牡丹籽油凝膠乳液的制備及穩定性評估

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 食品與生物工程學院,河南 洛陽,471000)2(中原食品實驗室,河南 漯河,462300)3(食品加工與安全國家級實驗教學示范中心,河南 洛陽,471000)4(河南省食品綠色加工與質量安全控制國際聯合實驗室,河南 洛陽,471000)5(農業農村部油料作物生物學與遺傳育種重點實驗室,湖北 武漢,430062)

油凝膠是由液態油和凝膠劑形成的一種熱可逆的塑性脂肪,其中的凝膠劑通過自組裝方式形成三維網絡結構,液態油被包裹在三維網絡結構中而失去流動性,使整個體系呈現為具有黏彈性的固態或半固態[1]。本課題組以牡丹籽油為連續相,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)。該產品可用作功能性膳食補充劑,補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,這就限制了其在親水基質食品中的應用。此外,由于油凝膠具有較高的熔點,使得其在人體腸消化環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,擴大其親水基食品體系中的應用已成為當前急需解決的問題。

水包油乳液體系一般可用來包埋、保護和投遞親脂性生物活性物質,在食品加工和制藥等生產領域受到廣泛關注。通?？赏ㄟ^高速剪切、高壓均質等技術來制備不同粒徑的乳液,其粒徑大小為1～105nm[6]。在乳液體系的構建中,乳化劑起著至關重要的作用。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,它們對環境敏感,易在等電點或高離子強度下發生聚集、絮凝和沉淀,導致乳液體系失穩[7-8]。與蛋白質乳化劑相比,辛烯基琥珀酸(octenyl succinic anhydride,OSA)淀粉不僅價格低,而且對環境具有更高耐受力,受體系pH和離子強度的影響較小[9],有利于在各種酸/堿性食品體系中的應用。但值得注意的是,牡丹籽油凝膠乳液體系的構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的脂類物質,在室溫下可通過高速剪切和高壓均質形成微小的液滴,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定的界面膜,使得乳狀液保持穩定。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,因此在高速剪切時如果溫度過低,會導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隨著乳液體系溫度的降低,發生分子自組裝,轉變成具有特定三維空間結構的固體形態,這是否會影響原來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相關報道;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),這有可能會影響常規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特性上存在著較大的差異,這可能會影響OSA淀粉在油水界面的分布模式,并最終影響乳液的穩定性,然而目前尚無有關這方面的研究報道。

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、鹽離子種類及強度、熱處理對乳液穩定性的影響,為營養強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用提供技術參考,同時也為后續進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。

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,洛陽國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),天津德恩化學試劑有限公司;濃鹽酸(分析純),國藥集團化學試劑有限公司;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%(質量分數)的NaN3。

1.2 儀器與設備

高壓均質機,上海臺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任公司;PHS-3E臺式 pH計,上海儀電科學儀器股份有限公司;BCD-312 WDPV冰箱,青島海爾股份有限公司。

1.3 實驗方法

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%(質量分數)的凝膠劑。準確稱取8.4 g牡丹籽油,加熱攪拌至80 ℃,然后將1.6 g不同配比的復合凝膠劑(甾醇與卵磷脂質量比分別為5∶5、6∶4、7∶3和8∶2)分別加入已經預熱的牡丹籽油中,繼續加熱攪拌直至完全溶解(約20 min)。

水相:將2%(質量分數)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%(質量分數)油相與80%(質量分數)的水相均加熱至60 ℃,利用手持式高速分散器(3 000 r/min)預均質2 min,然后將其送入兩級高壓均質機中,在300 bar的壓力下再次均質3 min,即可得到色澤均勻的乳液。乳液加入0.02%(質量分數)NaN3作為抑菌劑,然后放置于4 ℃冰箱冷藏待測。

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,采用光學顯微鏡觀察液滴形態(10倍鏡),并用顯微鏡上連接的數字圖像處理軟件動態獲取液滴分布圖像。

1.3.3 油凝膠乳液粒徑的測定

評價乳化液穩定性的最常用方法是測定乳化液的粒徑。采用Bettersize2600激光粒度分布儀測定乳液液滴的粒徑。將乳液逐滴加入樣品池中,直到混合溶液的遮光度達到10%～20%。測定條件:以水作為分散劑(折射率為1.45),分散劑折射率為1.33,循環轉速為1 200 r/min。每個樣品測量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電位的測定

