劉茜茜,徐寶成,2,3,4,5*,丁玥,3,4*,趙晶晶,陳樹興,2,3,4,劉麗莉,3,4

1(河南科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,河南 洛陽(yáng),471000)2(中原食品實(shí)驗(yàn)室,河南 漯河,462300)3(食品加工與安全國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,河南 洛陽(yáng),471000)4(河南省食品綠色加工與質(zhì)量安全控制國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,河南 洛陽(yáng),471000)5(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部油料作物生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢,430062)

油凝膠是由液態(tài)油和凝膠劑形成的一種熱可逆的塑性脂肪,其中的凝膠劑通過(guò)自組裝方式形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),液態(tài)油被包裹在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中而失去流動(dòng)性,使整個(gè)體系呈現(xiàn)為具有黏彈性的固態(tài)或半固態(tài)[1]。本課題組以牡丹籽油為連續(xù)相,以植物甾醇和卵磷脂為凝膠劑制備了高含量α-亞麻酸、植物甾醇和卵磷脂的油凝膠(α-亞麻酸、植物甾醇和卵磷脂含量分別為31.325、8.000～12.800、8.000～3.200 g/100 g樣品)。該產(chǎn)品可用作功能性膳食補(bǔ)充劑,補(bǔ)充健康成人每日所需的α-亞麻酸[2]、植物甾醇[3]和卵磷脂[4]。但由于油凝膠具有一定的硬度和黏彈性,且呈固態(tài),這就限制了其在親水基質(zhì)食品中的應(yīng)用。此外,由于油凝膠具有較高的熔點(diǎn),使得其在人體腸消化環(huán)境下的生物利用度較低[5]。因此,如何提高富含α-亞麻酸、植物甾醇和卵磷脂的牡丹籽油凝膠的生物利用度,擴(kuò)大其親水基食品體系中的應(yīng)用已成為當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。

水包油乳液體系一般可用來(lái)包埋、保護(hù)和投遞親脂性生物活性物質(zhì),在食品加工和制藥等生產(chǎn)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。通?？赏ㄟ^(guò)高速剪切、高壓均質(zhì)等技術(shù)來(lái)制備不同粒徑的乳液,其粒徑大小為1～105nm[6]。在乳液體系的構(gòu)建中,乳化劑起著至關(guān)重要的作用。目前,常用的乳化劑有乳清分離蛋白、酪蛋白、大豆分離蛋白等,它們對(duì)環(huán)境敏感,易在等電點(diǎn)或高離子強(qiáng)度下發(fā)生聚集、絮凝和沉淀,導(dǎo)致乳液體系失穩(wěn)[7-8]。與蛋白質(zhì)乳化劑相比,辛烯基琥珀酸(octenyl succinic anhydride,OSA)淀粉不僅價(jià)格低,而且對(duì)環(huán)境具有更高耐受力,受體系pH和離子強(qiáng)度的影響較小[9],有利于在各種酸/堿性食品體系中的應(yīng)用。但值得注意的是,牡丹籽油凝膠乳液體系的構(gòu)建與普通水包油乳液體系存在著顯著的差異。普通乳液的芯材是呈液態(tài)的脂類物質(zhì),在室溫下可通過(guò)高速剪切和高壓均質(zhì)形成微小的液滴,乳化劑分子則定向分布于液滴的油水界面,降低其界面張力并形成穩(wěn)定的界面膜,使得乳狀液保持穩(wěn)定。牡丹籽油凝膠乳液的芯材在室溫(25 ℃)或低于室溫的情況下呈固態(tài),因此在高速剪切時(shí)如果溫度過(guò)低,會(huì)導(dǎo)致油相不能分散形成微小的顆粒;另外,已分散開的油相也會(huì)隨著乳液體系溫度的降低,發(fā)生分子自組裝,轉(zhuǎn)變成具有特定三維空間結(jié)構(gòu)的固體形態(tài),這是否會(huì)影響原來(lái)油水界面的表面張力和乳化劑在兩相界面間的分布目前尚無(wú)相關(guān)報(bào)道;第三,油凝膠乳液的分散相除了含有牡丹籽油外還含有較高濃度的植物甾醇(C3位含有羥基)和卵磷脂(含有磷酸基團(tuán)),這有可能會(huì)影響常規(guī)乳化劑在油滴表面的分布形式并最終影響油水界面的表面張力和乳液體系的穩(wěn)定性。綜上可知,牡丹籽油凝膠乳液與普通水包油乳液在芯材的物理和化學(xué)特性上存在著較大的差異,這可能會(huì)影響OSA淀粉在油水界面的分布模式,并最終影響乳液的穩(wěn)定性,然而目前尚無(wú)有關(guān)這方面的研究報(bào)道。

