張培旗，王世豪，縱偉

(鄭州輕工業(yè)大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，鄭州 450002)

醬油是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚恼{(diào)味品，醬油除了用于烹調(diào)菜肴外，還經(jīng)常和其他調(diào)味料一起用于制備調(diào)味汁[1,2]；生姜精油香氣溫辛，甜而濃厚，又具有一定的生理活性功能[3,4]，常被用于和醬油等配制調(diào)味汁，但由于生姜精油和醬油互不相溶，因此，生姜精油醬油一般是現(xiàn)調(diào)現(xiàn)用，為方便消費(fèi)者，開發(fā)即食的生姜精油醬油具有較好的市場前景。納米乳液是一種液相以液滴形式分散于第二相的膠體分散體系，具有抗沉降和乳析的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定特性[5,6]，將生姜精油制備為納米乳液，可以提高生姜精油和醬油之間的水溶解性、穩(wěn)定性；高壓微射流技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型食品加工技術(shù)[7]。在高壓微射流技術(shù)處理過程中，乳液在高壓(100～1000 MPa)下通過碰撞、剪切等作用力 ，可實(shí)現(xiàn)超微化、微乳化和均一化效果。因此，其在納米乳液的制備上得到應(yīng)用[8]，但用生姜精油和醬油制備納米乳液，目前還少見報(bào)道。因此，本文以生姜精油為主要原料，對超高壓微射流制備生姜精油納米乳化醬油的生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，通過正交試驗(yàn)探討生姜精油用量、大豆卵磷脂用量、超高壓微射流壓力、處理溫度對乳化醬油穩(wěn)定性的影響，為制備生姜精油納米乳化醬油提高了理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

生姜精油：鄭州雪麥龍食品香料有限公司；大豆卵磷脂：上海國藥集團(tuán)；醬油：加加食品集團(tuán)股份有限公司。

Bench-top高壓納米均質(zhì)機(jī) 英國SFP公司；GJB500-60型普通高壓均質(zhì)機(jī) 常州市均質(zhì)機(jī)械有限公司；HC-3618R高速冷凍離心機(jī) 安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；ES35B磁力攪拌器 北京萊伯泰科儀器股份有限公司；納米粒度和Zeta電位及分子量分析儀 英國Malern儀器公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 納米乳液制備

選用生姜精油為油相，大豆卵磷脂為乳化劑，按一定比例將生姜精油和大豆卵磷脂用磁力攪拌器在1000 r/min 下混合均勻，然后加入一定量的醬油，再以2000 r/min混合2 min，得到粗乳液。將粗乳液采用普通高壓均質(zhì)機(jī)、高壓納米均質(zhì)機(jī)進(jìn)行均質(zhì)，得到納米乳液。

1.2.2 生姜精油納米乳液離心穩(wěn)定性測定

取30 mL的生姜精油納米乳液加入到50 mL離心管中，加蓋密封，室溫10000 r/min離心20 min，觀察相分離情況。

1.2.3 生姜精油納米乳液的粒徑分析

（3）該井在投產(chǎn)初期出砂量較多，混合液最高含砂量達(dá)到2%，折合地層產(chǎn)液含砂量為26.4%，隨著油井生產(chǎn)時(shí)間的延長含砂量逐漸減少。

將生姜精油納米乳液預(yù)先用蒸餾水稀釋10倍，然后利用激光粒度儀在90°散射角、25 ℃條件下采用激光納米粒度儀測定粒徑。

1.2.4 生姜精油納米乳液穩(wěn)定性研究

取10 mL生姜精油納米乳液放入加蓋試管中，用鋁箔包裹后，放在25 ℃條件下儲存28 d，每隔7 d測定一次粒徑。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆卵磷脂用量對納米乳液粒徑的影響

以不同的大豆卵磷脂用量，添加8%的精油，在25 ℃、160 MPa條件下處理3次后，不同大豆卵磷脂用量對納米乳液粒徑的影響見圖1。

圖1 大豆卵磷脂用量對納米乳液粒徑的影響Fig.1 Effect of soybean lecithin dosage on particle size of nanoemulsion

