吳長玲 聶 鑫 史志玲和銘鈺 王中江 江連洲 李 楊，2*

（1東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院 哈爾濱 150030

2哈爾濱食品產(chǎn)業(yè)研究院 哈爾濱 150030

目前，納米乳液制備技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，納米乳液具有抗聚沉、制備利用穩(wěn)定、運(yùn)載營養(yǎng)素吸收快速、毒副作用低等諸多特性，具有廣闊的市場(chǎng)前景及發(fā)展?jié)摿1-2]。納米乳液的制備方法主要可分為高能制備法和低能制備法。低能制備法，主要分為乳液轉(zhuǎn)變點(diǎn)法、相轉(zhuǎn)變點(diǎn)法及自乳化法，具有無需機(jī)械能輸入、成本耗能較低等特點(diǎn)。利用低能法制備過程中需通過額外添加適量表面活性劑或助表面活性劑以增強(qiáng)納米乳液的穩(wěn)定性。高能制備法主要是通過微射流、高壓均質(zhì)、超聲波等高能化設(shè)備為乳液粒子輸入機(jī)械能，使乳液在高機(jī)械條件下破碎形成納米級(jí)乳滴，其均一穩(wěn)定。近年來，高能法納米乳液多以高壓微射流、高壓均質(zhì)機(jī)及超聲儀等設(shè)備制備。高壓均質(zhì)是納米乳液的高效制造技術(shù)，用其制備的納米乳液具有產(chǎn)品均一穩(wěn)定性強(qiáng)，制備效率高，催化劑及添加劑依賴需求度低等優(yōu)點(diǎn)，并可提高產(chǎn)品流變特性，品質(zhì)安全，可改善感官品質(zhì)等[3]。

高壓均質(zhì)技術(shù)在食品加工業(yè)中常用于制備納米乳劑、納米粒、脂質(zhì)體、微乳等，制備工藝一般為粗乳液為基液，在適當(dāng)均質(zhì)條件下制備粒徑較小、乳液體系均一的納米制劑。高壓均質(zhì)機(jī)主要可控設(shè)備參數(shù)包括均質(zhì)壓力、均質(zhì)次數(shù)、均質(zhì)時(shí)間及均質(zhì)溫度等，納米乳液的粒徑分布通常隨均質(zhì)壓力、均質(zhì)次數(shù)的增加而顯著下降，當(dāng)達(dá)到一定均質(zhì)壓力及均質(zhì)次數(shù)，粒徑變化趨穩(wěn)；然而過高的均質(zhì)壓力和均質(zhì)循環(huán)次數(shù)反而使乳滴聚集、粒徑增大。因而調(diào)控及選擇適當(dāng)高壓均質(zhì)制備參數(shù)對(duì)納米乳液穩(wěn)定性及功能具有顯著的影響及重要意義。鑒于此，本研究以大豆蛋白及磷脂酰膽堿為乳化相，通過響應(yīng)面法對(duì)高壓均質(zhì)制備納米乳液的工藝進(jìn)行優(yōu)化，以獲得高穩(wěn)定性、高功能性的納米乳液。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

大豆蛋白（蛋白含量89.21%），購自山東省高唐藍(lán)山集團(tuán)；大豆磷脂酰膽堿，上?？笊锛夹g(shù)有限公司；β-胡蘿卜素，美國Sigma公司；葵花籽油，中糧集團(tuán)福臨門壓榨一級(jí)葵花籽油；試驗(yàn)所需基礎(chǔ)試劑均為分析純。

1.2 試驗(yàn)儀器

Ultra-Turrax T25高速分散器，德國IKA公司；Zetasizer Nano-ZS90光散射粒徑分析儀，英國Malvern公司；S22-2型恒溫磁力攪拌器，上海司樂儀器有限公司；AL204型分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；PHS-3C雷磁pH計(jì)，上海精科；LW-1600FC紫外可見分光光度計(jì)，上海菁華科技儀器有限公司；Turbiscan Lab Expert濃縮體系穩(wěn)定性分析儀，法國 Formulaction公司；D-6L超高壓均質(zhì)機(jī)，美國PhD科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 大豆蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液高壓均質(zhì)乳化工藝 首先將一定質(zhì)量的大豆蛋白與一定比例的卵磷脂溶解于98.5 g磷酸鹽緩沖液中作為水相，另取β-胡蘿卜素0.01 g溶于5 g葵花籽油中作為油相，并采用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢?，直至?胡蘿卜素完全溶解。將油相與蛋白質(zhì)水相溶液混合均一，用高速分散器在20 000 r/min下分散5 min，獲得粗乳液。取適量粗乳液置于燒杯中，在高壓均質(zhì)機(jī)內(nèi)進(jìn)行納米乳液制備，最終得到大豆蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液。