鑒于此,本研究選用OSA淀粉為乳化劑制備牡丹籽油凝膠乳液,考察了pH、鹽離子種類及強(qiáng)度、熱處理對(duì)乳液穩(wěn)定性的影響,為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化型牡丹籽油凝膠乳液的制備及其在不同食品體系中的應(yīng)用提供技術(shù)參考,同時(shí)也為后續(xù)進(jìn)一步探討凝膠乳液中α-亞麻酸、植物甾醇和卵磷脂的生物利用度提供必要基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

OSA淀粉(purity gum ultra?),宜瑞安食品配料公司;牡丹籽油,洛陽(yáng)國(guó)花坊牡丹生物科技有限公司;植物甾醇(β-谷甾醇41.8%,豆甾醇31.2%,菜油甾醇23.4%,菜籽甾醇0.2%,總植物甾醇96.6%),西安天寶生物科技有限公司;大豆卵磷脂(純度≥90%),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;KH2PO4、Na2HPO4、NaOH(分析純),天津德恩化學(xué)試劑有限公司;濃鹽酸(分析純),國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;NaN3(純度>99%),Sigma公司。出于防腐目的,所有制備的水相均含有0.02%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的NaN3。

1.2 儀器與設(shè)備

高壓均質(zhì)機(jī),上海臺(tái)馳輕工裝備有限公司;DHR-2流變儀,沃特世科技(上海)有限公司;Leica-DM2000型光學(xué)顯微鏡,瑞士Leica Microsystems公司;Batersize 2600激光粒度儀、BeNano 180 Zeta納米粒度及Zeta電位分析儀,丹東百特有限公司;HJ-6A磁力加熱攪拌器,常州金壇儀器制造有限公司;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,鞏義予華儀器有限責(zé)任公司;PHS-3E臺(tái)式 pH計(jì),上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司;BCD-312 WDPV冰箱,青島海爾股份有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 植物甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液的制備

油相:制備10.0 g油凝膠,其中含16%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的凝膠劑。準(zhǔn)確稱取8.4 g牡丹籽油,加熱攪拌至80 ℃,然后將1.6 g不同配比的復(fù)合凝膠劑(甾醇與卵磷脂質(zhì)量比分別為5∶5、6∶4、7∶3和8∶2)分別加入已經(jīng)預(yù)熱的牡丹籽油中,繼續(xù)加熱攪拌直至完全溶解(約20 min)。

水相:將2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的OSA淀粉溶于緩沖液中,磁力攪拌至完全溶解,并將其于4 ℃靜置12 h,使淀粉粒子充分水合。所用緩沖溶液為1/15 mol/L的緩沖液:V(Na2HPO4)∶V(KH2PO4)=7∶3,pH值為7.17。

凝膠乳液制備:將20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))油相與80%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的水相均加熱至60 ℃,利用手持式高速分散器(3 000 r/min)預(yù)均質(zhì)2 min,然后將其送入兩級(jí)高壓均質(zhì)機(jī)中,在300 bar的壓力下再次均質(zhì)3 min,即可得到色澤均勻的乳液。乳液加入0.02%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaN3作為抑菌劑,然后放置于4 ℃冰箱冷藏待測(cè)。

1.3.2 油凝膠乳液的顯微鏡觀察

用漩渦振蕩器混合均勻后將乳液滴于載玻片上,蓋上蓋玻片,采用光學(xué)顯微鏡觀察液滴形態(tài)(10倍鏡),并用顯微鏡上連接的數(shù)字圖像處理軟件動(dòng)態(tài)獲取液滴分布圖像。

