桂仕林，邢慧敏，李琳，何勝華，生慶海，馬鶯，*

（1.內蒙古蒙牛乳業(yè)（集團）股份有限公司乳品研發(fā)中心，內蒙古呼和浩特011500；2.哈爾濱工業(yè)大學食品科學與工程學院，黑龍江哈爾濱150090）

藻油乳化液的制備及穩(wěn)定性研究

桂仕林1，邢慧敏1，李琳2，何勝華2，生慶海1，馬鶯2，*

（1.內蒙古蒙牛乳業(yè)（集團）股份有限公司乳品研發(fā)中心，內蒙古呼和浩特011500；2.哈爾濱工業(yè)大學食品科學與工程學院，黑龍江哈爾濱150090）

藻油富含對人體非常重要的多不飽和脂肪酸DHA（二十二碳六烯酸），將其制備成穩(wěn)定的油/水乳化液成為其在乳品中應用的關鍵問題。采用蔗糖酯為乳化劑對其進行乳化包埋，研究乳化條件如乳化劑量、油水比率、pH和及均質條件對乳化液穩(wěn)定性的影響。結果表明最適的乳化條件為：乳化劑添加量在5%以上，油水比1∶10（質量比，g∶g），pH＞5，35MPa壓力下均質3個循環(huán)得到比較穩(wěn)定的乳化液。

乳化液；乳化劑；乳化穩(wěn)定性；蔗糖酯；藻油

DHA（二十二碳六烯酸，docosahexaenoic acid）是人體難以合成，需由食物提供的必需脂肪酸。DHA作為一種必需脂肪酸，其增強記憶與思維能力、提高智力等作用非常顯著。人群流行病學研究發(fā)現(xiàn)，體內DHA含量高的人的心理承受力較強、智力發(fā)育指數也高。DHA對維持各種組織的功能也比不可少，還有預防近視和改善視力的作用，近年來的研究發(fā)現(xiàn)，DHA對嬰兒的生長發(fā)育具有重要的生理作用，促進胎兒、嬰幼兒的智力和視力發(fā)育[1-3]。

到2010年，世界許多國家，也包括中國，均已把DHA批準作為營養(yǎng)強化劑，并且制定了相應的添加標準。魚油和藻油中富含DHA，但是由于DHA不飽和程度高，直接將魚油或藻油添加到產品中，在生產及保藏過程中及易氧化，影響食品的感官品質及營養(yǎng)價值[4-6]。如何防止多不飽和脂肪酸的氧化是DHA應用關鍵。

通過牛奶作為載體，強化DHA是一個很好的選擇。但是由于DHA易于氧化，氧化后又有令人不愉快的魚腥味，故在牛奶中添加DHA一直是個難題[7]。本研究采用添加乳化劑的方式對富含DHA的藻油進行包埋，提高其氧化穩(wěn)定性和耐熱性，通過預乳化這一簡單的工藝將富含DHA的藻油乳化液添加到牛乳等食品中。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器設備

蔗糖酯（sugar ester S-1170）：東京三菱化學試劑有限公司；藻油（～35%以DHA計ω-3多不飽和脂肪酸）：美國哥倫比亞馬泰克生物公司；JRJ-300-1型剪切式乳化機：上海標本模型廠；ALC-2104型電子天平：北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；SHP60-60型高壓均質機：上?？茖W技術大學機電廠；Mastersizer2000激光粒度儀：英國馬爾文儀器公司。

1.2 方法

1.2.1 油/水乳化液的制備

本研究采用兩步制備乳化液。在一定pH下，將一定量乳化劑溶于0.01mol/L磷酸鹽緩沖液中，置于冰浴中，稱量的藻油用高速剪切乳化機粗乳化，轉速為10 000 r/min，藻油是連續(xù)滴加到溶液中，時間為3min制得粗乳化液。然在經過高壓均質機均質均質若干次，得到的乳化液用于穩(wěn)定性測試。

1.2.2 粒度分布測定

取適量的乳化液置于激光粒度儀容器內，采用蒸餾水作為分散劑，用超聲波對粉體進行分散，測定粉體的粒徑及其粒徑分布。Mastersizer2000 E型激光粒度儀轉速為2 400 r/min，超聲分散時間14 s。d（0，1）、d（0，5）、d（0，9）：分別表示在粒徑累積分布曲線上，10%、50%、90%顆粒的直徑小于或等于此值。d（0，5）又稱為顆粒的平均粒徑。D[4，3]：原料體積或質量力矩平均值。

1.2.3 乳化液穩(wěn)定性的測定

為了測定乳化液的穩(wěn)定性，采用乳脂指數法進行評價。將20 g乳化液置于內徑15mm，高150mm的試管中，管口加蓋后用塑料膜密封。置于預定的環(huán)境中，定期取出測定下層液柱高度（HS）和總乳化液柱高度（HE）。乳脂指數按下式計算[8]。