1.3.2 大豆蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液高壓均質(zhì)乳化制備工藝響應(yīng)面優(yōu)化 以大豆蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液的平均粒徑、PDI及乳化產(chǎn)率為考察指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)考察大豆蛋白含量、磷脂酰膽堿含量、高壓均質(zhì)壓力及均質(zhì)次數(shù)對(duì)3個(gè)指標(biāo)的影響規(guī)律。進(jìn)一步利用Design-Expert軟件對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行響應(yīng)面分析設(shè)計(jì)優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果，選取大豆蛋白含量A（%）、磷脂酰膽堿含量B（%）、高壓均質(zhì)壓力C（MPa）及均質(zhì)次數(shù)D（次）4個(gè)因素為自變量，以粒徑R1（nm）、PDI R2及乳化產(chǎn)率R3（%）為響應(yīng)值，設(shè)置三因素三水平進(jìn)行試驗(yàn)，如表1所示。

表1 因素水平編碼表Table 1 Encode table of factors and levels

1.3.3 納米乳液濁度分析 將乳液用磷酸鹽緩沖液溶液稀釋40倍，以磷酸鹽緩沖液為空白對(duì)照，用紫外分光光度計(jì)測(cè)定600 nm處的吸光度，濁度計(jì)算公式為

T=2.302AV/I

式中A——稀釋乳液在600 nm處的吸光度；V——稀釋倍數(shù)；I——光程差0.01 m。

1.3.4 納米乳液平均粒徑、ζ電位及PDI分析

用Zetasizer Nano-ZS 90光散射粒度分析儀測(cè)定β-胡蘿卜素乳狀液平均粒徑及ζ電位，β-胡蘿卜素油滴的折射率設(shè)置為1.45，水相溶液折射率設(shè)置為1.33。為了降低多重光散射效應(yīng)，分析前用pH 7.5的磷酸鹽緩沖液稀釋 β-胡蘿卜素乳狀液1 000倍測(cè)粒徑及PDI，稀釋50倍測(cè)ζ電位。

1.3.5 TSI分析 利用 Turbiscan Lab Expert濃縮體系穩(wěn)定性分析儀對(duì)β-胡蘿卜素納米乳液的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。該儀器主要分析反射光斑的中央部分，測(cè)量的反射光直接與顆粒體積濃度和顆粒平均粒徑有關(guān)。當(dāng)樣品液滴體積濃度一定時(shí)，反射光通量BS就可體現(xiàn)樣品中顆粒變化情況。參考Yuan 等[4]的方法，試驗(yàn)中取 18 mL β-胡蘿卜素納米乳液于Turbiscan專用圓柱形的玻璃杯中。在55℃條件下每 30 min掃描一次，掃描6 h。由此可獲得反映β-胡蘿卜素納米乳液穩(wěn)定性的差值反射光量（ΔBS）隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，即可作為衡量β-胡蘿卜素乳液穩(wěn)定性的圖譜，記錄TSI。Turbiscan Stability Index（TSI）是乳液在用 Turbiscan lab expert儀器進(jìn)行乳液快速穩(wěn)定性掃描時(shí)，計(jì)算出的乳液穩(wěn)定性指數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每組試驗(yàn)都進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件Spass 18對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、相關(guān)性和差異顯著性分析；采用Origin8.5軟件進(jìn)行作圖；采用Design-Expert軟件進(jìn)行響應(yīng)面數(shù)據(jù)分析及方差分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 大豆蛋白-磷脂納米乳液高壓均質(zhì)乳化制備工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)

2.1.1 大豆蛋白含量的單因素確定試驗(yàn) 控制磷脂酰膽堿添加量2 mg/mL，均質(zhì)壓力120 MPa，均值次數(shù)4次，調(diào)控大豆蛋白添加量分別為0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%，考察大豆蛋白含量對(duì)納米乳液粒徑、ζ電位、PDI、濁度及乳化產(chǎn)率的影響規(guī)律。