1.3.3 油凝膠乳液粒徑的測(cè)定

評(píng)價(jià)乳化液穩(wěn)定性的最常用方法是測(cè)定乳化液的粒徑。采用Bettersize2600激光粒度分布儀測(cè)定乳液液滴的粒徑。將乳液逐滴加入樣品池中,直到混合溶液的遮光度達(dá)到10%～20%。測(cè)定條件:以水作為分散劑(折射率為1.45),分散劑折射率為1.33,循環(huán)轉(zhuǎn)速為1 200 r/min。每個(gè)樣品測(cè)量3次,記錄樣品的粒徑分布及平均粒徑值。

1.3.4 油凝膠乳液Zeta電位的測(cè)定

Zeta電位是預(yù)測(cè)乳液穩(wěn)定性的重要指標(biāo)[10]。采用Zeta納米粒度及Zeta電位分析儀于25 ℃測(cè)定植物甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液的Zeta電位。取適量凝膠乳液,用去離子水稀釋后,取大約1 mL樣品于樣品池中,進(jìn)行Zeta電位的測(cè)定。測(cè)定條件:測(cè)量溫度25 ℃,平衡時(shí)間1 min,每個(gè)樣品測(cè)定3次,取平均值。

1.3.5 pH對(duì)油凝膠乳液穩(wěn)定性的影響

將1.3.1節(jié)制備好的4種凝膠乳液分裝于5 mL的玻璃瓶中,每管大約4 mL,并標(biāo)號(hào)。配制0.1 mol/L的HCl溶液和0.1 mol/L的NaOH溶液,來(lái)調(diào)節(jié)凝膠乳液的pH值。原乳液的pH值為7.17。將乳液樣品的pH值分別調(diào)至3、4、5、6、7、8、9,并混合均勻,測(cè)定樣品的粒徑和Zeta電位,由此來(lái)評(píng)估凝膠乳液的穩(wěn)定性。

1.3.6 鹽離子對(duì)油凝膠乳液穩(wěn)定性的影響

使用飽和NaCl、CaCl2、AlCl3溶液將甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液稀釋10 倍,使得最終濃度為100、200、300、400、500 mmol/L,測(cè)定鹽離子處理后樣品的粒徑和Zeta電位,采用平均粒徑圖、粒徑分布圖等來(lái)評(píng)估乳液在不同離子強(qiáng)度下的穩(wěn)定性。

1.3.7 熱處理對(duì)油凝膠乳液穩(wěn)定性的影響

將1.3.1節(jié)制備好的4種凝膠乳液分裝于10 mL離心管中,每管大約8 mL,進(jìn)行水浴加熱。加熱溫度分別為40、60、80、100 ℃,加熱時(shí)間30 min。將熱處理后的樣品混合均勻,并測(cè)定其粒徑及Zeta電位。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

樣品均平行測(cè)定3次,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差的形式表示。應(yīng)用Excel 2016和Origin 2021軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液的基本特征

高壓均質(zhì)過(guò)程中,均質(zhì)腔內(nèi)產(chǎn)生高速剪切、空化和撞擊等破壞作用,打破油水界面,OSA淀粉分子中親水的羧酸基團(tuán)會(huì)伸向水中,疏水的辛烯基長(zhǎng)鏈會(huì)嵌入油中,而復(fù)雜的多糖長(zhǎng)鏈則會(huì)在油水界面上展開,形成一層致密、連續(xù)、厚實(shí)的界面膜。這層膜結(jié)構(gòu),不僅可以增加油水界面的強(qiáng)度,還有很強(qiáng)的空間位阻效應(yīng),使顆粒間不容易因碰撞而發(fā)生聚集[11],從而起到穩(wěn)定甾醇-卵磷脂-油凝膠乳液的作用。

