食品級水包油型月見草油微乳的穩定性研究

吳紅艷，孫長豹，劉 寧，劉 軍，宮春宇

（1.東北農業大學食品學院，乳品科學教育部重點實驗室，黑龍江哈爾濱150030；2.齊齊哈爾大學食品與生物工程學院，黑龍江齊齊哈爾161006）

微乳液（m icroemulsion，ME）是由水、油和表面活性劑與助表面活性劑組成的光學上各向同性，熱力學上穩定的體系[1-3]。在醫藥領域上，微乳常作為藥物載體，可提高藥物尤其是親脂性藥物的溶解性[4-6]，提高藥物的穩定性及生物利用度[7]，從而增加藥物的療效。近年來，多不飽和脂肪酸對人體健康的作用越來越被人們所重視。但大多數的多不飽和脂肪酸氣味差、不溶于水，且高度的不飽和性也決定了它對氧氣、光及熱都極為敏感，容易發生氧化反應進而影響功效發揮，并產生對人體有害的氧化產物。另外食品中許多脂溶性食品功能因子都具有多種有益于人類健康的生理功能。但這些功能因子存在水溶性差，易被氧化，不穩定等缺點，同樣也影響到他們在食品中的使用。月見草油主要是來自月見草種子，經低溫壓榨精制而成的，主要含有飽和脂肪酸，亞油酸，α-亞麻酸，γ-亞麻酸等人體所必需的營養成分。具有降低血脂，血糖，抗氧化和抗炎的作用[8-9]。月見草油制成微乳后，它的營養成分更易于被吸收利用[10]，同時月見草油微乳還可作為其他不穩定的或難溶性的營養元素或藥物的載體，增加他們的吸收和利用率。目前以長鏈不飽和脂肪酸為油相的微乳液研究還相對較少。本文研制的食品級微乳，是以月見草油為油相，食品添加劑中允許使用的吐溫80和月桂酸為表面活性劑，其具有毒性小，易被人體吸收的優勢。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

吐溫-80、月桂酸、蘇丹Ⅱ 國藥集團化學試劑有限公司；月見草油 長白山保護開發區長白工坊生態產品有限公司；實驗中所用水 為超純水。

S-4300型掃描電子顯微鏡日本HITACHI公司；Nano-ZS90型馬爾文粒徑分析儀 英國馬爾文儀器有限公司；TU-1901型雙光束紫外可見分光光度計 北京普析儀器有限責任公司；C-MAG HS 4型數顯型磁力攪拌器 德國IKA；DL-360E型智能超聲波清洗器 江蘇省昆山市超聲儀器有限公司；Heal Force PW系列超純水器 力新儀器上海有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 微乳電鏡觀察 采用透射電鏡觀察微乳形態。將微乳稀釋100倍，滴加約2μL在銅網上，自然晾干，用2%的磷鎢酸進行負染，15min后吸取多余液體上電鏡觀察其形態。

1.2.2 包封率的測定 將過量的蘇丹Ⅱ溶解于月見草油中，離心取上層清液。將含有蘇丹Ⅱ的月見草油按1.2.1方法制備含蘇丹Ⅱ的微乳。取載蘇丹Ⅱ的微乳0.1m L，加無水乙醇稀釋至50m L，采用紫外分光光度計法測得微乳中蘇丹Ⅱ的總濃度（C0），取同一微乳液10m L，加0.5g硫酸銨，適當的振動混勻，放入70℃的水中間斷超聲30m in后25℃離心（10000r/m in）1h可分離得水相和油相。從而達到破乳的作用，取上清液0.1m L，加無水乙醇稀釋至50m L，采用紫外分光光度計測得被包封蘇丹Ⅱ的濃度（C1）。按照公式計算蘇丹Ⅱ微乳中對蘇丹Ⅱ的質量包封率：EE（%）=C1/C0×100。

1.2.3 粒徑的測定 將樣品稀釋10倍后放入馬爾文粒徑分析儀中進行自動測量，參數設定：散射角90°，吸光度值0.010，粘度（cP）0.8872，分散相為水。

1.3 數據處理

每個實驗重復三次，結果表示為平均數±SD，擬三元相圖采用origin8.0軟件繪制。

2 結果與討論

2.1月見草油微乳的制備

經過前期實驗確定微乳配方。以吐溫-80與月桂酸按10∶1比例配制混合表面活性劑。分別取混合表面活性劑與月見草油的質量比為9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9，將二者在磁力攪拌器上混和均勻。在恒定溫度（25℃）及轉速下，逐滴加入純水，觀察微乳的變化，記錄相變點所加入的水量。根據月見草油、表面活性劑，水所占的百分比繪制擬三元相圖。