表2 大豆蛋白含量對(duì)納米乳液乳化穩(wěn)定性的影響Table 2 Effect of soybean protein content on emulsion stability of nano emulsion

由表2可知，隨著蛋白添加量的增加，納米乳液平均粒徑及PDI值呈先降低后增高的變化趨勢(shì)，這可能是由于當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)量濃度為5 mg/mL時(shí)，乳液液滴的平均粒徑最大，分析認(rèn)為此時(shí)乳液中的蛋白質(zhì)量濃度過低，即使全部吸附在油-水界面仍未能達(dá)到飽和，溶液中的小液滴因而發(fā)生聚合現(xiàn)象，形成粒徑較大的液滴。隨著大豆蛋白添加量增加，更多大豆蛋白覆蓋于油水界面處、降低界面張力，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)量濃度為15 mg/mL時(shí)蛋白在液滴表面形成緊密的界面膜，乳液液滴粒徑相對(duì)較小且其分布較為集中，此時(shí)乳液處于相對(duì)均一、穩(wěn)定的狀態(tài)。而過多添加大豆蛋白促進(jìn)了界面蛋白聚集行為，限制了大豆蛋白在界面處的舒張展開，表現(xiàn)出乳滴的粒徑部分增大，此情況在濁度隨蛋白添加量增加而增大上有所體現(xiàn)。研究亦證實(shí)，過量蛋白在高壓均質(zhì)時(shí)發(fā)生聚集或者結(jié)合形成亞膠束和聚集體[5]。

ζ電位絕對(duì)值隨著大豆蛋白添加量增加呈現(xiàn)逐漸增大后降低的變化趨勢(shì)，徐明進(jìn)及李明遠(yuǎn)[6]研究表明O/W乳狀液的穩(wěn)定性與ζ電位絕對(duì)值大小有關(guān)，ζ電位絕對(duì)值較大時(shí)，乳液體系越穩(wěn)定。大豆蛋白可作為良好的乳化劑，包被乳液界面防止乳滴重聚集提高乳液穩(wěn)定性，表現(xiàn)為ζ電位絕對(duì)值增大，后因蛋白聚集行為對(duì)納米乳液的穩(wěn)定性產(chǎn)生了不利影響；另有研究指出，當(dāng)ζ電位絕對(duì)值大于30 mV時(shí)，乳化劑間僅依靠強(qiáng)烈的靜電斥力即可穩(wěn)定乳滴，在本研究中當(dāng)大豆蛋白質(zhì)量濃度大于15 mg/mL時(shí)，納米乳液ζ電位值接近-35 mV，表明此狀態(tài)下包裹β-胡蘿卜素的大豆蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。納米乳液乳化產(chǎn)率呈現(xiàn)的先增加后降低的變化趨勢(shì)則可能是乳液ζ電位絕對(duì)值增大及界面蛋白聚集的綜合效應(yīng)，另外過高大豆蛋白濃度引起的界面蛋白聚集與濁度增大有直接關(guān)系。

濁度和ζ電位絕對(duì)值都呈上升趨勢(shì)，而PDI和乳化產(chǎn)率在蛋白添加量為15 mg/mL時(shí)處于極值，當(dāng)?shù)鞍滋砑恿窟_(dá)到15 mg/mL時(shí)粒徑達(dá)到最低且ζ電位絕對(duì)值基本穩(wěn)定在最優(yōu)值，隨著大豆蛋白添加量的繼續(xù)增加，粒徑及PDI增加，乳化產(chǎn)率下降，這可能是由于在蛋白質(zhì)與磷脂作用時(shí)，隨著大豆蛋白添加量的不斷增加，納米乳液中的蛋白質(zhì)聚集，從而使大豆蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液的乳化特性降低。

2.1.2 磷脂酰膽堿含量的單因素確定試驗(yàn) 控制大豆蛋白添加量15 mg/mL，均質(zhì)壓力120 MPa，均質(zhì)次數(shù)4次，調(diào)控磷脂酰膽堿添加量分別為0.10%，0.17%，0.20%，0.22%，0.25%，考察磷脂酰膽堿添加量對(duì)納米乳液粒徑、ζ電位、PDI、濁度及乳化產(chǎn)率的影響規(guī)律。