利用高壓均質(zhì)機(jī)制備了4種(甾醇與卵磷脂質(zhì)量比為5∶5、6∶4、7∶3、8∶2)甾醇-卵磷脂-油凝膠乳液(簡(jiǎn)稱分別為E55、E64、E73、E82),它們的粒徑主要分布在0.1～10 μm,呈單峰分布(圖1),平均粒徑D[4,3]分別為1.079、1.957、2.871、3.601 μm,中位徑D50分別為0.832、1.601、2.196、2.303 μm(表1)。植物甾醇與卵磷脂的質(zhì)量比從5∶5增加到8∶2,相應(yīng)乳液的粒徑跨度由1.776增加到2.915(表1;跨度越小,代表粒度越均勻、尺寸一致性高)。結(jié)合光學(xué)顯微鏡觀察(圖2)可知,E55和E64乳液液滴大小均勻,尺寸一致性高;而E73和E82密集分布著各種尺寸的球形液滴,尺寸一致性較低,這與乳液的粒徑測(cè)定結(jié)果相符。乳液的粒徑和分散性是由均質(zhì)空化作用所產(chǎn)生的高剪切力(能量輸入)和乳液流變學(xué)特性共同決定[12]。在能量足夠打破原有相平衡條件下,油相中凝膠劑的比例對(duì)乳液粒徑和分散性產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)甾醇與卵磷脂質(zhì)量比由5∶5增加到8∶2時(shí),即在較大量甾醇與少量的晶體改良劑(卵磷脂)復(fù)配的情況下,牡丹籽油凝膠中形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊密,其熔點(diǎn)、硬度和黏度也隨之增加[13-14],因此當(dāng)不同強(qiáng)度的油凝膠受到同等能量的輸入時(shí),結(jié)構(gòu)緊密的油凝膠不易分散成小顆粒,從而產(chǎn)生粒徑更大的乳液液滴。

表1 牡丹籽油凝膠乳液的粒徑及Zeta電位Table 1 Particle size and Zeta potential value of peony seed oleogel emulsion

a-E55;b-E64;c-E73;d-E82圖1 牡丹籽油凝膠乳液的粒徑分布Fig.1 Particle size distribution of peony seed oleogel emulsion

a-E55;b-E64;c-E73;d-E82圖2 牡丹籽油凝膠乳液的微觀形貌(10×)Fig.2 Microtopography of peony seed oleogel emulsion (10×)

樣品的Zeta電位大小決定液體中粒子是穩(wěn)定存在還是趨向于絮凝(粘連在一起)。在乳液中,顆粒所帶電荷的情況是影響顆粒之間是否會(huì)絮凝和/或結(jié)合的一個(gè)重要因素。如表1所示,本試驗(yàn)制備的4種凝膠乳液均表現(xiàn)出良好的物理穩(wěn)定性。4種油凝膠乳液具有較高的負(fù)電荷且大小相近,這是因?yàn)镺SA淀粉的酯化改性是在堿性條件下完成,酯化反應(yīng)為玉米淀粉納米顆粒的表面連接了疏水性辛烯基琥珀酸酯基團(tuán),致使淀粉顆粒帶負(fù)電[11]。

2.2 pH對(duì)甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液粒徑的影響

食品和飲料的pH值是影響產(chǎn)品口感和保質(zhì)期的重要指標(biāo),如常見的飲料中有酸性的碳酸飲料和乳飲料,也有弱堿性的功能飲料。因此,有必要研究pH值對(duì)凝膠乳液穩(wěn)定性的影響,這對(duì)其后續(xù)在不同pH食品體系中的應(yīng)用具有重要的意義。將4種凝膠乳液的pH值分別調(diào)至3、4、5、6、7、8、9,對(duì)其粒徑進(jìn)行測(cè)定,所得粒徑分布圖及平均粒徑如圖3和圖4所示。

a-E55;b-E64;c-E73;d-E82圖3 pH對(duì)牡丹籽油凝膠乳液粒徑分布的影響Fig.3 Effect of pH on particle size distribution of peony seed oleogel emulsion

a-E55;b-E64;c-E73;d-E82圖4 pH對(duì)牡丹籽油凝膠乳液平均粒徑的影響Fig.4 Effect of pH on the average particle size of peony seed oleogel emulsion注:不同小寫字母代表4種油凝膠乳液差異顯著(P<0.05)(下同)。