結果為3次重復實驗的平均值。

1.2.4 均質條件對穩(wěn)定性的影響

均質機主要是靠壓力來對物料進行均質機，產生的力有剪切力、空穴效應、撞擊力多種力產生的均質效果。從理論上說均質壓力越大，循環(huán)次數越多，均質效果應該越好，但實際生產中根據實際需要制定合理均質壓力和循環(huán)次數，產品的穩(wěn)定性不只和均質條件有關，乳化液本身特性起到決定性作用。

表1為均質條件的實驗設計。乳化液的組成：10%藻油；10%蔗糖酯；80%蒸餾水。

1.2.5 乳化液組成對穩(wěn)定性的影響

1.2.5.1 乳化劑量的影響

在乳化劑的使用過程中，有一個重要的概念——臨界膠束濃度（CMC），它是乳化劑的一個重要性能指標。臨界膠束濃度，即乳化劑溶于水后，水的表面張力下降，并且表面張力隨著乳化劑濃度增加而急劇下降后，就大體保持不變。這時的乳化劑濃度稱為臨界膠束濃度，表面活性劑具有潤濕、滲透作用，這些作用主要靠界面吸附，因此只要其濃度稍高于CMC即可顯示效果，而它們的乳化、分散、增溶、洗滌作用需要靠膠束的作用，因此在使用時，溶液中乳化劑的濃度必須超過CMC才能有明顯效果。

表1 均質條件的實驗設計Table1 Experimental design for the homogenization conditions test.

固定乳化液的藻油含量為10%，研究不同蔗糖酯含量對乳化穩(wěn)定性的影響，將制成的乳化液室溫放置24 h，測定乳脂指數。

1.2.5.2 油水比的影響

固定乳化劑量為10%，研究油水質量比分別為1∶14、1∶12、1∶10、1∶8、1∶6、1∶4和1∶2時制成的乳化液穩(wěn)定性。將制成的乳化液室溫放置24h，測定乳脂指數。

1.2.5.3 pH的影響

乳化劑量為10%，藻油10%，在不同pH的醋酸或磷脂鹽緩沖溶液中制成乳化液，研究pH對乳化液穩(wěn)定性的影響。將制成的乳化液室溫放置24 h，測定乳脂指數。

1.2.6 環(huán)境對乳化液穩(wěn)定性的影響

1.2.6.1 高溫處理對穩(wěn)定性的影響

乳化劑量為10%，藻油10%，pH7的蒸餾水中制成乳化液。將乳化液裝入帶蓋的玻璃瓶中，在121℃高壓滅菌鍋中處理10min，整個處理過程包括升溫、維持和降溫約需2 h。處理后的乳化液穩(wěn)定性通過測定處理前后的粒度分布和乳脂指數來判定。

1.2.6.2 乳化液的貯存穩(wěn)定性

乳化劑量為10%，藻油10%，pH7的蒸餾水中制成乳化液。乳化液的貯存穩(wěn)定性通過乳脂指數法判定。乳化液分別貯存在4℃和20℃靜止避光的環(huán)境中。

2 結果與討論

2.1 均質條件的實驗結果

油/水乳化液制備過程中，均質條件對乳化液的穩(wěn)定性有著重要的影響。一般來講，油/水乳化液的粒度越小，分布越均勻，其穩(wěn)定性越高。因此，通過測定乳化液的粒度及粒度分布可以初步判斷乳化液的穩(wěn)定性。

油/水乳化液的粒度由激光粒度散射儀測定，對于活塞式均質機，影響乳化液粒子大小的關鍵因素是壓力和循環(huán)次數。因此，采用均質機制備乳化液時必須確定均質壓力和循環(huán)數。對于本研究使用的均質機，均質壓力一般從15 MPa到45 MPa，循環(huán)次數1至5次，乳化效果參見表2。

表2 均質壓力和循環(huán)次數對乳化液平均粒徑的影響Table2 Effect of operative pressure and cycle numbers on particle size of emulsions

從表2可以看出，隨著均質壓力的增加或循環(huán)次數增多，乳化液粒度都相應減小。但是粒度在35MPa 3個循環(huán)時達到高臺，再提高壓力或增加循環(huán)次數對粒度的減小效果不大。在35MPa均質壓力下，粒度由一個循環(huán)時2.96μm降到3個循環(huán)時1.65μm，進一步提高壓力或循環(huán)次數，幾乎沒有效果。因此，確定的均質條件為35MPa和3個循環(huán)，后續(xù)的乳化液制備沒有特殊說明則均按此條件制備。

