劉國(guó)琴 萬文博

(華南理工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院， 廣東 廣州 510640)

凝膠劑對(duì)三元油脂凝膠結(jié)構(gòu)及其荷載量的影響*

劉國(guó)琴 萬文博

(華南理工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院， 廣東 廣州 510640)

以玉米油為基料油，通過添加3種不同的凝膠劑(谷甾醇+卵磷脂，神經(jīng)酰胺和乙基纖維素)，制備了荷載姜黃素的三元油脂凝膠體系，并探討了不同凝膠劑對(duì)三元油脂凝膠的流變行為、固體脂肪含量等宏觀性質(zhì)及其微觀形貌、晶型結(jié)構(gòu)等微觀性質(zhì)以及荷載量的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，谷甾醇+卵磷脂與神經(jīng)酰胺形成的三元凝膠結(jié)構(gòu)相似，都形成纖維狀的結(jié)晶結(jié)構(gòu)；前者的結(jié)構(gòu)更為緊密，荷載量[(3.14±0.10)mg/g]和包埋率[(62.78±2.01)%]較高；乙基纖維素形成的凝膠結(jié)構(gòu)與前兩種有很大不同，其結(jié)晶結(jié)構(gòu)為顆粒狀，晶體較小，結(jié)構(gòu)較為松散，但是由于其較高的制備溫度，它的荷載水平最佳，荷載量和包埋率分別為(4.810±0.174)mg/g和(96.19±3.48)%.這說明油脂凝膠劑的種類對(duì)三元油脂凝膠的性能、微觀結(jié)構(gòu)和荷載量都有顯著影響.

油脂凝膠；三元體系；姜黃素；凝膠劑；微觀結(jié)構(gòu)

近年來，油脂凝膠作為液態(tài)油脂結(jié)構(gòu)化的新方法受到了廣泛關(guān)注.研究人員已開發(fā)出了12-羥基硬脂酸[1]、小燭樹蠟[2]、長(zhǎng)鏈脂肪酸[3]、谷甾醇+谷維素[4]等有效的凝膠劑，并詳細(xì)研究了這些凝膠體系的宏觀性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu).但是，目前的研究主要集中在凝膠劑+油相的二元體系上.事實(shí)上，已有學(xué)者提出將油脂凝膠作為藥物荷載的載體應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[5].在食品領(lǐng)域，油脂凝膠同樣也能作為載體荷載脂溶性的營(yíng)養(yǎng)素，但關(guān)于凝膠劑+營(yíng)養(yǎng)素+油相這類三元體系的研究還比較少見.

在凝膠體系中，凝膠劑是決定凝膠性能和結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì).在三元體系中凝膠劑對(duì)凝膠性能的研究還非常缺乏.Rogers 等[6]將可食凝膠劑分成了兩類;一類是高分子質(zhì)量聚合物凝膠劑;一類是低分子質(zhì)量凝膠劑.目前發(fā)現(xiàn)安全可食的聚合物凝膠劑僅有乙基纖維素一種，它形成珊瑚狀的小晶胞包裹油脂最終形成凝膠[7].低分子質(zhì)量的凝膠劑較多,如：12-羥基硬脂酸、蟲膠等.大多數(shù)都是通過非共價(jià)鍵之間的交聯(lián)自組裝構(gòu)成不同的晶型結(jié)構(gòu)最終形成凝膠.在低分子質(zhì)量凝膠劑中，神經(jīng)酰胺的凝膠效果較好，在添加量為油相質(zhì)量2%時(shí)就可以成膠，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也較高，但是關(guān)于它的研究較少[8].谷甾醇+卵磷脂同樣也是一類低分子質(zhì)量的凝膠劑[9- 10]，它是近年來才開發(fā)出的一種新型復(fù)合凝膠劑，凝膠效果好，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，有十分廣泛的應(yīng)用前景.因此，以乙基纖維素、神經(jīng)酰胺和谷甾醇+谷維素為基礎(chǔ)，制備荷載姜黃素的凝膠體系，并對(duì)比3種凝膠劑對(duì)三元凝膠體系結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響十分重要.同時(shí)，營(yíng)養(yǎng)素的荷載能力對(duì)于凝膠體系來說也是十分重要的性質(zhì)，研究凝膠劑種類對(duì)凝膠體系荷載能力的影響也具有重要的意義.

