DHA藻油乳状液制备及稳定度研究

吕平

（天津职业大学生物与环境工程学院，天津300402）

DHA藻油乳状液制备及稳定度研究

吕平

（天津职业大学生物与环境工程学院，天津300402）

二十二碳六烯酸（Docose Hexaenoie Acid，DHA）具有提高记忆与思维能力、改善视力等生理作用，但其不饱和度高，易腐败，稳定度差，目前多数采用喷雾干燥将其微胶囊化。但要获得高质量DHA藻油微胶囊，需要首先制备高稳定度、高包埋率的DHA乳状液。为此，需要优化高稳定度DHA藻油乳状液的制备条件，试验结果表明，最佳复合壁材为大豆分离蛋白加麦芽糊精；最佳乳化剂为蔗糖脂肪酸酯加单硬脂酸甘油酯（质量配比为7∶3），最佳乳化剂添加量为2.0%，最佳剪切乳化时间为7 min，最佳乳化温度为85℃。在此条件下乳化液稳定度保持在95.6%以上。

二十二碳六烯酸（DocoseHexaenoie Acid，DHA）；藻油；制备；稳定度

二十二碳六烯酸（Docose Hexaenoie Acid，DHA）作为一种人体必需的微量脂肪酸，具有提高记忆与思维能力、增强智力、改善视力和预防近视等显著的作用。近三十年来，国内外许多学者的研究结果都表明，DHA对胎儿、婴幼儿的生长十分关键，尤其是可以显著地促进胎儿、婴幼儿的智力和视力发育，因此在婴幼儿配方食品中添加DHA已经被大家普遍接受和认可[1-2]。目前包括中国在内的许多国家，都将DHA列为法定的营养强化剂，并配套制定了相应的生产和使用标准。但在DHA生产应用中也遇到了一些问题，其中最主要的是由于DHA不饱和度高，很容易腐败，稳定度差，而且加工后的相关产品带有腥味。为此，部分生产企业开始采用喷雾干燥方法将DHA微胶囊化，使得生产出的DHA微胶囊有效地克服了DHA易腐败的问题，提高了稳定度[3-4]，而且在工艺上还可以使微胶囊中DHA含量可以根据需要随时调整、实现较好的流动性。但要通过喷雾干燥生产出高质量的DHA微胶囊，就必须首先要制备出高稳定度、高包埋率的DHA乳状液。为此，本文将以DHA藻油为原料，在实验型喷雾干燥机上研究DHA藻油乳状液的最佳制备工艺。

1 材料和方法

1.1 材料及试剂

DHA藻油：天津伊利乳业有限责任公司；大豆分离蛋白：安阳市奇天生物技术有限公司；麦芽糊精：天津市宏顺成化工科技发展有限公司；木薯预糊化变性淀粉、明胶：河北百优生物科技有限公司；黄原胶：山东阜丰发酵有限公司；蔗糖脂肪酸酯（HLB=13）：石家庄宁诺商贸有限公司；单硬脂酸甘油酯（HLB=3.8）：山东瑞捷化学有限公司；辛烯基琥珀酸酯化淀粉：广州艾辉生物科技有限公司。

1.2 设备与仪器

电子分析天平（0.000 1）：上海京孚仪器有限公司；高压均质机：常州地利人和均质机有限公司；高速剪切乳化分散机：温州强忠机械科技有限公司；电热恒温数显水浴锅、电热鼓风干燥箱、恒温磁力搅拌器、自动双重纯水蒸馏器：江苏盛蓝仪器制造有限公司；ARG2型流变仪：美国TA仪器公司。

1.3 方法

参考壁材理化特性、前期试验的包埋率及乳化液制备过程中反映的性能综合考虑选择壁材。根据乳化剂HLB值、水包油型乳化液制备要求及乳化系体稳定度选取乳化剂[5]。试验中分别将DHA藻油、乳化剂和壁材按配方中的量依次加入到去离子水中，在高速剪切乳化分散机中进行乳化混合。通过对制备的乳化液稳定度分析来确定单因素条件下的最佳乳化剂添加量，最佳剪切乳化时间和最佳乳化温度，然后通过正交试验来进一步优化乳化液制备条件，并测定其稳定度。

1.4 检测方法[6]

1.4.1 乳化剂水油平衡值测定

当乳化剂由几种乳化成分混合而成时，乳化剂水油平衡值，按下式计算：

Wr=（DA×Pa+DB×Pb）/（DB+DA）式中：DA，DB为乳化剂A，B的质量分数；Wr为乳化剂的综合水油平衡值；Pa，Pb为乳化剂A，B的亲油亲水值。

1.4.2 乳化剂的乳化能力测定

取5 g乳化剂于100 mL的水中，混入100 mL的油，在乳化分散机中以3 000 r/min的速度均质2 min，然后离心（5 000 r/min）10 min，按下式计算乳化能力。