磷脂酰膽堿作為一種高營養(yǎng)的天然乳化劑與大豆蛋白結(jié)合形成復(fù)合物，磷脂的疏水脂肪酸基團(tuán)朝向空氣，親水的甘油磷酸酯基朝向水面排列，降低水油間的界面張力，從而有利于形成均一穩(wěn)定的乳化液[7-8]。隨著磷脂酰膽堿添加量的增大，大豆蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)，PDI值呈現(xiàn)先降低后增大的變化趨勢(shì)，這種現(xiàn)象表明納米乳液制備過程中磷脂酰膽堿與大豆蛋白交互作用可使界面乳化層更為致密，已有研究表明適量大豆分離蛋白與磷脂酰膽堿之間通過疏水作用力結(jié)合[9]，磷脂酰膽堿尾部的疏水基團(tuán)與大豆分離蛋白疏水區(qū)域更好地包裹油滴，磷脂酰膽堿頭部的親水基團(tuán)與大豆分離蛋白親水區(qū)域更好地延展到水相中，形成有利于乳液穩(wěn)定的雙親結(jié)構(gòu)，降低水相與油相間的界面張力。而更高的磷脂酰膽堿添加量并未進(jìn)一步降低納米乳液的平均粒徑，這是由于蛋白和磷脂酰膽堿的結(jié)合達(dá)到飽和狀態(tài)，更多的磷脂酰膽堿無法結(jié)合大豆蛋白形成緊致的復(fù)合乳化界面層，過多加入的磷脂酰膽堿會(huì)單獨(dú)形成部分小粒徑納米乳滴，擴(kuò)大了納米乳液的粒徑分布范圍，表現(xiàn)為PDI值的增大。

研究指出乳液絮凝主要受界面層上發(fā)生的吸引和排斥作用影響，增強(qiáng)液滴間的靜電可提高乳液抗絮凝能力，液滴ζ電位越大乳液穩(wěn)定性越好[10]。由表3可知，隨著磷脂酰膽堿加入量的增多，納米乳液的ζ電位絕對(duì)值逐漸增大，部分研究指出這可能是由于大豆磷脂酰膽堿對(duì)蛋白質(zhì)的修飾作用直接影響蛋白表面電荷分布，電泳淌度-pH曲線研究表明大豆磷脂酰膽堿可增強(qiáng)蛋白表面負(fù)電性，顆粒之間斥力增強(qiáng)[11]。同時(shí)，大豆蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液平均粒徑降低及ζ電位絕對(duì)值的增大增強(qiáng)了乳液的穩(wěn)定性，營養(yǎng)素被更好的包封于納米乳液內(nèi)部，表現(xiàn)為納米乳液乳化產(chǎn)率隨磷脂酰膽堿添加量增加而增高。

大豆蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液隨著磷脂添加量增大而增大，則可能部分地證實(shí)了磷脂酰膽堿不僅與大豆蛋白間存在交互作用可增強(qiáng)乳液穩(wěn)定性，同時(shí)在一定程度上在乳液乳化界面也發(fā)生了與大豆蛋白競(jìng)爭(zhēng)性取代，取代的大豆蛋白聚集增加了納米乳液的濁度。而大分子蛋白被磷脂酰膽堿的取代現(xiàn)象也降低了界面包封效果，使納米乳液乳化產(chǎn)率降低。

由于磷脂酰膽堿添加量為2.2 mg/mL時(shí)，納米乳液具有最佳的乳化穩(wěn)定性及乳化特性，考慮采用此值進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)試驗(yàn)。

表3 磷脂酰膽堿含量對(duì)納米乳液乳化穩(wěn)定性的影響Table 3 Effect of phosphatidylcholine content on emulsion stability of nano emulsion

2.1.3 高壓均質(zhì)壓力的單因素確定試驗(yàn) 控制大豆蛋白添加量15 mg/mL、磷脂2 mg/mL、均質(zhì)次數(shù)4 次，調(diào)控均質(zhì)壓力分別為 60，80，100，120，140 MPa，考察均質(zhì)壓力對(duì)納米乳液粒徑、ζ電位、PDI、濁度及乳化產(chǎn)率的影響規(guī)律。