本實(shí)驗(yàn)擬通過研究凝膠劑種類對(duì)三元凝膠體系流變行為、固體脂肪含量等宏觀性質(zhì)及其微觀形貌、晶型結(jié)構(gòu)等微觀性質(zhì)以及荷載量的影響，得到凝膠劑種類與凝膠形成機(jī)制和凝膠性質(zhì)的相關(guān)性，為三元體系油脂凝膠的實(shí)際應(yīng)用提供理論指導(dǎo).

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 原料與試劑

玉米油，東莞市永益食品有限公司生產(chǎn)；磷脂(純度98%)、乙基纖維素(45～55 m Pa·s，5%甲苯/異丙醇質(zhì)量比80∶20)，均購(gòu)自阿拉丁試劑公司；神經(jīng)酰胺(純度98%)，購(gòu)自阿達(dá)瑪斯試劑公司；乙醇(純度95%)，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司.

1.1.2 儀器

Rheostress轉(zhuǎn)矩流變儀，德國(guó)HAKKE公司生產(chǎn)；D8 Advance X-射線衍射儀、Minispec l20脈沖核磁共振儀，德國(guó)Bruker公司生產(chǎn)；CiPOL偏光顯微鏡，日本尼康公司生產(chǎn)；Genesys 10s紫外分光光度計(jì)，美國(guó)ThermoFisher公司生產(chǎn)；DF-101恒溫磁力攪拌器，中國(guó)鞏義市予華儀器公司生產(chǎn)；BCD-225SECH-ES冰箱，中國(guó)海爾電器公司生產(chǎn)；LRH-100生化培養(yǎng)箱，中國(guó)韶關(guān)鑫騰科普儀器公司生產(chǎn)；MS304S電子天平，梅特勒-托利多儀器公司生產(chǎn).

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品制備

樣品A(谷甾醇+卵磷脂油脂凝膠(S+L))：取一定質(zhì)量的干燥玉米油加熱至90 ℃，向其中加入占油脂質(zhì)量12%的凝膠劑(谷甾醇和卵磷脂的混合物，質(zhì)量比為8∶2)，將此混合體系在90 ℃下加熱攪拌至凝膠劑溶解.然后，向混合體系中加入油脂質(zhì)量0.5%的姜黃素，繼續(xù)加熱攪拌使姜黃素溶解.然后，將熱的混合溶液轉(zhuǎn)入5 ℃的冰箱中(這個(gè)過程中的平均冷卻速率約為10 ℃/min)儲(chǔ)藏24 h，然后置于25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中儲(chǔ)藏5 d.

樣品B(神經(jīng)酰胺油脂凝膠(CO))：取一定質(zhì)量的干燥玉米油加熱至85 ℃，向其中加入占油脂質(zhì)量12%的神經(jīng)酰胺，將此混合體系在85 ℃下加熱攪拌至凝膠劑溶解.之后的操作如樣品A中所述.

樣品C(乙基纖維素油脂凝膠(EC))：取一定質(zhì)量的干燥玉米油加熱至170 ℃，向其中加入占油脂質(zhì)量12%的乙基纖維素，將此二元混合體系在170 ℃下加熱攪拌至凝膠劑溶解.之后的操作如樣品A中所述.

1.2.2 油脂凝膠流變學(xué)行為分析

應(yīng)變掃描：在開始其他測(cè)試之前，需要通過應(yīng)變掃描來定義油脂凝膠的線性黏彈區(qū)(LVR).恒定剪切頻率f=1 Hz，錐板直徑為 35 mm，角度為 1°，間隙設(shè)置為 0.052 mm，測(cè)試溫度為 25 ℃.再取適量油脂凝膠樣品置于錐板與樣品臺(tái)之間，穩(wěn)定 10 min 后開始測(cè)試，獲得剪切應(yīng)變0.001%～10%對(duì)應(yīng)的黏彈性(彈性模量和黏性模量)的變化譜圖.