乳化能力/%=乳化层高度/液体的总高度×100

1.4.3 乳化液稳定度测定

取制备完成的乳化液100 mL加入到100 mL的具塞量筒中，放入70℃的恒温水浴锅中加热6 h，读取乳化层高度，按下式计算乳化液的稳定度。

乳化液稳定度/%＝乳化液层高度/液体总高度×100

1.4.4 油含量的测定

称量4 g～5 g（W）待测品于250 mL的三角瓶中，加入60 mL石油醚并轻轻摇晃1 min，利用G3砂芯漏斗进行抽滤，然后取30 mL的石油醚洗涤滤渣并抽滤，将抽滤液倒入恒重烧瓶（重量W1）中，旋转蒸掉石油醚后，在80℃烘箱终至恒重（W2），含油率按下式计算。

1.4.5 包埋率的测定

通过抗氧化剂添加到DHA藻油后，DHA藻油稳定度提高很多，抗氧化性加强，同时在喷雾干燥过程中又基本不存在量的损伤，因此喷雾得DHA藻油微胶囊的包埋率可以按下式计算。

2 结果与分析

2.1 壁材的选择

在微胶囊制备中壁材的选择始终是个非常重要的问题，因为它对微胶囊的包埋和芯材的释放都具有决定性意义。本试验中选择变性淀粉+黄原胶、大豆分离蛋白+β－环糊精和大豆分离蛋白+麦芽糊精作为复合壁材进行DHA藻油微胶囊包埋。结果见表1。

表1 不同壁材对DHA藻油微胶囊包埋率及干燥状态的影响Fig.1 Effects of different wall materials on embedding rate and emulsion stability of DHA algal oil microcapsule

从表1中可以看出，大豆分离蛋白+β－环糊精作为复合壁材时，DHA藻油微胶囊包埋率为77.1%，微胶囊细腻、干燥，但有粘壁现象，而且收率较低；变性淀粉+黄原胶作为复合壁材时，DHA藻油微胶囊包埋率为62.5%，微胶囊颗粒较大，易吸潮，有严重的粘壁现象。大豆分离蛋白+麦芽糊精作为复合壁材时，DHA藻油微胶囊包埋率最高，可达83.2%，微胶囊细腻、干燥，只有轻微的粘壁现象。因此，最佳的复合壁材为大豆分离蛋白+麦芽糊精。这可能是因为麦芽糊精的水溶性高，其水溶液黏度低，易于成膜，并转化为玻璃体，而大豆分离蛋白中的蛋白质富含大量两性基团（亲水和疏水基团），乳化性和成膜性好。在乳化时，大豆分离蛋白和麦芽糊精在性能方面实现了很好地互补。

2.2 乳化剂的选择

水油平衡值不仅是乳化剂的性能参数，也是乳化剂选用的重要依据。本试验以乳化能力为依据来选择蔗糖脂肪酸酯和单硬脂酸甘油酯的最佳配比。试验结果见表2。

表2 不同配比乳化剂对应的HLB值和乳化能力Fig.2 The HLB value and emulsifying ability of different emulsifiers

从表2中可以看出，当蔗糖脂肪酸酯与单硬脂酸甘油酯质量比是7∶3时，对应的水油平衡值为12.86，乳化能力达到最高值为84.3%，说明此配比的复合乳化剂对于DHA藻油在水中形成O/W型乳化液的乳化能力最强。

2.3 乳化剂添加量对乳化液稳定度和微胶囊包埋率影响

在确定了最佳乳化剂配比后，还要研究乳化剂的添加量对乳化液稳定度和微胶囊包埋率的影响，试验结果见表3。

表3 乳化剂添加量对乳化液稳定度和微胶囊包埋率的影响Fig.3 Effects of different emulsifier content on embedding rate and emulsion stability of DHA algal oil microcapsule

由表3可以看出，乳化液稳定度和DHA藻油微胶囊包埋率随着乳化剂的添加量的增加而增加。当乳化剂的添加量超过3.0%后，乳化液的稳定度和DHA藻油微胶囊的包埋率基本稳定。因此，从成本角度考虑，乳化剂最佳添加量是3.0%，此时的乳化液稳定度为91.5%，DHA藻油微胶囊包埋率为76.2%。

2.4 剪切乳化时间对乳化液稳定度影响

在乳化过程中剪切乳化时间对于乳化液的稳定度和DHA藻油微胶囊包埋同样有着重要的意义，以两相充分混合且不破坏，形成稳定分散体系的核心因素。本试验研究不同剪切乳化时间对乳化液稳定度和DHA藻油微胶囊包埋率的影响，试验结果见表4。

表4 剪切乳化时间对乳化液稳定性和微胶囊包埋率的影响Fig.4 Effects of different emulsification time on embedding rate and emulsion stability of DHA algal oil microcapsule

从表4可以看出，随着剪切乳化时间的延长，乳化液的稳定度和DHA藻油微胶囊包埋率均表现出先增加后降低的单峰曲线。当剪切乳化时间为7 min时，乳化液滴大小已基本均一稳定，乳化液稳定度达95.2%，DHA藻油微胶囊包埋率达80.6%。因此，在本试验中最佳的高速剪切乳化时间为7 min。