表4 均質(zhì)壓力對(duì)納米乳液乳化穩(wěn)定性的影響Table 4 Effect of homogenization pressure on emulsion stability of nano emulsion

表4結(jié)果表明，隨著均質(zhì)壓力增大納米乳液平均粒徑及PDI值呈現(xiàn)先降低后增大的變化趨勢(shì)。這是由于在高壓均質(zhì)納米乳液制備過程中，乳液分散相顆粒在巨大剪切、撞擊、空穴效應(yīng)的作用下，逐漸形成納米粒徑乳滴。隨著均質(zhì)壓力的不斷增加，機(jī)械作用力輸出強(qiáng)度增大，顆粒粒徑減小、分布更為均一。而當(dāng)均質(zhì)壓力高于100 MPa時(shí)，由于均質(zhì)壓力過高機(jī)械輸出作用過強(qiáng)，分散相粒徑的比表面積急劇增加，有限的乳化劑不能被有效吸附到所有液滴表面上，乳化作用下降，液滴相互聚集，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，粒徑反而變大，擴(kuò)大了納米乳液的粒徑分布范圍，這與唐宏剛等[12]研究一致。納米乳液乳化產(chǎn)率也呈先降低后增大的變化規(guī)律，在高均質(zhì)壓力下納米乳液乳化產(chǎn)率增加與乳滴聚集有關(guān)。李秉正等[13]發(fā)現(xiàn)隨著均質(zhì)壓力的提高，PDI逐漸減小。當(dāng)均質(zhì)壓力達(dá)到140 MPa時(shí)，納米乳液平均粒徑劇增與PDI值及乳化產(chǎn)率驟減均可能與過高均質(zhì)壓力造成的納米乳液乳滴裂解營養(yǎng)素流失有關(guān)。高均質(zhì)壓力下納米乳液穩(wěn)定性更強(qiáng)，表現(xiàn)為納米乳液ζ電位絕對(duì)值的增大，也證實(shí)了更多的大豆蛋白吸附于油水界面上起到穩(wěn)定乳滴的作用。但過高均質(zhì)壓力（140 MPa）輸出下，乳化界面伴隨著乳滴裂解發(fā)生了“失穩(wěn)”現(xiàn)象，此時(shí)納米乳液的ζ電位絕對(duì)值顯著降低。均質(zhì)壓力低于120 MPa時(shí)，納米乳液濁度隨均質(zhì)壓力增大呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)，表明納米乳液隨壓力增大呈現(xiàn)更均一的乳滴分布，而均質(zhì)壓力140 MPa時(shí)納米乳液濁度的增大進(jìn)一步證實(shí)了乳滴裂解現(xiàn)象的發(fā)生。綜合納米乳液特性及穩(wěn)定性考慮，本研究擬選擇均質(zhì)壓力為100 MPa進(jìn)行后續(xù)研究。

2.1.4 高壓均質(zhì)次數(shù)的單因素確定試驗(yàn) 控制大豆蛋白添加量15 mg/mL、磷脂酰膽堿2 mg/mL、均質(zhì)次數(shù)4次，調(diào)控均質(zhì)循環(huán)次數(shù)分別為2，3，4，5，6，考察均質(zhì)循環(huán)次數(shù)對(duì)納米乳液粒徑、ζ電位、PDI、濁度及乳化產(chǎn)率的影響規(guī)律。

表5 均質(zhì)次數(shù)對(duì)納米乳液乳化穩(wěn)定性的影響Table 5 Effect of homogenizing times on emulsion stability of nano emulsion