頻率掃描：在線性黏彈區(qū)范圍恒定的低應(yīng)變水平下(0.01%)，對(duì)樣品進(jìn)行小變形測(cè)試的頻率掃描，f為 0.01～100.00 Hz.錐板直徑為 35 mm，角度為 1°.間隙設(shè)置為 0.052 mm.

流動(dòng)曲線測(cè)定：采用轉(zhuǎn)矩流變儀進(jìn)行測(cè)定，所用錐板直徑為 35 mm，角度為 1°，間隙設(shè)置為 0.052 mm.取適量油脂凝膠樣品置于錐板與樣品臺(tái)之間.在固定的剪切應(yīng)變下，得到表觀黏度值(η*)隨著剪切速率(γ)的變化曲線，剪切速率范圍 0.01～200 s-1，測(cè)試溫度為25 ℃，每個(gè)樣品測(cè)試時(shí)間為 300 s.

1.2.3 油脂凝膠固體脂肪含量測(cè)定

樣品的固體脂肪含量(SFC)根據(jù) AOCS Cd 16b—93 標(biāo)準(zhǔn)方法采用德國(guó)Bruker公司的Minispec l20脈沖核磁共振儀直接進(jìn)行測(cè)定.將3種油脂凝膠樣品分別放入pNMR專用玻璃管中，分別用90、85 ℃和170 ℃熔化 30 min 以消除結(jié)晶記憶，然后，在 0 ℃恒溫槽中放置 90 min，測(cè)其 SFC 值，再依次升溫至 10、20、30、40、50、60、70、 和 80 ℃，各保留 30 min，測(cè)得各個(gè)溫度下的 SFC 值，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次，取平均值.

1.2.4 油脂凝膠微觀結(jié)構(gòu)分析

取熱熔膠樣品(約 25 μL)滴于預(yù)熱的載玻片上，蓋上蓋玻片，5 ℃下儲(chǔ)藏24 h，然后置于25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中儲(chǔ)藏5 d.采用偏光顯微鏡觀察油脂凝膠中晶態(tài)聚集體形貌和三維網(wǎng)絡(luò)情況并拍照.

1.2.5 油脂凝膠晶型分析

1.2.6 荷載量和包埋率的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取2 g油脂凝膠樣品，用10 mL 95%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的乙醇超聲提取10 min后過濾，收集濾液.重復(fù)此步驟3次.將得到的濾液稀釋100倍，用紫外分光光度計(jì)測(cè)定其吸光值，從吸光值-姜黃素質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線求得姜黃素的質(zhì)量濃度，按下列公式計(jì)算荷載量和包埋率：

并對(duì)3種體系中荷載量和包埋率做差異性的顯著性分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 凝膠劑種類對(duì)三元油脂凝膠流變學(xué)行為的影響

2.1.1 凝膠劑種類對(duì)三元油脂凝膠強(qiáng)度的影響

流變學(xué)是表征材料(溶液、熔體和凝膠等)的流動(dòng)行為的重要手段，研究油脂凝膠的流變學(xué)行為可以提供油脂凝膠彈性、硬度、強(qiáng)度等相關(guān)信息.

通過應(yīng)變掃描確定S+L、EC、CO的線性黏彈區(qū)分別為10-5～10-3、10-5～10-2、10-5～10-3.因此選擇在應(yīng)變值為0.01%時(shí)進(jìn)行頻率掃描.圖1是3種凝膠體系的頻率掃描圖.從圖中可以看出，3種凝膠劑形成的三元凝膠體系的儲(chǔ)能模量(G′)都顯著大于損耗模量(G″)，其儲(chǔ)能模量也一直維持在一個(gè)較為恒定的范圍內(nèi)，說明這3種三元凝膠體系都是“真凝膠”[11]，內(nèi)部形成了較為穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出了類固體的性質(zhì).