為了更直觀理解均質條件與乳化液粒度的關系，將相同循環(huán)次數，不同均質壓力對乳化液粒度影響的實驗結果繪成圖1。相同均質壓力，不同循環(huán)次數對乳化液粒度的影響參見圖2。

圖1 不同均質壓力乳化液粒度分布Fig.1 Particle size distribution of emulsions made by different homogenization pressures

均質壓力并非越高越好。其中主要原因可能有兩點[9-10]，均質壓力太大，乳化粒子的顆粒太小，粒子的布朗運動速度快，顆粒碰撞次數多，顆粒易于締合；同時脂肪球粒徑變小，表面積增加，原先的膜材料數量不夠包被新的表面，從而引起乳液中脂肪球的成簇或部分聚結，最終破壞脂肪球原有的合適分布狀態(tài)。

圖2 相同壓力均質不同循環(huán)次數乳化液粒度分布Fig.2 Particle size distribution of emulsions made by different cycles at same pressure

2.2 乳化劑用量的影響

乳化劑用量對乳化穩(wěn)定性的影響如圖3所示。

圖3 乳化劑量對穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of emulsifier dosage on the emulsion stability

由圖3可知，在一定范圍內，隨著乳化劑用量的增加，乳狀液的穩(wěn)定效果越好。但乳化及量增加到1.2%后，其對穩(wěn)定性的影響不明顯。如果乳化劑用量太高，易導致乳化液體系的黏度過大，同時過多的乳化劑也會增加成本，故取乳化劑用量為10%較合適。

2.3 油水比的影響

乳化劑量一定時，油水比對穩(wěn)定性的影響實驗結果見圖4。

圖4 油水比實驗結果Fig.4 Effect of oil to water ratio on the emulsion stability

由圖4可知，隨著油水比的逐漸減小，乳化穩(wěn)定性呈現(xiàn)出減小的趨勢，當油水比為超過1∶10時，乳化液穩(wěn)定性較高。但是，如果油水比例過大，制成的乳化液中含油量降低，實際應用時必須提高添加量，所以最適油水比為1∶10（質量比，g∶g）。

2.4 pH的影響

pH對乳化液穩(wěn)定性的影響實驗結果見圖5。

圖5 pH與穩(wěn)定性關系Fig.5 Effect of pH on the emulsion stability

由圖5可知，當pH低于4.5時，乳化液穩(wěn)定性顯著降低，pH4.5至5之間，穩(wěn)定性逐漸增強，pH＞5后趨于平穩(wěn)，所以以蔗糖酯為乳化劑時，應當應用于pH大于5的環(huán)境中，才可以形成穩(wěn)定的乳化液體系。

2.5 高溫處理對穩(wěn)定性的影響

由于高溫處理是食品加工最常用的延長貨架期的方法，因此，乳化液在高溫處理時保持不破乳才能在食品加工中有更廣泛的應用。乳化液加熱處理前后的粒度分布如圖6所示。

圖6 熱處理前后乳化液粒度分布Fig.6 Particle size distribution of emulsions by different temperature treatment

新制備的乳化液乳脂指數為80.4%，加熱處理后變?yōu)?6.6%。高溫處理后乳化液穩(wěn)定性略有下降。由圖6也可以看出，熱處理后，粒度分布范圍變大。

2.6 乳化液的貯存穩(wěn)定性

圖7表示乳化液保存在4℃和20℃時的穩(wěn)定性。

圖7 不同保存穩(wěn)定對乳化液穩(wěn)定性的影響Fig.7 Time dependence of creaming index of emulsions stored at different temperature

保存在4℃時比保存在20℃時穩(wěn)定性高。這可能是在低溫下油滴的運動速度變慢而使其聚集的可能性減小。因此，在生產應用時，制成的乳化液盡可能保藏在溫度較低的環(huán)境，制備的產品放置在低溫下貨架期也會延長。

3 結論

以蔗糖酯為乳化劑，對藻油進行乳化時，均質壓力低時，乳化液粒度分布不均，穩(wěn)定性差。均質壓力并非越高越好，過高的壓力降使動力消耗增大，提高生產成本，并且對提高乳化液穩(wěn)定性效果不明顯。因此，確定的均質條件為35MPa和3個循環(huán)能夠制備較穩(wěn)定乳化液。

pH對蔗糖酯乳化液穩(wěn)定性影響較大。pH低于4.5時，乳化體系不穩(wěn)定。不建議在酸性較強的食品飲料中使用此種乳化劑。

高溫處理對乳化液體系有一定的破壞作用，但并未完全破壞乳化液體系，因此，制備的乳化液添加到其他食品中可以經過高溫處理工藝。

利用蔗糖酯包埋藻油，添加到鮮牛乳等食品中，能否起到氧化穩(wěn)定性作用，將在后續(xù)的實驗中驗證。

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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（漢），工程師，研究生，研究方向:乳產品加工。

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