳状液黏度一般在0.01～0.05 Pa·s 时较为适宜，因此，在设定乳状液总固形物含量时选择在17%～22%比较合适.

2.5 乳状液粒径分析（图7）

由图7 可以看出，冷榨芝麻油微胶囊乳状液的粒径大多分布在1～10 μm 的区间内，占81.93%，其中在1～3 μm 区间的约占36.6%，在3～7 μm 区间的约占33.8%，在7～10 μm 区间的约占11.53%，体积平均粒径6.2 μm.总体来说，冷榨芝麻油微胶囊乳状液颗粒大小分布比较均匀，较为集中.

图7 冷榨芝麻油微胶囊乳状液粒径分布Fig.7 The particle size distribution of Cold-pressed sesame oil microcapsule emulsion

2.6 乳状液显微镜观察

在最优试验条件下（乳化温度70 ℃，剪切时间4 min，乳化剂复配比例为2∶1，总固形物含量19%）制备微胶囊乳状液，其放大640 倍的显微镜照片见图8.由图8 可以看出，有个别冷榨芝麻油微胶囊乳状液液滴较大，但整体比较均匀、液滴大小相近，说明乳化情况较好.

3 结论

通过单因素和正交试验，得出冷榨芝麻油微胶囊乳状液最佳的乳化条件为：乳化温度70 ℃，剪切时间4 min，乳化剂复配比例为2∶1，此条件下制备的乳化稳定指数可达98.2%.

图8 乳状液显微观察图片（放大640 倍）Fig.8 The picture of emulsion under microscopic observation(Magnified 640 times)

采用TA-DHR-1 型流变仪研究乳状液黏度的结果表明，乳状液黏度在刚开始时有一个剪切变稀的过程，随着剪切速率增加，其黏度也趋向稳定.乳状液总固形物含量为20%左右时乳化效果较好.乳状液粒径大多分布在1～10 μm 的区间内，比例占81.93%，这说明乳状液粒径大小相近，分布较为集中.

［1］时浩.食品油脂O/W 乳状液稳定性的研究［D］.南昌：南昌大学，2010.

［2］毛立科，许洪高，高彦祥.高压均质技术与食品乳状液［J］.食品与机械，2007，23（5）:146-149.

［3］杨承鸿，黄敏，杨菁.单甘酯在植脂末中的应用［J］.广东工业大学学报，2012，29(1):74-77.

［4］谭峰，邓业浩，王凤，等.用光学显微镜对轧制乳状液的观察与分析［J］.科技创新导报，2011，19(7):130-132.

［5］谢岩黎，王芬，王柯，等.微胶囊壁材乳状液稳定性的研究［J］.河南工业大学学报：自然科学版，2013，34(1):82-86.

［6］Tonon R V，Grosso C R F，Hubinger M D.Influence of emulsion composition and inlet air temperature on the microencapsulation of flaxseed oil by spray drying［J］.Food Research International，2011，44(1):282-289.

［7］Laohasongkram K，Mahamaktudsanee T，Chaiwanichsiri S.Microencapsulation of Macadamia oil by spray drying［J］.Procedia Food Science，2011（1）:1660-1665.

［8］赵斌，张根旺，杨天奎，等.磷脂微胶囊化乳状液稳定性的研究［J］.中国粮油学报，2008，23（6）:120-126.

［9］王赛赛，陶宁萍.大蒜精油微胶囊包埋工艺研究［J］.食品工业科技，2011（4）:228-235.