由表5可以看出，隨著循環(huán)次數(shù)的不斷增加，納米乳液的平均粒徑整體呈不斷減小的變化規(guī)律，ζ電位絕對(duì)值呈現(xiàn)逐漸增大的變化規(guī)律。Floury[14]研究指出，在一定均質(zhì)壓力下，隨著均質(zhì)次數(shù)的增加，粒徑有不斷下降的趨勢(shì)，這可能是由于隨著均質(zhì)循環(huán)次數(shù)的不斷增加，其機(jī)械作用的時(shí)間變長，之前未被均質(zhì)細(xì)化的大顆粒或小顆粒聚集體在多次均質(zhì)后粒徑減小，乳液乳滴更加穩(wěn)定。但當(dāng)納米乳液均質(zhì)次數(shù)為6次時(shí)，納米乳液的平均粒徑增大及ζ電位絕對(duì)值降低，這由于均質(zhì)過程中提供大量能量導(dǎo)致新液滴的快速重聚集，即“過處理現(xiàn)象”[15]。高頻的聚集現(xiàn)象和極高的能量密度是產(chǎn)生“過處理現(xiàn)象”發(fā)生的主要原因之一[16-17]。在此條件下的較大納米乳液濁度也說明了聚集行為的發(fā)生。乳液的PDI呈現(xiàn)先增大后降低的變化趨勢(shì)，這可能與更多小乳滴及“過渡態(tài)”中小尺寸乳滴伴隨著均質(zhì)次數(shù)增加逐漸形成有關(guān)，而均質(zhì)6次時(shí)“過處理現(xiàn)象”導(dǎo)致的聚集行為則是納米乳液PDI值增大的可能原因。大豆蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液的乳化產(chǎn)率隨均質(zhì)次數(shù)呈逐漸增大的變化趨勢(shì)，而均質(zhì)次數(shù)超過4次后，納米乳液乳化產(chǎn)率不再繼續(xù)增大。在實(shí)際應(yīng)用中，均質(zhì)壓力與均質(zhì)次數(shù)的合適比率對(duì)節(jié)約成本、減少機(jī)器工作時(shí)間、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)粒徑乳狀液的制備有重要作用，但均質(zhì)壓力過高、均質(zhì)次數(shù)過多，乳狀液粒徑減小趨緩，甚至重新聚集而使平均粒徑增大，分布變寬。綜合考慮，本研究擬設(shè)計(jì)均質(zhì)4次進(jìn)行后續(xù)納米乳液制備試驗(yàn)。

2.2 兼具高乳化活性及穩(wěn)定性大豆蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

本試驗(yàn)利用統(tǒng)計(jì)軟件Design-Expert進(jìn)行響應(yīng)曲面法過程優(yōu)化，以蛋白添加量A（%）、磷脂酰膽堿添加量 B（%）、均質(zhì)壓力 C（MPa）、均質(zhì)循環(huán)次數(shù)D（次）為自變量，以大豆蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液的粒徑 R1（nm）、PDI R2及乳化產(chǎn)率 R3（%）為響應(yīng)值，根據(jù)中心組合設(shè)計(jì)原理，響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果見表6。

表6 試驗(yàn)安排及結(jié)果Table 6 Experiment scheme and results

平均粒徑R1通過統(tǒng)計(jì)分析軟件Design-Expert進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建立二次響應(yīng)面回歸模型如下：

R1=217.82+6.60A+3.63B-0.82C+13.30AB+6.40AC+1.40BC+17.09A2+10.54B2+14.14C2。

表7 回歸與方差分析結(jié)果Table 7 Results of regression and variance analysis

圖1 兩因素交互作用對(duì)平均粒徑的響應(yīng)面Fig.1 Response surface of the impact of interaction of two factor on the average particle size

由圖1及表7可知，方程因變量與自變量之間的線性關(guān)系明顯，該模型回歸顯著（P＜0.0001），失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），并且該模型 R2=97.06%，R2Adj=93.29%，說明該模型與試驗(yàn)擬合良好，自變量與響應(yīng)值之間線性關(guān)系顯著，可以用于該反應(yīng)的理論推測(cè)。由F檢驗(yàn)可以得到因子貢獻(xiàn)率為：A＞B＞C，即大豆蛋白含量＞磷脂酰膽堿含量＞高壓均質(zhì)壓力。應(yīng)用響應(yīng)面尋優(yōu)分析方法對(duì)回歸模型進(jìn)行分析，尋找最優(yōu)響應(yīng)結(jié)果大豆蛋白添加量1.41%，大豆磷脂酰膽堿添加量0.2176%，高壓均質(zhì)壓力101.4 MPa，響應(yīng)值平均粒徑最優(yōu)值為217.074 nm。

TSI R2通過統(tǒng)計(jì)分析軟件Design-Expert進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建立二次響應(yīng)面回歸模型如下：

