鄭景霞，白春清，陸天洋，王 蕊，趙 利，熊 華

(1.南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實驗室，南昌 330047； 2.江西科技師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，國家大宗淡水魚加工技術(shù)研發(fā)分中心，南昌 330013)

魚油納米乳的制備及貯藏穩(wěn)定性研究

鄭景霞1，白春清2，陸天洋2，王 蕊2，趙 利2，熊 華1

(1.南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實驗室，南昌 330047； 2.江西科技師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，國家大宗淡水魚加工技術(shù)研發(fā)分中心，南昌 330013)

采用高壓均質(zhì)法，以乳清分離蛋白(WPI)乳化包埋魚油制備魚油納米乳。采用單因素實驗研究了主要因素對包封率和吸光比(SRI)的影響，并以包封率為指標(biāo)，進(jìn)行正交實驗優(yōu)化工藝配方。同時以不同壓力處理的魚油納米乳為對照，分別考察了4、25℃條件下魚油納米乳的貯藏穩(wěn)定性。結(jié)果表明：最佳工藝配方為乳清分離蛋白質(zhì)量濃度25 g/L，魚油添加量100 g/L，均質(zhì)壓力80 MPa，均質(zhì)次數(shù)4次。采用最佳工藝配方制備的魚油納米乳的包封率為96.4%，SRI為0.113。穩(wěn)定性實驗結(jié)果表明魚油經(jīng)納米乳包埋可顯著提高魚油氧化穩(wěn)定性，高壓處理有利于提高魚油納米乳的穩(wěn)定性，魚油納米乳在4℃的貯藏穩(wěn)定性高于25℃的貯藏穩(wěn)定性，80 MPa處理魚油納米乳經(jīng)4、25℃放置30 d乳析指數(shù)分別為0、1.4%，魚油納米乳經(jīng)25℃放置60 d后過氧化值及滲漏率分別為4.25 meq/kg、5.89%。

魚油；納米乳；制備；穩(wěn)定性

二十碳五烯酸(EPA)具有降血壓，緩解疲勞，預(yù)防動脈粥樣硬化、腦血栓等活性；二十二碳六烯酸(DHA)具有改善大腦機(jī)能，提高記憶力等生理功能[1-2]。國際脂肪酸和脂類研究學(xué)會建議成年人DHA和EPA的攝入總量為500 mg/d，美國醫(yī)學(xué)研究院建議成年人DHA和EPA的攝入量為160 mg/d，而我國居民的攝入量處于嚴(yán)重缺乏狀態(tài)，僅為37.6 mg/d[3]。魚油因含有大量的DHA、EPA等多不飽和脂肪酸，是目前DHA、EPA最重要的補(bǔ)充來源之一，受到各界的廣泛重視，并引發(fā)了開發(fā)魚油產(chǎn)品的熱潮。但魚油自身的一些缺陷限制了其應(yīng)用：①魚油中大部分脂肪酸都是不飽和脂肪酸，容易氧化分解，產(chǎn)生醛、酮等對人體有害的物質(zhì)；②魚油水溶性差，生物利用率低[3-4]。因此，開發(fā)穩(wěn)定的載體以改善魚油水溶性，提高穩(wěn)定性是解決上述問題、拓展其應(yīng)用的關(guān)鍵。

納米乳，又稱納米乳液、納米乳狀液、納米乳劑等，大多由水相、油相、表面活性劑等成分按適當(dāng)比例混合后經(jīng)一定能量輸入(攪拌、均質(zhì)、分散、超聲等)形成的納米級包埋體系[5]。作為新型活性物質(zhì)載體，納米乳具有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)：熱力學(xué)穩(wěn)定，可過濾滅菌，易于保存；提高油溶性和水難溶性物質(zhì)的溶解度；是目前食品、藥學(xué)及化妝品領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[5-7]。乳化材料的選擇是納米乳制備的關(guān)鍵。近年來，蛋白質(zhì)因營養(yǎng)豐富，具有良好的乳化活性，受到研究者的普遍關(guān)注。乳清蛋白作為母乳中的重要蛋白質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)其安全無毒，消化利用率高，且具有良好的乳化活性，成為目前制備納米乳的首選[8]。