Zeta電位是預測乳液穩定性的重要指標[10]。采用Zeta納米粒度及Zeta電位分析儀于25 ℃測定植物甾醇-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,進行Zeta電位的測定。測定條件:測量溫度25 ℃,平衡時間1 min,每個樣品測定3次,取平均值。

1.3.5 pH對油凝膠乳液穩定性的影響

將1.3.1節制備好的4種凝膠乳液分裝于5 mL的玻璃瓶中,每管大約4 mL,并標號。配制0.1 mol/L的HCl溶液和0.1 mol/L的NaOH溶液,來調節凝膠乳液的pH值。原乳液的pH值為7.17。將乳液樣品的pH值分別調至3、4、5、6、7、8、9,并混合均勻,測定樣品的粒徑和Zeta電位,由此來評估凝膠乳液的穩定性。

1.3.6 鹽離子對油凝膠乳液穩定性的影響

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、粒徑分布圖等來評估乳液在不同離子強度下的穩定性。

1.3.7 熱處理對油凝膠乳液穩定性的影響

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

1.4 數據統計分析

樣品均平行測定3次,結果以平均值±標準偏差的形式表示。應用Excel 2016和Origin 2021軟件對所有數據進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 植物甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液的基本特征

高壓均質過程中,均質腔內產生高速剪切、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會伸向水中,疏水的辛烯基長鏈會嵌入油中,而復雜的多糖長鏈則會在油水界面上展開,形成一層致密、連續、厚實的界面膜。這層膜結構,不僅可以增加油水界面的強度,還有很強的空間位阻效應,使顆粒間不容易因碰撞而發生聚集[11],從而起到穩定甾醇-卵磷脂-油凝膠乳液的作用。

利用高壓均質機制備了4種(甾醇與卵磷脂質量比為5∶5、6∶4、7∶3、8∶2)甾醇-卵磷脂-油凝膠乳液(簡稱分別為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量比從5∶5增加到8∶2,相應乳液的粒徑跨度由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)。結合光學顯微鏡觀察(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,這與乳液的粒徑測定結果相符。乳液的粒徑和分散性是由均質空化作用所產生的高剪切力(能量輸入)和乳液流變學特性共同決定[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乳液粒徑和分散性產生較大的影響。當甾醇與卵磷脂質量比由5∶5增加到8∶2時,即在較大量甾醇與少量的晶體改良劑(卵磷脂)復配的情況下,牡丹籽油凝膠中形成的三維網絡結構更加緊密,其熔點、硬度和黏度也隨之增加[13-14],因此當不同強度的油凝膠受到同等能量的輸入時,結構緊密的油凝膠不易分散成小顆粒,從而產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絮凝和/或結合的一個重要因素。如表1所示,本試驗制備的4種凝膠乳液均表現出良好的物理穩定性。4種油凝膠乳液具有較高的負電荷且大小相近,這是因為OSA淀粉的酯化改性是在堿性條件下完成,酯化反應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,致使淀粉顆粒帶負電[11]。

2.2 pH對甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液粒徑的影響

食品和飲料的pH值是影響產品口感和保質期的重要指標,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值對凝膠乳液穩定性的影響,這對其后續在不同pH食品體系中的應用具有重要的意義。將4種凝膠乳液的pH值分別調至3、4、5、6、7、8、9,對其粒徑進行測定,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)經酸(pH 3～6)處理后,粒徑分布(圖3)發生顯著變化,平均粒徑(圖4)均呈現增大的趨勢。在pH 3環境下,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生顯著變化。淀粉在酸性條件下發生質子化,H+很容易與OSA淀粉分子結構中的R-COO-相互吸附,導致油水界面膜表面電負性減弱,OSA淀粉分子間的靜電排斥效應減弱,單個分子占有空間縮小,更多游離的OSA分子被吸附到界面處,進而導致粒徑增大。由于OSA改性淀粉在堿性條件(pH 8～9)下分子中的R-COO-基團會不斷發生電離,乳液油水界面膜表面的負電荷增多,靜電斥力增大,使OSA淀粉分子充分伸展,單個分子在油水界面所占有的空間范圍變大,此時界面膜的空間位阻效應阻攔體系中游離態的OSA淀粉分子的進一步吸附[15],因此弱堿環境對牡丹籽油凝膠乳液的粒徑沒有顯著影響。這與楊貴妃等[16]對OSA淀粉乳液pH穩定性的研究結果類似?？傊?經不同pH處理的4種凝膠乳液均未發生明顯的相分離情況,其中酸性環境會使凝膠乳液分散相顆粒增大,對乳液的穩定性產生一定的不利影響,而弱堿性條件下乳液分散相顆粒無顯著變化,乳液穩定性好。