圖1顯示在Tween80/月桂酸/水/月見草油四組分微乳體系的擬三元相圖中可以分為六個區。其中油包水（W/O）、液晶相（LC）、水包油（O/W）和雙連續相（B.C.）為單相區，E區乳濁液為兩相區。在稀釋線T82到T91之間均可形成U型微乳，也就是微乳體系會隨著水量的增大從W/O型轉變為O/W型的微乳。對于液晶區劃分，實驗中發現有時體系的黏度非常大，呈凝膠狀，但卻觀察不到雙折射現象，此時體系形成的是立方型的液晶相無雙折射性質，而層狀和六方具有雙折射性質。所以圖中液晶區是依靠偏光顯微鏡和實驗現象確定的，而雙連續相（B.C.）是根據電導率測定結果劃分的。圖中T91、T82為兩條稀釋線，以下實驗即考察這兩條稀釋線上的水包油型微乳液的穩定性。

圖1 吐溫80/月桂酸/月見草油/水體系的擬三元相圖Fig.1 The pseudo-ternary phase diagram of Tween80/Lauric acid/Evening primrose oil/Water

2.2 微乳的形態觀察

圖2是采用負染技術后通過透射電鏡觀察到微乳粒子的形態。照片中可以清晰的看到微乳粒子大多呈現圓形。其中外層為水相，被磷鎢酸染成黑色，光線透不過去，內部為油相，光可以透過去形成一個亮點，符合微乳是O/W型的結構特點。粒子大小比較均一。

圖2 微乳的透射電鏡圖（150000×）Fig.2 Electro-microscopic images ofmicroemulsion（150000×）

2.3 pH對粒徑的影響

微乳的穩定性取決于體系中的內因如油相的結構，表面活性劑的種類及含量等和外界因素。通過粒徑，包封率考察微乳液的穩定性。

前期實驗中確定混合表面活性劑和月見草油的比例為8∶2和9∶1兩種配方制備微乳，分別用HCl和NaOH將微乳的pH調節到3～9，將調整后的微乳于室溫下放置6d，觀察微乳的狀態，分別于第3、6d測定微乳的粒徑，實驗結果如下：

在不同的pH條件下，微乳的粒徑隨著放置時間和含油量不同而發生變化。由圖3、圖4可知，剛調節pH的微乳在隨后的測定中粒徑是沒有明顯變化的，但隨著放置時間的延長，微乳的狀態和粒徑都發生了不同的改變。對于含油量較高的8∶2微乳，當pH在5～8時粒徑變化不大，微乳相對穩定，無分層現象。而當pH＜5，微乳的粒徑明顯變大，放置6d后微乳液變得渾濁，pH＞8時微乳液的粒徑變化不大，但微乳液失去乳光，并有白色物質析出。而對于含油量相對較低的9∶1微乳，pH5～7時微乳粒徑變化小，穩定性較好，外觀無明顯變化。pH對微乳粒徑的影響主要取決于酸和堿對表面活性劑和油的之間相互作用。吐溫-80（聚氧乙烯脫水山梨醇油酸酯）屬于酯類，為非離子型表面活性劑，月桂酸是直鏈飽和脂肪酸，（二者比例9∶1）添加量較少，可以忽略。吐溫80和月見草油都是脂類物質，在水中不能夠離解成離子，因此不帶電荷，酸堿無法直接作用，故弱酸弱堿對微乳體系的影響較小。但在強酸、強堿下酯可以發生水解反應和皂化反應，這兩種反應都破壞酯的結構，使溶解性發生改變，從而導致微乳中界面膜發生變化，微乳的穩定性隨之改變。相比較而言由于8∶2的微乳含油量較高，界面膜改變對其穩定性的影響更明顯一些。因此以吐溫80和月桂酸為表面活性劑的微乳體系的最佳pH為5～7。

圖3 pH對8∶2微乳粒徑的影響Fig.3 pH-dependence of themean particle diameter of 8∶2microemulsion

圖4 pH對9∶1微乳粒徑的影響Fig.4 pH-dependence of themean particle diameter of 9∶1microemulsion

2.4 溫度及含油量對粒徑及包封率的影響

選擇不同配方的含有蘇丹Ⅱ的水包油型微乳在60℃下進行貯存30d，每5d取樣測定，通過粒徑和包封率來考察含油量對微乳穩定性的影響，實驗結果如圖5所示。

圖5 含油量對水包油型微乳的穩定性的影響Fig.5 Effect of the oil content on the stability of O/Wmicroemulsions