但作為非均衡系統(tǒng)，納米乳不可自發(fā)形成，而需要一定的能量輸入以獲得均相分散體系[9]。高壓均質(zhì)技術(shù)是一種非常特殊的機(jī)械力化學(xué)技術(shù), 可以讓物料在高壓腔內(nèi)受到空穴爆炸、高頻振蕩、強(qiáng)烈剪切和高速對流撞擊等多重機(jī)械力作用，物料瞬間發(fā)生乳化、細(xì)化，提高物料穩(wěn)定性[9-10]。高壓均質(zhì)法與常規(guī)乳化處理使用的超聲法相比具有樣品處理量大、可以連續(xù)化生產(chǎn)、生產(chǎn)強(qiáng)度大、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。

綜上，本研究擬以乳清分離蛋白(WPI)替代合成表面活性劑對魚油進(jìn)行乳化包埋，采用高壓均質(zhì)處理，提高體系的穩(wěn)定性，優(yōu)化工藝配方，并評價其貯藏穩(wěn)定性，為開發(fā)高端魚油產(chǎn)品提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料與試劑

魚油，西安康隆化工有限公司；乳清分離蛋白 (蛋白質(zhì)含量91%～92%)，Glanbia公司；石油醚、異辛烷、異丙醇、硫氰酸鉀均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

BSA224S-CW型電子分析天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；T25高速剪切乳化機(jī)，德國IKA集團(tuán)；NS1001L2K高壓均質(zhì)機(jī)，Niro Soavi S.P.A公司；JB-3型磁力攪拌器，上海雷磁新徑儀器有限公司；UV-2600紫外分光光度計，上海儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 魚油納米乳的制備

按照實驗配方稱取一定量的魚油和乳清分離蛋白，用pH 7.0磷酸鹽緩沖液溶解乳清分離蛋白，配制一定質(zhì)量濃度的乳清分離蛋白溶液，邊攪拌邊加入一定質(zhì)量的魚油后，經(jīng)高速剪切乳化機(jī)在20 000 r/min條件下乳化2 min得粗乳液。將粗乳液在一定壓力下循環(huán)均質(zhì)處理得魚油納米乳。

1.2.2 包封率及滲漏率的測定

取20 mL魚油納米乳，加入15 mL石油醚，振蕩1 min，靜置分層。重復(fù)萃取3次，將收集到的有機(jī)相置于燒瓶(稱重W1)中，60℃烘干至恒重，于干燥器中冷卻，稱重(W2), 干燥前后質(zhì)量差(W2-W1)，即表面油含量，進(jìn)而計算包封率。滲漏率通過測定貯藏過程中魚油的包封率來確定[11]。

包封率=[1-(表面油/總油)]×100%；

滲漏率=[1-(貯藏過程中乳液包封率/貯藏初期乳液包封率)]×100%。

1.2.3 吸光比測定

室溫下，用蒸餾水將新鮮的魚油納米乳稀釋1 000 倍以后，分別在400、800 nm波長下測其吸光度A，用吸光比SRI=A800/A400表示魚油納米乳的穩(wěn)定性，當(dāng)SRI小于0.3時說明魚油納米乳比較穩(wěn)定[11]。

1.2.4 乳析指數(shù)的測定

將10 mL新鮮魚油納米乳移至直徑為20 mm、高度為100 mm帶蓋平底玻璃試管中靜置，定期測量其分層后底部清液層的高度。乳析指數(shù)越大分層現(xiàn)象越明顯，表示乳液越不穩(wěn)定[12-13]。

乳析指數(shù) =清液層高度/樣品的總高度×100%。

1.2.5 過氧化值的測定

過氧化值的測定，采用硫氰酸鐵法[13]。取1 mL魚油納米乳于離心管中，加入5 mL體積比為2∶1的異辛烷和異丙醇的混合物，充分振蕩30 s，然后進(jìn)行離心，取上層清液200 μL，加入硫氰酸鉀二價鐵離子溶液，用甲醇-丁醇(體積比2∶1)定容到5 mL，避光反應(yīng)20 min后，于510 nm波長下測定吸光度，通過Fe3+標(biāo)準(zhǔn)曲線計算樣品中過氧化物濃度。

1.2.6 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理

實驗數(shù)據(jù)采用Origin 8.0軟件進(jìn)行繪圖，數(shù)值以3次實驗的“均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 均質(zhì)壓力對魚油納米乳的影響

固定WPI質(zhì)量濃度50 g/L，魚油添加量100 g/L，均質(zhì)次數(shù)3次，考察均質(zhì)壓力(0、30、50、70、90、110、130 MPa)對魚油納米乳SRI及包封率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 均質(zhì)壓力對魚油納米乳包封率及SRI的影響