油脂凝膠的強(qiáng)度可以通過體系的儲(chǔ)能模量來反映.圖2中顯示了3種三元凝膠體系的G′和G″的變化情況.S+L體系中凝膠強(qiáng)度最大，EC次之，CO最弱.凝膠的強(qiáng)度是由凝膠內(nèi)部晶態(tài)聚集體和超分子的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的差異引起的，體系強(qiáng)度增大說明凝膠內(nèi)部結(jié)晶結(jié)構(gòu)增多，內(nèi)部交聯(lián)得更加緊密，形成了更多的結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[12].這些結(jié)果表明，S+L體系中的內(nèi)部結(jié)晶結(jié)構(gòu)最多，交聯(lián)結(jié)構(gòu)最為緊密，凝膠強(qiáng)度最大.

2.1.2 凝膠劑種類對(duì)三元油脂凝膠流動(dòng)曲線的影響

3種不同凝膠劑形成的晶型結(jié)構(gòu)不同，形成的

圖1 3種不同姜黃素-凝膠體系頻率掃描圖

Fig.1 Frequency scanning of 3 different curcumin-organogel systems

內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也有所差異，這些會(huì)對(duì)三元凝膠體系的粘稠度造成較大的影響.本實(shí)驗(yàn)通過測(cè)定三元凝膠的流動(dòng)曲線(見圖3)得到不同凝膠體系的粘稠度變化情況.

從圖 3可以看出，三元油脂凝膠的表觀黏度隨著剪切速率的增加逐漸降低，表現(xiàn)出剪切變稀的假塑性.一般假塑性體的表觀黏度與剪切速率的關(guān)系符合冪律方程[13]：

圖2 不同凝膠劑對(duì)姜黃素-油脂凝膠體系中儲(chǔ)能模量和損耗模量的影響

Fig.2 Effect of structurant on storage modulus and loss modulus in curcumin-organogel system

圖3 3種姜黃素-油脂凝膠體系的流動(dòng)曲線

Fig.3 Flow curves of three kinds of curcumin-organogel systems

流動(dòng)曲線通過擬合之后得到的K值和n值如表1所示.擬合函數(shù)的相關(guān)系數(shù)平方值(R2)在0.991～0.999之間，說明表觀黏度和剪切速率試驗(yàn)數(shù)據(jù)的關(guān)系符合冪律方程關(guān)系式.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,3種三元凝膠體系中稠度系數(shù)的變化是：S+L>EC>CO.稠度系數(shù)的增加說明體系具有更緊密的結(jié)構(gòu)，

表1 姜黃素-油脂凝膠的K值和n值

即3種三元油脂凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中S+L所形成的內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定和堅(jiān)固，交聯(lián)最為緊密，這與凝膠劑種類對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響結(jié)果一致.

流變測(cè)試的結(jié)果表明，3種凝膠體系中，谷甾醇+卵磷脂所構(gòu)成的凝膠強(qiáng)度最大，黏度最大，內(nèi)部交聯(lián)最緊密.

2.2 凝膠劑種類對(duì)三元凝膠體系固體脂肪含量的影響

可塑性是塑性脂肪最重要的特性之一，而塑性脂肪中固體脂肪含量以及結(jié)晶顆粒的大小等因素決定了它的可塑性.在油脂凝膠體系中，由于發(fā)生固化的物質(zhì)不是甘油三酯而是凝膠劑分子，因此在油脂凝膠體系中的SFC指的是發(fā)生固化的凝膠劑含量.固化的凝膠劑分子所形成的晶體網(wǎng)絡(luò)和分散在此網(wǎng)絡(luò)中的液體植物油共同組成了具有特殊功能特性的油脂凝膠，因此，研究固化的凝膠劑含量變化對(duì)于后續(xù)的油脂凝膠功能特性的探討非常重要.圖4為3種三元凝膠體系的固體脂肪含量隨溫度的變化情況.