原始乳液(pH 7.1)經(jīng)酸(pH 3～6)處理后,粒徑分布(圖3)發(fā)生顯著變化,平均粒徑(圖4)均呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。在pH 3環(huán)境下,4種凝膠乳液的平均粒徑是原始乳液平均粒徑的1.33、1.29、1.25、1.23倍,平均粒徑增長(zhǎng)幅度均大于20%。相比而言,E82油凝膠乳液的耐酸性更好。在弱堿環(huán)境下,凝膠乳液的粒徑分布(圖3)及平均粒徑(圖4)與原始乳液相比均未發(fā)生顯著變化。淀粉在酸性條件下發(fā)生質(zhì)子化,H+很容易與OSA淀粉分子結(jié)構(gòu)中的R-COO-相互吸附,導(dǎo)致油水界面膜表面電負(fù)性減弱,OSA淀粉分子間的靜電排斥效應(yīng)減弱,單個(gè)分子占有空間縮小,更多游離的OSA分子被吸附到界面處,進(jìn)而導(dǎo)致粒徑增大。由于OSA改性淀粉在堿性條件(pH 8～9)下分子中的R-COO-基團(tuán)會(huì)不斷發(fā)生電離,乳液油水界面膜表面的負(fù)電荷增多,靜電斥力增大,使OSA淀粉分子充分伸展,單個(gè)分子在油水界面所占有的空間范圍變大,此時(shí)界面膜的空間位阻效應(yīng)阻攔體系中游離態(tài)的OSA淀粉分子的進(jìn)一步吸附[15],因此弱堿環(huán)境對(duì)牡丹籽油凝膠乳液的粒徑?jīng)]有顯著影響。這與楊貴妃等[16]對(duì)OSA淀粉乳液pH穩(wěn)定性的研究結(jié)果類似?？傊?經(jīng)不同pH處理的4種凝膠乳液均未發(fā)生明顯的相分離情況,其中酸性環(huán)境會(huì)使凝膠乳液分散相顆粒增大,對(duì)乳液的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的不利影響,而弱堿性條件下乳液分散相顆粒無(wú)顯著變化,乳液穩(wěn)定性好。

2.3 pH對(duì)甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液Zeta電位的影響

為了進(jìn)一步分析pH對(duì)牡丹籽油凝膠乳液穩(wěn)定性的影響,對(duì)其Zeta電位進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果如表2所示。不同pH條件下,液滴表面的Zeta電位始終為負(fù)值,當(dāng)pH值從7至3依次遞減時(shí),4種油凝膠乳液液滴表面的Zeta電位絕對(duì)值均有不同程度的減小,其中E82的Zeta電位絕對(duì)值從32.06 mV減小到28.31 mV,減小幅度為11.70%,而E55的減小幅度最大,為17.54%;當(dāng)pH值從7增大到9時(shí),4種凝膠乳液的Zeta電位絕對(duì)值均有增大的趨勢(shì),其中E55的Zeta電位絕對(duì)值由32.78 mV增加到34.51 mV,增長(zhǎng)幅度達(dá)5.27%,而E82的增長(zhǎng)幅度最大,為6.39%。以上結(jié)果說(shuō)明pH對(duì)植物甾醇-卵磷脂牡丹籽油凝膠乳液的Zeta電位影響顯著,這是由于pH能影響陰離子型乳化劑(OSA淀粉)在水溶液中的解離,改變其在界面膜表面的吸附性能[17],進(jìn)而影響液滴表面的Zeta電位。酸性條件下,H+與帶負(fù)電的淀粉分子結(jié)合,導(dǎo)致乳化界面膜表面負(fù)電荷減少,電位絕對(duì)值也隨之減小,進(jìn)而對(duì)油凝膠乳液的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的不利影響。在弱堿條件下(pH 8～9),分子結(jié)構(gòu)中的R-COO-會(huì)不斷發(fā)生電離,乳液液滴表面的負(fù)電荷增多,電位絕對(duì)值增大[15],使乳液穩(wěn)定性增強(qiáng)。

表2 pH對(duì)牡丹籽油凝膠乳液Zeta電位的影響Table 2 Effects of pH on Zeta potential of peony seed oleogel emulsion

2.4 鹽離子對(duì)植物甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液粒徑的影響

鹽離子是影響乳液穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素,本研究考察了常見一價(jià)、二價(jià)和三價(jià)離子(Na+、Ca2+、Al3+)及離子強(qiáng)度(0～500 mmol/L)對(duì)凝膠乳液(pH 7.17)穩(wěn)定性的影響,結(jié)果如圖5～圖8所示。

a-NaCl;b-CaCl2;c-AlCl3圖5 不同鹽離子及離子強(qiáng)度對(duì)牡丹籽油凝膠乳液平均粒徑的影響Fig.5 Effects of different salt ions and ion concentrations on average particle size of peony seed oleogel emulsion

a-E55;b-E64;c-E73;d-E82圖7 CaCl2濃度對(duì)牡丹籽油凝膠乳液粒徑分布的影響Fig.7 Effect of CaCl2 concentration on particle size distribution of peony seed oleogel emulsion