由圖1可知，在一定均質(zhì)壓力范圍內(nèi)魚油納米乳的包封率與均質(zhì)壓力呈正比。但在均質(zhì)壓力超過一定范圍后，隨均質(zhì)壓力的增大包封率反而有所下降，且在90 MPa附近出現(xiàn)最大值。當(dāng)均質(zhì)壓力在0～90 MPa范圍內(nèi)隨著均質(zhì)壓力的增大SRI逐漸降低，即穩(wěn)定性提高；當(dāng)均質(zhì)壓力為110～130 MPa時SRI有所增大，即穩(wěn)定性降低。高壓均質(zhì)過程是能量的輸入過程，均質(zhì)壓力越大，乳液受到的作用力越大，乳液乳化、細(xì)化越明顯，所形成納米乳粒徑越小且均一，即有利于形成均相分散體系，穩(wěn)定性提高。但均質(zhì)壓力過大時，容易造成分散的液滴破碎，出現(xiàn)包埋物滲出，一方面引起包封率下降，另一方面導(dǎo)致乳液中出現(xiàn)一些聚集物，大顆粒的出現(xiàn)導(dǎo)致均相體系被破壞，穩(wěn)定性下降SRI升高。因此，選擇均質(zhì)壓力為80、90 MPa和100 MPa開展后期實驗。

2.1.2 均質(zhì)次數(shù)對魚油納米乳的影響

固定WPI質(zhì)量濃度50 g/L，魚油添加量100 g/L，均質(zhì)壓力90 MPa，考察均質(zhì)次數(shù)(1、2、3、4、5次)對魚油納米乳SRI及包封率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 均質(zhì)次數(shù)對魚油納米乳包封率及SRI的影響

由圖2可知，當(dāng)均質(zhì)次數(shù)在1～3次范圍內(nèi)，隨著均質(zhì)次數(shù)的增多，包封率快速升高；均質(zhì)處理4次與3次相比，包封率稍有下降但差異不大；當(dāng)均質(zhì)次數(shù)為5次時，包封率明顯降低。SRI與包封率的變化呈相反的趨勢，隨著均質(zhì)次數(shù)的增多先降低后升高，并在均質(zhì)次數(shù)為4次時出現(xiàn)拐點(diǎn)。前期包封率的增加及穩(wěn)定性提高，可能是循環(huán)均質(zhì)處理有利于WPI乳化形成更多粒徑均一的納米乳，包埋更多魚油的同時提高其穩(wěn)定性。后期包封率的降低可能是多次均質(zhì)處理導(dǎo)致機(jī)械產(chǎn)熱，破壞已經(jīng)形成的乳液，引起包封率的降低，而包封率的降低意味著更多的魚油粘附在納米乳表面，在提高乳液親油性的同時引發(fā)納米乳間的粘連，產(chǎn)生聚集物，破壞穩(wěn)定性。綜上所述，選擇均質(zhì)次數(shù)為2、3次和4次開展后期實驗。

2.1.3 WPI質(zhì)量濃度對魚油納米乳的影響

固定魚油添加量100 g/L，均質(zhì)壓力90 MPa，均質(zhì)次數(shù)3次，考察WPI質(zhì)量濃度(5、10、15、20、25、40、60 g/L)對魚油納米乳SRI及包封率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 WPI質(zhì)量濃度對魚油納米乳包封率及SRI的影響

包埋材料的添加量不僅會影響到魚油用量的多少，還會影響到整個納米乳體系的穩(wěn)定性，對制備高包封率且穩(wěn)定的魚油納米乳起著至關(guān)重要的作用[8]。由圖3可知，在WPI質(zhì)量濃度5～20 g/L范圍內(nèi)，隨著WPI質(zhì)量濃度的增加，包封率呈直線上升趨勢，SRI也快速降低；而在WPI質(zhì)量濃度20～60 g/L范圍內(nèi)隨著WPI質(zhì)量濃度的增加，包封率有所上升但變化不大，SRI也幾乎維持在同一水平。當(dāng)WPI質(zhì)量濃度較低時包封率較低，且穩(wěn)定性差，這可能是因為在較低質(zhì)量濃度下，少量的WPI乳化能力有限不能將添加的魚油進(jìn)行有效包埋，即存在一定量的魚油粘附在納米乳表面或游離于分散介質(zhì)中，易導(dǎo)致乳液分層、液滴聚集，穩(wěn)定性差；當(dāng)WPI質(zhì)量濃度提高后，可將絕大多數(shù)魚油進(jìn)行包埋，并在均質(zhì)處理的條件下乳化形成均相分散體，穩(wěn)定性提高，包封率升高；當(dāng)WPI質(zhì)量濃度在20 g/L及以上時，其自身乳化能力達(dá)到飽和，過量的WPI直接分散在介質(zhì)中，對包封率及SRI幾乎不構(gòu)成影響。且當(dāng)WPI質(zhì)量濃度超過20 g/L以后，包封率幾乎達(dá)到最大值，此時SRI低于0.2，說明制成的魚油納米乳較穩(wěn)定。因此，WPI質(zhì)量濃度選擇15、20、25 g/L進(jìn)行后期實驗。