圖4 凝膠劑種類對(duì)姜黃素-油脂凝膠體系SFC的影響

Fig.4 Effects of structurant on SFC of curcumin-organogel systems

從圖4中可以看出，3種三元凝膠體系在0 ℃時(shí)SFC值相差不大，都在9%左右.實(shí)驗(yàn)中添加的凝膠劑占油脂質(zhì)量的12%，說明3種體系中都有部分的凝膠劑沒有形成結(jié)晶結(jié)構(gòu).并且，SFC沒有大幅度增加也說明在凝膠過程中油中的脂肪酸沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[14].從圖4還可看出，隨著溫度的增加，3種三元凝膠體系中SFC的下降速度為：CO>S+L>EC，凝膠體系中SFC值主要決定于凝膠劑分子的含量，因?yàn)?種三元凝膠劑中，乙基纖維素的熔點(diǎn)最高，谷甾醇+卵磷脂次之，神經(jīng)酰胺最低.因此隨著溫度升高，CO體系中SFC值下降得最快，在60 ℃時(shí)體系中已不含有固相成分；EC體系中固相成分的含量較為穩(wěn)定，80 ℃時(shí)還維持在8%左右.

據(jù)報(bào)道，商品起酥油在 20 ℃下的 SFC 值(由結(jié)晶的 TAG 分子提供)就已經(jīng)達(dá)到30%左右.本研究中油脂凝膠體系的 SFC 值(由結(jié)晶的凝膠劑分子提供)只達(dá)到10%左右.這也反映了植物油在采用不同的固化機(jī)制獲得相近的物理性能時(shí)，油脂凝膠固化機(jī)制途徑具有一定的優(yōu)勢(shì).

2.3 凝膠劑種類對(duì)三元油脂凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

三維結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的存在是油脂凝膠具有粘彈性行為等宏觀性能的基礎(chǔ)，并且根據(jù)宏觀性能的研究尚不能明確姜黃素是否參與了凝膠形成的過程，因此，為了更深入地研究之前所分析的油脂凝膠在流變學(xué)行為和固體脂肪含量等宏觀性能上的差異的原因和姜黃素在凝膠形成過程中的參與程度，本研究采用偏光顯微鏡觀察了凝膠劑組成不同情況下得到的三元油脂凝膠體系內(nèi)部晶態(tài)聚集體的形貌和三維晶態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(見圖5).

圖5 3種姜黃素三元凝膠體系的偏光顯微照片

對(duì)比3種三元凝膠體系添加姜黃素前后的微觀結(jié)構(gòu)圖(圖5(a1)和5(a2)，圖5(b1)和5(b2)，圖5(c1)和5(c2))可以發(fā)現(xiàn)兩者的微觀結(jié)構(gòu)幾乎沒有改變，說明姜黃素并沒有參與凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，體系中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)全部由凝膠劑分子提供.姜黃素在高溫下溶解于油中，進(jìn)而被凝膠劑分子形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所包裹.Yu等[15]在研究單甘脂形成的凝膠時(shí)也得到過相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

同時(shí)，對(duì)比圖5(a1)、5(b1)和5(c1)可以看出，3種三元凝膠劑分子形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)晶結(jié)構(gòu)差異很大.S+L和CO形成纖維狀的結(jié)晶，結(jié)構(gòu)類似，但前者的結(jié)晶長(zhǎng)度和寬度要稍大一些，網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)也更緊密一些；而EC形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)晶結(jié)構(gòu)接近顆粒狀，交聯(lián)得也不是很緊密.結(jié)合之前的宏觀性能分析可以看出，S+L和CO兩種凝膠體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)晶情況和相關(guān)性質(zhì)是比較相似的，S+L所形成的凝膠體系結(jié)晶區(qū)更多，交聯(lián)更加緊密，因此，相比于CO體系，它的粘彈性更好，凝膠強(qiáng)度更大.而EC體系中，它的結(jié)晶方式和以上兩種凝膠劑區(qū)別較大，形成的是顆粒狀結(jié)晶，而且晶體網(wǎng)絡(luò)之間的交聯(lián)不是十分緊密.從宏觀性質(zhì)的結(jié)果分析得到：EC體系的粘彈性介于S+L和CO之間，固體脂肪含量較高，說明這種EC形成的此種結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)質(zhì)地較硬，熔點(diǎn)較高.

圖6中顯示的是3種三元凝膠的外觀形貌，從圖中可以進(jìn)一步看出，S+L和CO體系的結(jié)構(gòu)是比較類似的，形成的凝膠表面都較光滑，并且呈黏稠不透明狀，而EC表面不光滑，顆粒感較明顯，形成的是透明的凝膠.以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以表明，3種三元凝膠的宏觀性能與其微觀三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系.