圖5顯示了不同離子強(qiáng)度的NaCl、CaCl2、AlCl3對(duì)植物甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液(pH 7.17)平均粒徑的影響。當(dāng)Na+濃度由0 mmol/L增大到100 mmol/L 時(shí),凝膠乳液分散相的平均粒徑略微增大(圖5-a),粒徑增長(zhǎng)幅度均不超過(guò)10%,當(dāng)Na+濃度由100 mmol/L增大到500 mmol/L時(shí),E55和E64組的平均粒徑未發(fā)生顯著變化,而E73和E82組發(fā)生變化,但粒徑增幅均在10%以內(nèi)。經(jīng)NaCl處理(100～500 mmol/L)的乳液的粒徑分布(圖6)變化不明顯,均呈單峰分布,粒徑一致性高。從圖5-b可以看出,Ca2+對(duì)凝膠乳液的影響程度大于Na+。當(dāng)Ca2+濃度從0 mmol/L增加到100 mmol/L時(shí),4種凝膠乳液的粒徑分別由1.079、1.957、2.871、3.601 μm增長(zhǎng)到了1.423、2.211、3.492、5.502 μm,粒徑增長(zhǎng)幅度均大于20%。當(dāng)Ca2+濃度進(jìn)一步增加(100～500 mmol/L)時(shí),4種凝膠乳液的分散相粒徑均呈增加趨勢(shì),增加幅度分別為22.34%、23.92%、23.71%和27.17%。相較而言,Al3+的添加對(duì)凝膠乳液分散相的粒徑分布及平均粒徑均有極顯著影響(圖5-c和圖8)。隨著Al3+濃度的增大,粒徑分布(圖8)發(fā)生明顯右移;當(dāng)Al3+由0 mmol/L增加到500 mmol/L時(shí),E55、E64、E73和E82的平均粒徑增長(zhǎng)倍數(shù)分別為19.68、15.68、10.88和11.20,平均粒徑顯著增大。

綜上,鹽離子種類對(duì)凝膠乳液粒徑的影響強(qiáng)弱順序?yàn)?Al3+>Ca2+>Na+。Na+對(duì)凝膠乳液粒徑的影響較弱,這可能與Na+對(duì)乳液油水界面膜的靜電排斥力影響較小有關(guān)。Ca2+對(duì)乳液粒徑有一定影響,這主要是Ca2+的添加減小了陰離子淀粉分子之間的靜電排斥力,增加了淀粉分子間發(fā)生締合的可能性,使得分散相表面聚集的淀粉分子增加[18],粒徑增加。相較而言,Al3+具有典型的缺電子結(jié)構(gòu),能和淀粉中的羥基發(fā)生強(qiáng)配位效應(yīng)[19],形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu),生成絡(luò)合物,致使凝膠乳液粒徑極顯著增大,這可能會(huì)對(duì)乳液穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。

2.5 鹽離子對(duì)植物甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液Zeta電位的影響

Zeta電位的變化反映了顆粒表面帶電基團(tuán)數(shù)量和密度的差異[20]。由圖9可知,隨著3種鹽離子(Na+、Ca2+、Al3+)濃度的增加,4種油凝膠乳液的Zeta電位均呈顯著的增加趨勢(shì)。其中,當(dāng)Na+從0 mmol/L增加到500 mmol/L時(shí),4種油凝膠乳液的Zeta電位絕對(duì)值從32.78、30.37、31.64、32.06 mV分別減小到20.79、21.97、22.52、24.85 mV,電位絕對(duì)值減小了36.58%、27.67%、28.84%、22.49%。當(dāng)Ca2+從0 mmol/L增加到500 mmol/L時(shí),4種油凝膠乳液的Zeta電位分別減小到2.55、0.37、0.36、1.03 mV,電位絕對(duì)值減小了92.22%、98.78%、98.83%、96.78%。當(dāng)Al3+從0 mmol/L增加到500 mmol/L時(shí),Zeta電位絕對(duì)值減小到26.48、29.92、30.15、28.64?？傮w而言,鹽離子(Na+、Ca2+、Al3+)對(duì)油凝膠乳液的Zeta電位均有顯著影響,當(dāng)鹽離子濃度在從0 mmol/L增加到500 mmol/L時(shí),4種油凝膠乳液的Zeta電位均在不斷增大,但未發(fā)生破乳現(xiàn)象。