R2=3.08-0.039A-0.069B-0.037C+0.097AB+5.000×10-3AC+0.055BC+0.23A2+0.14B2+0.13C2。

表8 回歸與方差分析結(jié)果Table 8 Results of regression and variance analysis

圖2 兩因素交互作用對(duì)TSI的響應(yīng)面Fig.2 Response surface of the impact of interaction of two factor（significantly）on TSI

由表8可知，方程因變量與自變量之間的線性關(guān)系明顯，該模型回歸顯著（P＜0.0001），失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），并且該模型 R2=97.83%，R2Adj=95.04%，說明該模型與試驗(yàn)擬合良好，自變量與響應(yīng)值之間線性關(guān)系顯著，可以用于該反應(yīng)的理論推測(cè)。由F檢驗(yàn)可以得到因子貢獻(xiàn)率為：B＞A＞C，即磷脂酰膽堿含量＞大豆蛋白含量＞高壓均質(zhì)壓力。應(yīng)用響應(yīng)面尋優(yōu)分析方法對(duì)回歸模型進(jìn)行分析，尋找最優(yōu)響應(yīng)結(jié)果大豆蛋白添加量1.52%，大豆磷脂酰膽堿添加量0.2284%，高壓均質(zhì)壓力102 MPa，響應(yīng)值平均粒徑有最優(yōu)值為3.07014。

乳化產(chǎn)率R3通過統(tǒng)計(jì)分析軟件Design-Expert進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建立二次響應(yīng)面回歸模型如下：

R3=93.46+0.86A+0.48B-0.051C-1.09AB-1.05AC-0.76BC-2.26A2-1.61B2-0.63C2。

表9 回歸與方差分析結(jié)果Table 9 Results of regression and variance analysis

圖3 兩因素交互作用對(duì)乳化產(chǎn)率的響應(yīng)面Fig.3 Response surface of the impact of interaction of two factor（significantly）on emulsion production rate

由表9可知，方程因變量與自變量之間的線性關(guān)系明顯，該模型回歸顯著（P＜0.0001），失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），并且該模型 R2=97.37%，R2Adj=93.98%，說明該模型與試驗(yàn)擬合良好，自變量與響應(yīng)值之間線性關(guān)系顯著，可以用于該反應(yīng)的理論推測(cè)。由F檢驗(yàn)可以得到因子貢獻(xiàn)率為：A＞B＞C，即大豆蛋白含量＞磷脂酰膽堿含量＞高壓均質(zhì)壓力。應(yīng)用響應(yīng)面尋優(yōu)分析方法對(duì)回歸模型進(jìn)行分析，尋找最優(yōu)響應(yīng)結(jié)果大豆蛋白添加量1.615%，大豆磷脂酰膽堿添加量0.23%，高壓均質(zhì)壓力93.40 MPa，響應(yīng)值乳化產(chǎn)率有最優(yōu)值為93.60%。

采用聯(lián)合求解法確定平均粒徑、TSI及乳化產(chǎn)率均優(yōu)條件為：大豆蛋白添加量1.51%，大豆磷脂酰膽堿添加量0.22%，高壓均質(zhì)壓力100.8 MPa，此條件下平均粒徑218.252 nm，TSI為3.074，乳化產(chǎn)率為93.4899%。為適應(yīng)生產(chǎn)，將制備條件優(yōu)化為大豆蛋白添加量1.5%，大豆磷脂酰膽堿添加量0.22%，高壓均質(zhì)壓力100 MPa，此條件下大豆蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液平均粒徑217.43 nm，TSI為3.02，乳化產(chǎn)率為93.35%。說明響應(yīng)值的試驗(yàn)值與回歸方程預(yù)測(cè)值吻合良好。

3 結(jié)論

本研究以大豆蛋白為原料，依托高壓均質(zhì)處理技術(shù)制備納米乳液，對(duì)大豆蛋白-磷脂納米乳液制備工藝進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn)，通過研究確定了大豆蛋白-磷脂納米乳液均質(zhì)制備的最優(yōu)工藝參數(shù)為：大豆蛋白添加量1.5%，大豆磷脂酰膽堿添加量0.22%，高壓均質(zhì)壓力100 MPa，此條件下大豆蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液平均粒徑217.43 nm，TSI為3.02，乳化產(chǎn)率為93.35%。