圖6 3種姜黃素-凝膠體系的外觀形貌

Fig.6 Appearances of three kinds of curcumin-organogel systems

2.4 凝膠劑種類對(duì)三元油脂凝膠晶型的影響

通過偏光顯微鏡得到的偏光照片只能粗略地看出體系內(nèi)部的結(jié)晶情況，凝膠形成具體的晶型還需要通過X-射線衍射來進(jìn)行深入的分析.3種三元凝膠體系的XRD譜圖如圖7所示.由圖7可見，添加姜黃素和未添加姜黃素的凝膠體系的XRD譜圖的衍射峰的種類和強(qiáng)度都沒有明顯區(qū)別，說明3種三元凝膠體系中姜黃素沒有參與結(jié)晶形成的過程，進(jìn)一步驗(yàn)證了2.3節(jié)中得到的結(jié)果.

圖7 3種凝膠體系的XRD譜圖

對(duì)比圖7(a1)、7(b1)、7(c1) 可以看出：S+L體系中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)種類最多，其中短間距值d為0.458 nm是典型的油脂中的β晶型衍射峰[16]，這種晶型的亞晶胞為三斜結(jié)晶，熔點(diǎn)較高，穩(wěn)定性好；CO體系中主要晶型的短間距值范圍為0.418～0.357 nm，這個(gè)范圍內(nèi)的短間距值是β′晶型的特征衍射峰，它的亞晶胞為正交結(jié)晶，熔點(diǎn)和穩(wěn)定性適中，值得注意的是，此種晶型構(gòu)成的固體脂肪的口感是最好的；EC的XRD譜圖中只出現(xiàn)了短間距值為0.459、0.445和0.440 nm的晶型，可以認(rèn)為它們同屬于β晶型衍射峰，并且這些衍射峰的強(qiáng)度很弱.證明在EC體系中只存在β這一種晶型結(jié)構(gòu)，此種晶型的穩(wěn)定性和熔點(diǎn)較高，驗(yàn)證了其在流變學(xué)和固體脂肪含量中表現(xiàn)出的獨(dú)特性質(zhì).同時(shí)，衍射峰的強(qiáng)度很弱說明各晶胞之間的交聯(lián)很弱，組裝體的數(shù)量較少.

由于3種三元油脂凝膠體系結(jié)晶機(jī)理的不同使得它們形成的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大的差異，這可以滿足制備不同食品專用油脂的需求.

2.5 凝膠劑種類對(duì)三元油脂凝膠荷載能力的影響

通過對(duì)油脂凝膠宏觀和微觀性質(zhì)的分析發(fā)現(xiàn)姜黃素沒有參與凝膠的形成過程，這個(gè)結(jié)果與Yu等[15]的研究結(jié)果一致，因此進(jìn)一步證明了凝膠體系的網(wǎng)絡(luò)致密程度直接影響其荷載營(yíng)養(yǎng)素的能力.3種三元凝膠劑形成的凝膠體系中姜黃素的荷載量和包埋率如表2所示.

表2 3種凝膠體系中姜黃素的荷載量和包埋率1)

Table 2 Loading capacity and encapsulation efficiency of organogels with different structurants

凝膠劑種類荷載量/(mg·g-1)包埋率/%谷甾醇+卵磷脂3．14±0．10b62．78±2．01b神經(jīng)酰胺2．747±0．034a54．94±1．98a乙基纖維素4．810±0．174c96．19±3．48c

1)在同一列中平均值±標(biāo)準(zhǔn)差所帶字母不同時(shí)說明差異顯著(P<0.05).

從表2中可以看出，3種三元凝膠體系中EC的荷載量最大，S+L次之，CO荷載量最少.比較S+L和CO體系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得到，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越緊密，結(jié)晶結(jié)構(gòu)越多，姜黃素的荷載量就越大.而乙基纖維素體系的網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)是最弱的，結(jié)晶結(jié)構(gòu)也較少，但它的荷載量最大.這里需要考慮到乙基纖維素體系的制備溫度，乙基纖維素凝膠的制備溫度為170 ℃，是其他兩種體系的2倍左右.較高的制備溫度使得姜黃素在油中的溶解度增加，進(jìn)而增加了EC體系的荷載量.