2.3 pH對甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液Zeta電位的影響

為了進一步分析pH對牡丹籽油凝膠乳液穩定性的影響,對其Zeta電位進行了測定,結果如表2所示。不同pH條件下,液滴表面的Zeta電位始終為負值,當pH值從7至3依次遞減時,4種油凝膠乳液液滴表面的Zeta電位絕對值均有不同程度的減小,其中E82的Zeta電位絕對值從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pH值從7增大到9時,4種凝膠乳液的Zeta電位絕對值均有增大的趨勢,其中E55的Zeta電位絕對值由32.78 mV增加到34.51 mV,增長幅度達5.27%,而E82的增長幅度最大,為6.39%。以上結果說明pH對植物甾醇-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],進而影響液滴表面的Zeta電位。酸性條件下,H+與帶負電的淀粉分子結合,導致乳化界面膜表面負電荷減少,電位絕對值也隨之減小,進而對油凝膠乳液的穩定性產生一定的不利影響。在弱堿條件下(pH 8～9),分子結構中的R-COO-會不斷發生電離,乳液液滴表面的負電荷增多,電位絕對值增大[15],使乳液穩定性增強。

表2 pH對牡丹籽油凝膠乳液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定性的一個重要因素,本研究考察了常見一價、二價和三價離子(Na+、Ca2+、Al3+)及離子強度(0～500 mmol/L)對凝膠乳液(pH 7.17)穩定性的影響,結果如圖5～圖8所示。

a-NaCl;b-CaCl2;c-AlCl3圖5 不同鹽離子及離子強度對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顯示了不同離子強度的NaCl、CaCl2、AlCl3對植物甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液(pH 7.17)平均粒徑的影響。當Na+濃度由0 mmol/L增大到100 mmol/L 時,凝膠乳液分散相的平均粒徑略微增大(圖5-a),粒徑增長幅度均不超過10%,當Na+濃度由100 mmol/L增大到500 mmol/L時,E55和E64組的平均粒徑未發生顯著變化,而E73和E82組發生變化,但粒徑增幅均在10%以內。經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+對凝膠乳液的影響程度大于Na+。當Ca2+濃度從0 mmol/L增加到100 mmol/L時,4種凝膠乳液的粒徑分別由1.079、1.957、2.871、3.601 μm增長到了1.423、2.211、3.492、5.502 μm,粒徑增長幅度均大于20%。當Ca2+濃度進一步增加(100～500 mmol/L)時,4種凝膠乳液的分散相粒徑均呈增加趨勢,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)發生明顯右移;當Al3+由0 mmol/L增加到500 mmol/L時,E55、E64、E73和E82的平均粒徑增長倍數分別為19.68、15.68、10.88和11.20,平均粒徑顯著增大。

綜上,鹽離子種類對凝膠乳液粒徑的影響強弱順序為:Al3+>Ca2+>Na+。Na+對凝膠乳液粒徑的影響較弱,這可能與Na+對乳液油水界面膜的靜電排斥力影響較小有關。Ca2+對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構,能和淀粉中的羥基發生強配位效應[19],形成8電子穩定結構,生成絡合物,致使凝膠乳液粒徑極顯著增大,這可能會對乳液穩定性產生不利的影響。

2.5 鹽離子對植物甾醇-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數量和密度的差異[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。其中,當Na+從0 mmol/L增加到500 mmol/L時,4種油凝膠乳液的Zeta電位絕對值從32.78、30.37、31.64、32.06 mV分別減小到20.79、21.97、22.52、24.85 mV,電位絕對值減小了36.58%、27.67%、28.84%、22.49%。當Ca2+從0 mmol/L增加到500 mmol/L時,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,電位絕對值減小了92.22%、98.78%、98.83%、96.78%。當Al3+從0 mmol/L增加到500 mmol/L時,Zeta電位絕對值減小到26.48、29.92、30.15、28.64?？傮w而言,鹽離子(Na+、Ca2+、Al3+)對油凝膠乳液的Zeta電位均有顯著影響,當鹽離子濃度在從0 mmol/L增加到500 mmol/L時,4種油凝膠乳液的Zeta電位均在不斷增大,但未發生破乳現象。