如圖5中所示兩種微乳在60℃下貯存時，平均粒徑變化趨勢基本一樣，先增大隨后減小，包封率隨著時間延長呈明顯下降趨勢。說明水包油型微乳體系穩定性受溫度影響比較大，主要是由于使用了大量的非離子表面活性劑，溫度升高，非離子表面活性劑與水分子形成的氫鍵作用強度減弱[11]，親水作用下降，界面張力減小，增加微粒之間的有效碰撞概率，導致粒徑變大。融合后的粒子不穩定，粒徑增大到一定程度后粒子破壞，使包封的油相泄漏，導致了蘇丹Ⅱ包封率的下降，粒徑也明顯減小。9∶1和8∶2微乳分別在貯藏第9、6d后出現渾濁，分層現象。放置30d后兩種微乳粒徑變小，包封率下降，外觀也均不能恢復到原來的狀態。因此這兩種水包油型微乳均不適宜在高溫環境下貯存。

圖6 貯存溫度對微乳的穩定性影響Fig.6 Effectof temperature on the stability ofmicroemulsions

圖6是以穩定性相對較好的9∶1型微乳為例考察水包油型微乳在冷藏4℃和室溫20℃下的穩定性。由圖6可知，9∶1微乳分別在4℃和20℃下放置30d后，月見草油微乳的粒徑由（98.71±5.12）nm增加到（110.4± 4.32）、（116.7±5.83）nm，即隨著貯存時間的延長粒徑稍有增大，且在這兩個溫度下粒徑差異不顯著。月見草油微乳的包封率由93.95%稍有下降至92.21%（4℃），91.89%（20℃）。因此，對于混合表面活性劑與月見草油為9∶1的水包油型微乳，在室溫和冷藏條件下貯存30d，微乳仍保持良好的穩定性，包封率均達到90%以上。

3 結論

以月見草油為油相，吐溫80與月桂酸為表面活性劑制備可無限稀釋食品級微乳。通過透射電鏡觀察微乳形態，微乳液粒子的大小比較均一，形態大多呈現圓形。分別對微乳的外觀、粒徑、包封率進行檢測，發現9∶1微乳穩定性好于8∶2微乳，在4℃和20℃條件下放置30d后，微乳液的包封率變化較小，放置期間未出現分層、破乳現象，穩定性良好。

[1]Garti N，Yaghmur A，Leser ME，Clement V，et al.Improved oil solubilization in oil/water food grade microemulsions in the presence of polyols and ethanol[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2001，49（5）：2552-2562.

[2]Leser ME，Sagalowicz L，MichelM，Watzke HJ.Self-assembly ofpolar food lipids[J].Advances in Colloid and Interface Science，2006，123：125-136.

[3]Lesmes U，McClements DJ.Structure-function relationships to guide rationaldesign and fabrication ofparticulate food delivery systems[J].Trends in Food Science&Technology，2009，20（10）：448-457.

[4]Velikov KP，Pelan E.Colloidal delivery systems formicronutrients and nutraceuticals[J].Soft Matter，2008，4（10）：1964-1980.

[5]Zheng M-Y，Liu F，Wang Z-W，Baoyindugurong J-H.Formation and characterization of self-assembling fish oil microemulsions[J].Colloid Journal，2011，73（3）：319-326.

[6]Kreilgaard M， Pedersen EJ，Jaroszewski JW.NMR characterisation and transdermal drug delivery potential of microemulsion systems[J].Journal of Controlled Release，2000，69（3）：421-433.

[7]張楠，周宏兵，全東琴.自微乳釋藥系統提高藥物生物利用度的機理與應用[J].中國醫藥生物技術，2009，4（1）：47-50.

[8]Palombo JD，DeMichele SJ，Liu J-W，et al.Comparison of growth and fatty acid metabolism in rats fed diets containing equal levels ofγ-linolenic acid from highγ-linolenic acid canola oil or borage oil[J].Lipids，2000，35（9）：975-981.

[9]Ponnala S，Rao KP，Chaudhury JR，et al.Effect of polyunsaturated fatty acids on diphenyl hydantoin-induced genetic damage in vitro and in vivo[J].Prostaglandins，Leukotrienes and Essential Fatty Acids，2009，80（1）：43-50.

[10]Rao J，McClements DJ.Food-grade microemulsions and nanoemulsions：Role of oil phase composition on formation and stability[J].Food Hydrocolloids，2012，29（2）：326-334.

[11]謝新玲，王紅霞，張高勇.微乳柴油的性能研究[J].應用化工，2005，34（6）：353-356.