在生姜精油納米乳液制備過程中，需要添加表面活性劑，大豆卵磷脂是一種天然表面活性劑，通過添加大豆卵磷脂，可降低界面張力，減少納米乳液形成所需要的彎曲能，調(diào)節(jié)表面活性劑的HLB值、界面張力，改變體系的密度、黏性等理化特性[9]。由圖1可知，隨著表面活性劑用量的增加，表面活性劑可包裹更多的油滴，減小油滴之間的相互聚集，但當(dāng)表面活性劑用量達(dá)到一定濃度后，油滴已經(jīng)基本被表面活性劑包裹，因此，粒徑變化不大，差異不顯著(P>0.05)。因此，選擇大豆卵磷脂用量1%為適宜的用量。

2.2 均質(zhì)壓力對納米乳液粒徑的影響

添加8%的精油和1%的大豆卵磷脂，25 ℃、不同壓力下處理3次后，不同均質(zhì)壓力對納米乳液粒徑的影響見圖2。

圖2 均質(zhì)壓力對納米乳液粒徑的影響Fig.2 Effect of homogenization pressure on particle size of nanoemulsion

由圖2可知，隨著均質(zhì)壓力的增加，粒徑快速減小，但達(dá)到160 MPa后，粒徑隨壓力的增加反而增加。這是由于壓力的增加，顆粒將液滴破碎，但顆粒減小后，比表面積增加，表面活性劑對顆粒的覆蓋減弱，當(dāng)壓力達(dá)到160 MPa后，表面活性劑不足以覆蓋顆粒表面，導(dǎo)致表面顆粒之間的聚集作用增加，此外，過高的壓力，使均質(zhì)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致乳液溫度升高，部分乳液因?yàn)闇囟壬邔?dǎo)致相轉(zhuǎn)變，影響乳液粒徑[10]。因此，選擇均質(zhì)壓力160 MPa為適宜的壓力。

2.3 均質(zhì)溫度對納米乳液粒徑的影響

圖3 均質(zhì)溫度對納米乳液粒徑的影響Fig.3 Effect of homogenization temperature on particle size of nanoemulsion

由圖3可知，在50 ℃前，隨著溫度的增加，粒徑降低；但達(dá)到50 ℃后，粒徑變化不顯著(P>0.05)。這是由于隨著溫度的增加，分子之間的運(yùn)動(dòng)速率增加，體系的粘度降低，有利于顆粒的破裂，但溫度的增加導(dǎo)致分子之間的碰撞幾率增加[11]，50 ℃后兩種作用達(dá)到平衡。因此，選擇均質(zhì)溫度50 ℃為適宜的溫度。

2.4 處理次數(shù)對納米乳液粒徑的影響

添加1%的大豆卵磷脂，在25 ℃、160 MPa條件下處理不同次數(shù)，不同處理次數(shù)對納米乳液粒徑的影響見圖4。

圖4 處理次數(shù)對納米乳液粒徑的影響Fig.4 Effect of treatment times on particle size of nanoemulsion

由圖4可知，處理次數(shù)增加時(shí)，乳液的平均粒度降低，但達(dá)到4次后，處理次數(shù)對粒徑變化的影響不顯著。處理次數(shù)少，并非所有的液滴都會受到同樣強(qiáng)烈的均勻化能量，因此一部分粗乳液的尺寸沒有實(shí)質(zhì)性的減少，但超過4次后，由于有足夠的乳化劑包裹在油滴的表面，液滴直徑保持恒定，繼續(xù)均質(zhì)不能產(chǎn)生更小的液滴。因此，選擇處理次數(shù)4次為適宜的次數(shù)。

