高压微射流制备生姜精油纳米乳化酱油的工艺研究

张培旗，王世豪，纵伟

(郑州轻工业大学 食品与生物工程学院，郑州 450002)

酱油是人们日常生活中不可缺少的调味品，酱油除了用于烹调菜肴外，还经常和其他调味料一起用于制备调味汁[1,2]；生姜精油香气温辛，甜而浓厚，又具有一定的生理活性功能[3,4]，常被用于和酱油等配制调味汁，但由于生姜精油和酱油互不相溶，因此，生姜精油酱油一般是现调现用，为方便消费者，开发即食的生姜精油酱油具有较好的市场前景。纳米乳液是一种液相以液滴形式分散于第二相的胶体分散体系，具有抗沉降和乳析的动力学稳定特性[5,6]，将生姜精油制备为纳米乳液，可以提高生姜精油和酱油之间的水溶解性、稳定性；高压微射流技术是近年来发展起来的一种新型食品加工技术[7]。在高压微射流技术处理过程中，乳液在高压(100～1000 MPa)下通过碰撞、剪切等作用力 ，可实现超微化、微乳化和均一化效果。因此，其在纳米乳液的制备上得到应用[8]，但用生姜精油和酱油制备纳米乳液，目前还少见报道。因此，本文以生姜精油为主要原料，对超高压微射流制备生姜精油纳米乳化酱油的生产工艺进行优化，通过正交试验探讨生姜精油用量、大豆卵磷脂用量、超高压微射流压力、处理温度对乳化酱油稳定性的影响，为制备生姜精油纳米乳化酱油提高了理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

生姜精油：郑州雪麦龙食品香料有限公司；大豆卵磷脂：上海国药集团；酱油：加加食品集团股份有限公司。

Bench-top高压纳米均质机 英国SFP公司；GJB500-60型普通高压均质机 常州市均质机械有限公司；HC-3618R高速冷冻离心机 安徽中科中佳科学仪器有限公司；ES35B磁力搅拌器 北京莱伯泰科仪器股份有限公司；纳米粒度和Zeta电位及分子量分析仪 英国Malern仪器公司。

1.2 试验方法

1.2.1 纳米乳液制备

选用生姜精油为油相，大豆卵磷脂为乳化剂，按一定比例将生姜精油和大豆卵磷脂用磁力搅拌器在1000 r/min 下混合均匀，然后加入一定量的酱油，再以2000 r/min混合2 min，得到粗乳液。将粗乳液采用普通高压均质机、高压纳米均质机进行均质，得到纳米乳液。

1.2.2 生姜精油纳米乳液离心稳定性测定

取30 mL的生姜精油纳米乳液加入到50 mL离心管中，加盖密封，室温10000 r/min离心20 min，观察相分离情况。

1.2.3 生姜精油纳米乳液的粒径分析

（3）该井在投产初期出砂量较多，混合液最高含砂量达到2%，折合地层产液含砂量为26.4%，随着油井生产时间的延长含砂量逐渐减少。

将生姜精油纳米乳液预先用蒸馏水稀释10倍，然后利用激光粒度仪在90°散射角、25 ℃条件下采用激光纳米粒度仪测定粒径。

1.2.4 生姜精油纳米乳液稳定性研究

取10 mL生姜精油纳米乳液放入加盖试管中，用铝箔包裹后，放在25 ℃条件下储存28 d，每隔7 d测定一次粒径。

2 结果与分析

2.1 大豆卵磷脂用量对纳米乳液粒径的影响

以不同的大豆卵磷脂用量，添加8%的精油，在25 ℃、160 MPa条件下处理3次后，不同大豆卵磷脂用量对纳米乳液粒径的影响见图1。

图1 大豆卵磷脂用量对纳米乳液粒径的影响Fig.1 Effect of soybean lecithin dosage on particle size of nanoemulsion

在生姜精油纳米乳液制备过程中，需要添加表面活性剂，大豆卵磷脂是一种天然表面活性剂，通过添加大豆卵磷脂，可降低界面张力，减少纳米乳液形成所需要的弯曲能，调节表面活性剂的HLB值、界面张力，改变体系的密度、黏性等理化特性[9]。由图1可知，随着表面活性剂用量的增加，表面活性剂可包裹更多的油滴，减小油滴之间的相互聚集，但当表面活性剂用量达到一定浓度后，油滴已经基本被表面活性剂包裹，因此，粒径变化不大，差异不显著(P>0.05)。因此，选择大豆卵磷脂用量1%为适宜的用量。

2.2 均质压力对纳米乳液粒径的影响

添加8%的精油和1%的大豆卵磷脂，25 ℃、不同压力下处理3次后，不同均质压力对纳米乳液粒径的影响见图2。

图2 均质压力对纳米乳液粒径的影响Fig.2 Effect of homogenization pressure on particle size of nanoemulsion

由图2可知，随着均质压力的增加，粒径快速减小，但达到160 MPa后，粒径随压力的增加反而增加。这是由于压力的增加，颗粒将液滴破碎，但颗粒减小后，比表面积增加，表面活性剂对颗粒的覆盖减弱，当压力达到160 MPa后，表面活性剂不足以覆盖颗粒表面，导致表面颗粒之间的聚集作用增加，此外，过高的压力，使均质的机械能转化为热能，导致乳液温度升高，部分乳液因为温度升高导致相转变，影响乳液粒径[10]。因此，选择均质压力160 MPa为适宜的压力。