a-NaCl;b-CaCl2;c-AlCl3圖9 鹽離子濃度對牡丹籽油凝膠乳液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節和2.5節可知,鹽離子對凝膠乳液穩定性的影響是Zeta電位和分散相粒徑變化共同作用的結果。通常而言,分散相粒徑的增大會對乳液的穩定性產生不利的影響,而Zeta電位絕對值的增加則會對乳液的穩定性起到有益的作用[21-22]。在本研究中,Al3+對油凝膠乳液Zeta電位和分散相粒徑的影響最大,當其添加濃度從0 mmol/L增加到500 mmol/L時,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,這與乳液Zeta電位絕對值較高,粒子間的靜電斥力較大,阻礙粒子相互靠近和絮凝有關[23]。當Ca2+濃度為500 mmol/L時,4種油凝膠乳液Zeta電位絕對值較小,分別為2.55、0.37、0.36、1.03 mV,此情況下乳液也并未發生明顯的破乳現象,這可能與由OSA淀粉形成的乳化界面膜的結構比較穩定有關,其更深層次的機理還有待進一步研究。Na+的添加對油凝膠乳液Zeta電位有顯著影響,這是由于Na+與體系中帶負電的淀粉分子發生靜電吸引,且隨著Na+濃度的增加,體系中更多的負電荷被中和,導致乳液的Zeta電位逐漸增大(電位絕對值減小)。

2.6 熱處理對植物甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液粒徑的影響

溫度是影響乳液穩定性最為重要的參數。當溫度由4 ℃增加到40 ℃時,油凝膠乳液的粒徑分布圖幾乎重疊(圖10),平均粒徑(表3)無明顯變化;當溫度達60 ℃時,其粒徑分布均發生明顯右移,甚至出現多峰現象(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,但未發生破乳現象;經80 ℃和100 ℃處理的樣品均發生明顯的破乳現象,油脂漂浮在上層,這主要是由于高溫破壞了界面膜的結構,使得油相外泄并聚集,因此該情況下不進行粒徑及Zeta電位的測定。

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,粒子不規則運動加劇,OSA淀粉分子乳化性降低[24];同時,由于溫度升高,作為連續相的淀粉溶液黏度降低,分散相(牡丹籽油凝膠)聚結的可能增大。綜合溫度對黏度和粒子不規則運動的雙重作用[10],最終所得乳液的粒徑顯著增大。當甾醇與卵磷脂的質量比由5∶5增加到8∶2時,油凝膠的三維網絡結構更加緊密,熔點更高,熱穩定性更好,因此凝膠乳液的熱穩定性由高到低依次為E82>E73>E64>E55(圖10)。

2.7 熱處理對植物甾醇-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。結果表明,溫度升高,凝膠乳液的Zeta電位絕對值減小,乳液穩定性降低。當溫度由4 ℃升高至40 ℃時,4種凝膠乳液的Zeta電位絕對值分別從32.78、30.37、31.65、32.06 mV減小到28.01、27.29、28.66、28.89 mV,絕對值分別減小14.55%、10.14%、9.44%、9.01%。當溫度由40 ℃升高至60 ℃時,4種油凝膠乳液的Zeta電位絕對值分別減小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狀態,其溶解度增大,且淀粉分子從界面逃逸的趨勢增加,使得OSA淀粉在油滴表面的吸附量減小,因而隨著溫度升高,導致油滴表面負電荷減少,Zeta電位增大(電位絕對值減小),穩定性降低。張源等[15]用酯化淀粉乳化劑制備了高效氯氟氰菊酯水包油乳液,其乳液熱穩定結果與本文相似。

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 結論

本研究制備了植物甾醇-卵磷脂-牡丹籽油凝膠乳液,并對其穩定性進行了評估。酸處理會導致油凝膠乳液分散相粒徑和Zeta電位顯著增大(電位絕對值減小),而弱堿(pH 7～9)處理乳液粒徑則保持不變,Zeta電位絕對值增加;在pH 3～9乳液均表現出良好的穩定性,但弱堿條件下其穩定性更高。金屬離子(Na+、Ca2+、Al3+)及其添加濃度的增加會導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,均表現出良好的穩定性,未發生明顯的破乳現象。油凝膠乳液對溫度相對較敏感,在低溫區(4～40 ℃)乳液穩定性良好;經60 ℃處理30 min,乳液粒徑增大,Zeta電位絕對值減小,但乳液仍表現出良好的穩定性;經過高溫(80～100 ℃)處理30 min,油凝膠乳液會發生破乳現象。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絡結構更加緊密,凝膠乳液的熱穩定性最佳。本研究為營養強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用提供技術參考,同時也為后續進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。