a-NaCl;b-CaCl2;c-AlCl3圖9 鹽離子濃度對(duì)牡丹籽油凝膠乳液Zeta電位的影響Fig.9 Effect of salt ions concentration on Zeta potential of peony seed oil oleogel emulsion

綜合2.4節(jié)和2.5節(jié)可知,鹽離子對(duì)凝膠乳液穩(wěn)定性的影響是Zeta電位和分散相粒徑變化共同作用的結(jié)果。通常而言,分散相粒徑的增大會(huì)對(duì)乳液的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響,而Zeta電位絕對(duì)值的增加則會(huì)對(duì)乳液的穩(wěn)定性起到有益的作用[21-22]。在本研究中,Al3+對(duì)油凝膠乳液Zeta電位和分散相粒徑的影響最大,當(dāng)其添加濃度從0 mmol/L增加到500 mmol/L時(shí),4種凝膠乳液分散相粒子平均粒徑從1.079、1.957、2.871、3.601 μm分別增加到21.23、30.68、31.00、40.35 μm,Zeta電位從-32.78、-30.37、-31.64、-32.06 mV分別增加到26.48、29.92、30.15、28.64 mV;此情況下乳液并沒有隨著分散相粒徑的增大而失穩(wěn),這與乳液Zeta電位絕對(duì)值較高,粒子間的靜電斥力較大,阻礙粒子相互靠近和絮凝有關(guān)[23]。當(dāng)Ca2+濃度為500 mmol/L時(shí),4種油凝膠乳液Zeta電位絕對(duì)值較小,分別為2.55、0.37、0.36、1.03 mV,此情況下乳液也并未發(fā)生明顯的破乳現(xiàn)象,這可能與由OSA淀粉形成的乳化界面膜的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定有關(guān),其更深層次的機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。Na+的添加對(duì)油凝膠乳液Zeta電位有顯著影響,這是由于Na+與體系中帶負(fù)電的淀粉分子發(fā)生靜電吸引,且隨著Na+濃度的增加,體系中更多的負(fù)電荷被中和,導(dǎo)致乳液的Zeta電位逐漸增大(電位絕對(duì)值減小)。

2.6 熱處理對(duì)植物甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液粒徑的影響

溫度是影響乳液穩(wěn)定性最為重要的參數(shù)。當(dāng)溫度由4 ℃增加到40 ℃時(shí),油凝膠乳液的粒徑分布圖幾乎重疊(圖10),平均粒徑(表3)無(wú)明顯變化;當(dāng)溫度達(dá)60 ℃時(shí),其粒徑分布均發(fā)生明顯右移,甚至出現(xiàn)多峰現(xiàn)象(如圖10-b、圖10-d),表明雖然主要粒徑分布仍在1～10 μm,但乳液中大粒徑顆粒的比例明顯增多。與4 ℃相比,經(jīng)60 ℃處理的油凝膠乳液的平均粒徑顯著增大(表3),其平均粒徑分別是1.987、2.860、3.549、4.302 μm,是原始乳液的1.84、1.46、1.23、1.19倍,但未發(fā)生破乳現(xiàn)象;經(jīng)80 ℃和100 ℃處理的樣品均發(fā)生明顯的破乳現(xiàn)象,油脂漂浮在上層,這主要是由于高溫破壞了界面膜的結(jié)構(gòu),使得油相外泄并聚集,因此該情況下不進(jìn)行粒徑及Zeta電位的測(cè)定。

表3 熱處理后牡丹籽油凝膠乳液的平均粒徑Table 3 Average particle size of peony seed oil oleogel emulsion after heat treatment

a-E55;b-E64;c-E73;d-E82圖10 熱處理后牡丹籽油凝膠乳液的粒徑分布Fig.10 Particle size distribution of peony seed oil oleogel emulsionion after heat treatment