2.3 均质温度对纳米乳液粒径的影响

图3 均质温度对纳米乳液粒径的影响Fig.3 Effect of homogenization temperature on particle size of nanoemulsion

由图3可知，在50 ℃前，随着温度的增加，粒径降低；但达到50 ℃后，粒径变化不显著(P>0.05)。这是由于随着温度的增加，分子之间的运动速率增加，体系的粘度降低，有利于颗粒的破裂，但温度的增加导致分子之间的碰撞几率增加[11]，50 ℃后两种作用达到平衡。因此，选择均质温度50 ℃为适宜的温度。

2.4 处理次数对纳米乳液粒径的影响

添加1%的大豆卵磷脂，在25 ℃、160 MPa条件下处理不同次数，不同处理次数对纳米乳液粒径的影响见图4。

图4 处理次数对纳米乳液粒径的影响Fig.4 Effect of treatment times on particle size of nanoemulsion

由图4可知，处理次数增加时，乳液的平均粒度降低，但达到4次后，处理次数对粒径变化的影响不显著。处理次数少，并非所有的液滴都会受到同样强烈的均匀化能量，因此一部分粗乳液的尺寸没有实质性的减少，但超过4次后，由于有足够的乳化剂包裹在油滴的表面，液滴直径保持恒定，继续均质不能产生更小的液滴。因此，选择处理次数4次为适宜的次数。

2.5 高压微射流制备生姜精油纳米乳化酱油的工艺优化

在单因素试验基础上，选取大豆卵磷脂用量(A)、处理压力(B)、处理温度(C)、处理次数(D)4个因素，以粒径Y为指标，对乳液制备工艺条件采用L9(34)正交试验方法进一步优化，正交试验因素与水平见表1，正交试验方案及结果见表2。

表1 正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

表2 正交试验方案及结果Table 2 Design and results of orthogonal test

根据方差R值可以得出，影响乳化液粒径的各因素作用主次顺序是：大豆卵磷脂用量(A)>处理压力(B)>处理次数(D)>处理温度(C)，通过 k 值比较得到本试验最佳因素组合为A2B2C2D2，在此条件下进行3 次平行验证试验，试验产品粒径(Y)为90.21 nm，RSD为81.32%，表明该最优工艺条件稳定可行，重复性良好。因此，优化的乳液制备工艺条件为：大豆卵磷脂用量1.0%、超高压微射流压力160 MPa、处理温度50 ℃、处理4次。采用正交设计软件进行方差分析，结果见表3。

表3 方差分析Table 3 The variance analysis

依据各因素F值和显著性水平判断，因素大豆卵磷脂用量对粒径的影响显著，处理压力、处理次数、处理温度对粒径的影响不显著。

2.6 生姜精油纳米乳化酱油稳定性

2.6.1 离心试验

将生姜精油纳米乳化酱油在10000 r/min的转速下离心20 min，纳米乳化液离心前后效果见图5。

图5 离心对生姜精油纳米乳化液的影响Fig.5 Effect of centrifugation on ginger essential oil nanoemulsion

由图5可知，离心后仍然未产生分层、破乳现象。粒径测定结果表明，离心前后乳液的平均粒径变化在10 nm以内，可判断生姜精油纳米乳化酱油离心后仍能保持稳定。

2.6.2 稀释稳定性试验

将生姜精油纳米乳化酱油分别稀释100倍和1000倍，结果见图6。

图6 稀释对生姜精油纳米乳化液的影响Fig.6 Effect of dilution on ginger essential oil nanoemulsion

由图6可知，生姜精油纳米乳化酱油以较高比例与水混溶后未观察到油水分层现象，表明生姜精油纳米乳化酱油具有良好的稀释稳定性。

2.6.3 生姜精油纳米乳化酱油贮藏稳定性

在25 ℃条件下储存28 d，每隔7 d测定一次粒径，结果见图7。

图7 生姜精油纳米乳化液颗粒随时间的变化Fig.7 Changes in particle size of ginger essential oil nanoemulsion with time

由图7可知，随着贮藏时间的延长和温度的升高，生姜精油纳米乳化酱油的粒径整体上呈现增大的趋势，不同贮藏时间和贮藏温度下的纳米乳化液粒径具有显著性差异(P<0.05)，这是由于贮藏条件的变化导致纳米乳发生聚集现象[12,13]，使得乳液的稳定性下降。但在贮藏28 d内，乳液的颗粒仍然保持在160 nm以内，无浮油、聚沉现象，表现出明显的稳定性。

3 结论

采用高压微射流制备生姜精油纳米乳化酱油，优化的乳液制备工艺条件为：大豆卵磷脂用量1.0%、超高压微射流压力160 MPa、处理温度50 ℃、处理4次，可得到平均粒径较小、稳定性好的生姜精油纳米乳化酱油，在25 ℃条件下储存28 d以上无浮油、聚沉现象。表明超高压微射流是制备生姜精油纳米乳化酱油适宜的方法。