這部分的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也進(jìn)一步驗(yàn)證了姜黃素荷載的機(jī)理：姜黃素首先溶解于油脂中，然后通過凝膠劑分子形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將其包裹住，進(jìn)而被荷載在油脂凝膠體系中.因此，較高的制備溫度和較緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以有效地提高姜黃素的荷載量.也就是說，可以通過調(diào)控油脂凝膠的制備溫度，同時(shí)改變凝膠劑的種類來調(diào)節(jié)體系的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的方式提高油脂凝膠的荷載量，為其實(shí)際應(yīng)用提供理論幫助.

3 結(jié)論

(1)谷甾醇+卵磷脂和神經(jīng)酰胺形成的三元凝膠體系結(jié)構(gòu)相似，都是纖維狀的結(jié)晶結(jié)構(gòu)；但前者的晶體結(jié)構(gòu)更大，結(jié)構(gòu)更加緊密；而乙基纖維素形成的三元油脂凝膠體系其晶體結(jié)構(gòu)是顆粒狀的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，晶體之間的交聯(lián)也比較松散，但是其凝膠強(qiáng)度介于谷甾醇+卵磷脂和神經(jīng)酰胺形成的三元凝膠體系之間，這可能是由體系中結(jié)晶結(jié)構(gòu)硬度較大造成的.

(2)3種三元凝膠體系的SFC含量在低溫時(shí)相差較小，隨著溫度升高SFC值逐漸降低，降低的速率和凝膠劑分子的熔點(diǎn)呈負(fù)相關(guān).

(3)油脂凝膠的制備溫度和形成的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)荷載量有很大的影響.

(4)本研究表明三元油脂凝膠的性質(zhì)及荷載量與凝膠劑種類緊密相關(guān)，這與凝膠劑對(duì)二元凝膠體系的影響類似，在實(shí)際生產(chǎn)中可以通過改變凝膠劑種類得到具有各種功能性和營(yíng)養(yǎng)性的塑性脂肪，同時(shí)它還可以作為一種有效的脂溶性營(yíng)養(yǎng)素運(yùn)載體系應(yīng)用于食品工業(yè)中和藥物制備中.

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Effects of Structurants on Structure and Loading Capacity of Ternary Organogels

LIUGuo-qinWANWen-bo

(School of Food Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong, China)

Ternary curcumin-organogels were prepared based on corn oil and by using sitosterol+letithin,cera-mide,ethyecellulose as thestructurants.Then,the effects of the structurants on the macroscopic properties (the rheological behaviors,the solid fat content,etc)and the microscopic properties (the microstructures,the crystalline structure,etc) of ternary organogels were discussed,and the corresponding loading capacities were also evaluated.Experimental results show that (1) the structures of sitosterol+letithin-organogels and ceramide-organogels are similar and are both fibrous crystal structure,and the former exhibits a tighter network with higher encapsulation efficiency (EE) and loading capacity (LC),which are respectively (3.14±0.10)mg/g and (62.78±2.01)%; (2) however,the structure of ethyecellulose-organogelsis totally different from the above two structures,and it is granular with a smaller crystal and relatively loose network;and (3) because of higher preparation temperature,ethyecellulose-organogels show the highest load level,specifically,LC and EE are respectively(4.810±0.174)mg/g and (96.19±3.48)%.The above results indicate that the structurants significantly affect the properties,microstructures and loading capacity of organogels.

organogel;ternary systems;curcumin;structurants;microstructure

2015- 09- 02

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31471677,31271885)；國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2013AA102103)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303072) Foundation items: Supported by the National Natural Science Foundation of China(31471677,31271885),the National High-tech Research and Development Project(2013AA102103) and the Public Welfare Industry(Agriculture) Research Project(201303072)

劉國(guó)琴(1962-)，女，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事油脂與植物蛋白研究.E-mail：liuguoqin2009@126.com

1000- 565X(2016)10- 0143- 08

TS 22

10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.021