與4、40 ℃相比,在較高溫度條件(60 ℃)下,粒子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)加劇,OSA淀粉分子乳化性降低[24];同時(shí),由于溫度升高,作為連續(xù)相的淀粉溶液黏度降低,分散相(牡丹籽油凝膠)聚結(jié)的可能增大。綜合溫度對(duì)黏度和粒子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的雙重作用[10],最終所得乳液的粒徑顯著增大。當(dāng)甾醇與卵磷脂的質(zhì)量比由5∶5增加到8∶2時(shí),油凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊密,熔點(diǎn)更高,熱穩(wěn)定性更好,因此凝膠乳液的熱穩(wěn)定性由高到低依次為E82>E73>E64>E55(圖10)。

2.7 熱處理對(duì)植物甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液Zeta電位的影響

表4顯示了4種凝膠乳液在不同溫度(4～60 ℃)下平衡30 min后乳液油滴表面的Zeta電位。結(jié)果表明,溫度升高,凝膠乳液的Zeta電位絕對(duì)值減小,乳液穩(wěn)定性降低。當(dāng)溫度由4 ℃升高至40 ℃時(shí),4種凝膠乳液的Zeta電位絕對(duì)值分別從32.78、30.37、31.65、32.06 mV減小到28.01、27.29、28.66、28.89 mV,絕對(duì)值分別減小14.55%、10.14%、9.44%、9.01%。當(dāng)溫度由40 ℃升高至60 ℃時(shí),4種油凝膠乳液的Zeta電位絕對(duì)值分別減小20.34%、15.83%、13.15%、10.49%。這是由于隨著溫度升高,OSA淀粉分子在水溶液中呈舒展?fàn)顟B(tài),其溶解度增大,且淀粉分子從界面逃逸的趨勢(shì)增加,使得OSA淀粉在油滴表面的吸附量減小,因而隨著溫度升高,導(dǎo)致油滴表面負(fù)電荷減少,Zeta電位增大(電位絕對(duì)值減小),穩(wěn)定性降低。張?jiān)吹萚15]用酯化淀粉乳化劑制備了高效氯氟氰菊酯水包油乳液,其乳液熱穩(wěn)定結(jié)果與本文相似。

表4 熱處理后牡丹籽油凝膠乳液的Zeta電位 單位:mVTable 4 Zeta potential of peony seed oil oleogel emulsion after heat treatment

3 結(jié)論

本研究制備了植物甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液,并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)估。酸處理會(huì)導(dǎo)致油凝膠乳液分散相粒徑和Zeta電位顯著增大(電位絕對(duì)值減小),而弱堿(pH 7～9)處理乳液粒徑則保持不變,Zeta電位絕對(duì)值增加;在pH 3～9乳液均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性,但弱堿條件下其穩(wěn)定性更高。金屬離子(Na+、Ca2+、Al3+)及其添加濃度的增加會(huì)導(dǎo)致凝膠乳液分散相粒徑和Zeta電位增大,其中Al3+的影響最為顯著,Ca2+次之,Na+的影響較弱;在本研究中,凝膠乳液在3種金屬離子的作用下,均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性,未發(fā)生明顯的破乳現(xiàn)象。油凝膠乳液對(duì)溫度相對(duì)較敏感,在低溫區(qū)(4～40 ℃)乳液穩(wěn)定性良好;經(jīng)60 ℃處理30 min,乳液粒徑增大,Zeta電位絕對(duì)值減小,但乳液仍表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性;經(jīng)過(guò)高溫(80～100 ℃)處理30 min,油凝膠乳液會(huì)發(fā)生破乳現(xiàn)象。此外,隨著凝膠劑中植物甾醇比例的增加,牡丹籽油凝膠中形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊密,凝膠乳液的熱穩(wěn)定性最佳。本研究為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化型牡丹籽油凝膠乳液的制備及其在不同食品體系中的應(yīng)用提供技術(shù)參考,同時(shí)也為后續(xù)進(jìn)一步探討凝膠乳液中α-亞麻酸、植物甾醇和卵磷脂的生物利用度提供必要基礎(chǔ)。