2.5 高壓微射流制備生姜精油納米乳化醬油的工藝優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取大豆卵磷脂用量(A)、處理壓力(B)、處理溫度(C)、處理次數(shù)(D)4個(gè)因素，以粒徑Y(jié)為指標(biāo)，對乳液制備工藝條件采用L9(34)正交試驗(yàn)方法進(jìn)一步優(yōu)化，正交試驗(yàn)因素與水平見表1，正交試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

表2 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 2 Design and results of orthogonal test

根據(jù)方差R值可以得出，影響乳化液粒徑的各因素作用主次順序是：大豆卵磷脂用量(A)>處理壓力(B)>處理次數(shù)(D)>處理溫度(C)，通過 k 值比較得到本試驗(yàn)最佳因素組合為A2B2C2D2，在此條件下進(jìn)行3 次平行驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)產(chǎn)品粒徑(Y)為90.21 nm，RSD為81.32%，表明該最優(yōu)工藝條件穩(wěn)定可行，重復(fù)性良好。因此，優(yōu)化的乳液制備工藝條件為：大豆卵磷脂用量1.0%、超高壓微射流壓力160 MPa、處理溫度50 ℃、處理4次。采用正交設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

表3 方差分析Table 3 The variance analysis

依據(jù)各因素F值和顯著性水平判斷，因素大豆卵磷脂用量對粒徑的影響顯著，處理壓力、處理次數(shù)、處理溫度對粒徑的影響不顯著。

2.6 生姜精油納米乳化醬油穩(wěn)定性

2.6.1 離心試驗(yàn)

將生姜精油納米乳化醬油在10000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心20 min，納米乳化液離心前后效果見圖5。

圖5 離心對生姜精油納米乳化液的影響Fig.5 Effect of centrifugation on ginger essential oil nanoemulsion

由圖5可知，離心后仍然未產(chǎn)生分層、破乳現(xiàn)象。粒徑測定結(jié)果表明，離心前后乳液的平均粒徑變化在10 nm以內(nèi)，可判斷生姜精油納米乳化醬油離心后仍能保持穩(wěn)定。

2.6.2 稀釋穩(wěn)定性試驗(yàn)

將生姜精油納米乳化醬油分別稀釋100倍和1000倍，結(jié)果見圖6。

圖6 稀釋對生姜精油納米乳化液的影響Fig.6 Effect of dilution on ginger essential oil nanoemulsion

由圖6可知，生姜精油納米乳化醬油以較高比例與水混溶后未觀察到油水分層現(xiàn)象，表明生姜精油納米乳化醬油具有良好的稀釋穩(wěn)定性。

2.6.3 生姜精油納米乳化醬油貯藏穩(wěn)定性

在25 ℃條件下儲存28 d，每隔7 d測定一次粒徑，結(jié)果見圖7。

圖7 生姜精油納米乳化液顆粒隨時(shí)間的變化Fig.7 Changes in particle size of ginger essential oil nanoemulsion with time

由圖7可知，隨著貯藏時(shí)間的延長和溫度的升高，生姜精油納米乳化醬油的粒徑整體上呈現(xiàn)增大的趨勢，不同貯藏時(shí)間和貯藏溫度下的納米乳化液粒徑具有顯著性差異(P<0.05)，這是由于貯藏條件的變化導(dǎo)致納米乳發(fā)生聚集現(xiàn)象[12,13]，使得乳液的穩(wěn)定性下降。但在貯藏28 d內(nèi)，乳液的顆粒仍然保持在160 nm以內(nèi)，無浮油、聚沉現(xiàn)象，表現(xiàn)出明顯的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

采用高壓微射流制備生姜精油納米乳化醬油，優(yōu)化的乳液制備工藝條件為：大豆卵磷脂用量1.0%、超高壓微射流壓力160 MPa、處理溫度50 ℃、處理4次，可得到平均粒徑較小、穩(wěn)定性好的生姜精油納米乳化醬油，在25 ℃條件下儲存28 d以上無浮油、聚沉現(xiàn)象。表明超高壓微射流是制備生姜精油納米乳化醬油適宜的方法。