2.5 乳化温度对乳化液稳定度影响

一般说来，乳化温度对于DHA藻油乳化液的稳定度和包埋率也有着重要的影响。本试验研究了不同乳化温度对乳化液稳定度和DHA藻油微胶囊包埋率的影响，结果见表5。

表5 乳化温度对乳化液稳定度和微胶囊包埋率的影响Fig.5 Effects of different emulsification temperature on embedding rate and emulsion stability of DHA algal oil microcapsule

从表5中可以看出，包埋率与乳化液稳定度变化规律基本一致。在55℃～95℃内，乳化液稳定度和包埋率都随着乳化温度提高先增加后降低。

温度的升高，促进乳化液蛋白分子两性基团充分展开，表面张力下降从而提高了乳化液的稳定度；如果温度继续升高会加剧乳化液蛋白分子的布朗运动，提高碰撞几率，进而出现大范围聚集，破坏体系的稳定度。因此，单因素实验表明乳化温度为75℃时，乳化液的稳定度和包埋率最佳。

2.6 正交试验

在表1至表5试验基础上，选择对乳化液稳定度和包埋率都有着显著影响的3个因素（乳化剂添加量、剪切乳化时间和乳化温度）以乳化液稳定度为指标设计了正交试验。因素水平和试验结果见表6，方差分析结果见表7。

表6 因素水平和试验结果Fig.6 Factor level and test result

表7 正交方差分析表（P=0.05）Fig.7 Orthogonal analysis of varianc

表6表明，乳化温度对乳化液稳定度的影响最为显著，剪切乳化时间影响次之，乳化剂添加量影响最小。获得乳化液稳定度最高工艺条件是：A1B2C3，即最佳乳化剂添加量为2.0%，最佳剪切乳化时间为7 min，最佳乳化温度为85℃。

从表7中可以看出，方差分析结果与直观分析结果相同。但其F值都没有达到显著水平，说明乳化剂添加量、剪切乳化时间、乳化温度对乳化液稳定度都有一定的作用，而且他们之间有着比较明显的互助作用。

正交试验得出的乳化液稳定度最佳工艺条件并未出现在正交试验列表中，需要进行验证，验证结果见表8。

表8 最佳工艺条件验证Fig.8 Verification of optimized process conditions

表8表明，以最佳乳化液稳定度最佳工艺条件进行5次验证试验，乳化液的稳定度全部维持在95.6%以上，确实高于其他条件下制备的乳化液稳定度。

3 小结

1）单因素试验表明，最佳的复合壁材为大豆分离蛋白+麦芽糊精；蔗糖脂肪酸酯与单硬脂酸甘油酯比是7∶3时为最佳乳化剂配比，此时的水油平衡值为12.86，乳化能力为84.3%。乳化剂的最佳添加量是3.0%；最佳高速剪切乳化时间为7 min，最佳乳化温度为75℃。

2）正交试验获得乳化液稳定度最高工艺条件是：乳化剂添加量为2.0%，剪切乳化时间为7 min，乳化温度为85℃，此时乳化液稳定度保持在95.6%以上。

[1]刘玉军.鱼油二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸的生物效应与作用机理[J].生理科学进展,1997,18(3):230-235

[2]马军.DHA对发育期小鼠学习记忆的影响[J].中国公共卫生,1999, 12(11):506-507

[3]陈卫栋,宋载儿.喷雾千燥技术在微胶囊化食品中的应用[J].中国油脂,2002,27(5):59-85

[4]谢岩黎,王芳,王珂,等.微胶囊壁材乳状液稳定度研究[J].河南工业大学(自然科学版),2013(1):82-85

[5]朱卫红,许时婴,江波.微胶囊化薄荷油的制备及其热稳定度研究[J].食品与机械,2006,22(5):32-39

[6]黄英雄,孙红朋,华聘聘,等.微胶囊化粉末油脂制品表面油测定方法的研究[J].中国油脂,2002,27(4):61-63

Study on Preparation and Stability of DHA Algal Oil Emulsion

LÜ PING
（Department of Biological and Environmental Engineering，Tianjin Professional College，Tianjin 300402，China）

Docose Hexaenoie Acid（DHA）can improve ability of memory and thinking.But it was highly unsaturated，easy to corrupt and poor stability，so microencapsulation was the best way to preserve DHA by spray drying，at present.It was necessary to prepare DHA emulsion with high stability and high embedding rate，in order to obtain high quality microcapsules of algal oil DHA.The related experiments was carried out.The results showed that the optimized process conditions were soy protein isolate and maltodextrin as the composite wall material，sucrose fatty acid ester and monostearate glycerol（quality ratio of 7∶3）as emulsifier，emulsifier content 2%，emulsification time 7 minutes，emulsification temperature 85℃.Under this condition，the emulsion stability of DHA microcapsule was kept above 95.6%.

Docose Hexaenoie Acid；algal oil；preparation；stability

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.10.019

2017-03-01

天津市科技特派员项目（16JCTPJC47900）

吕平（1975—），男（汉），副教授，博士后，从事制药工程方面的研究工作。