2.1.4 魚油添加量對魚油納米乳的影響

固定WPI質(zhì)量濃度為50 g/L，均質(zhì)壓力90 MPa，均質(zhì)次數(shù)3次，考察魚油添加量(10、50、100、150、200、250 g/L)對魚油納米乳SRI及包封率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 魚油添加量對魚油納米乳包封率及SRI的影響

由圖4可知，隨著魚油添加量的增大包封率呈降低趨勢，而SRI呈上升趨勢，即穩(wěn)定性呈下降趨勢，表明魚油的添加對魚油納米乳的質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。當(dāng)魚油添加量在10～100 g/L范圍內(nèi)，SRI及包封率雖分別有所升高和降低，但相對都比較平緩。但當(dāng)魚油添加量大于100 g/L后，隨著魚油添加量的增加，包封率及穩(wěn)定性降低趨勢都較為明顯。因此，魚油添加量選擇50、100、150 g/L進(jìn)行后期實驗。

2.2 正交實驗

在單因素實驗基礎(chǔ)上，以包封率為指標(biāo)對各因素進(jìn)行正交實驗，因素水平見表1，正交實驗結(jié)果見表2。

表1 因素水平

表2 正交實驗結(jié)果

由表2可知，各因素對魚油納米乳的影響順序是：魚油添加量>WPI質(zhì)量濃度>均質(zhì)次數(shù)>均質(zhì)壓力，制備魚油納米乳的最佳工藝配方是A1B3C3D1。即當(dāng)均質(zhì)壓力為80 MPa，均質(zhì)次數(shù)為4次，WPI質(zhì)量濃度為25 g/L，魚油添加量為50 g/L時得到的魚油納米乳包封率最高。因魚油添加量50 g/L和100 g/L時，魚油納米乳的包封率相差不大，為了提高魚油的載量，所以選定最佳的配方為均質(zhì)壓力80 MPa，均質(zhì)次數(shù)4次，WPI質(zhì)量濃度25 g/L，魚油添加量100 g/L。按此工藝所制備的魚油納米乳的包封率為96.4%，SRI為0.113。

2.3 魚油納米乳的穩(wěn)定性

2.3.1 乳析指數(shù)

本研究以0、30 MPa均質(zhì)處理得到魚油納米乳為對照，考察80 MPa均質(zhì)處理所得最佳配方樣品在不同溫度下貯藏30 d的乳析指數(shù)變化，以評價產(chǎn)品的穩(wěn)定性，結(jié)果如表3所示。乳析指數(shù)越大表示乳液越不穩(wěn)定。

表3 魚油納米乳乳析指數(shù)在貯藏期間的變化

注：同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)；同列不同大寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

由表3可知，不同均質(zhì)壓力處理所得魚油納米乳經(jīng)同一溫度(4℃或25℃)貯存，乳析指數(shù)間有較大的差異，但隨著貯藏時間的延長都呈增長趨勢，即貯藏時間越長穩(wěn)定性越差，且貯藏末期幾乎所有樣品都出現(xiàn)了不同程度的分層現(xiàn)象；經(jīng)同期同溫度貯藏后，80 MPa均質(zhì)壓力處理下所得魚油納米乳乳析指數(shù)最低，30 MPa均質(zhì)壓力處理下所得魚油納米乳較高，0 MPa均質(zhì)壓力處理下所得魚油納米乳乳析指數(shù)最高，說明均質(zhì)處理有利于提高魚油納米乳貯藏期間的物理穩(wěn)定性。同時也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)相同均質(zhì)壓力處理樣品在4℃貯藏樣品的乳析指數(shù)低于25℃下的，即低溫有利于維持體系的穩(wěn)定。高均質(zhì)壓力處理組的穩(wěn)定性高于低均質(zhì)壓力及無均質(zhì)壓力處理組，可能是經(jīng)80 MPa處理樣品的粒徑較小，一定程度上克服貯藏過程中由于重力和布朗運(yùn)動產(chǎn)生液滴聚合，從而延緩分層、沉降和絮凝問題的出現(xiàn)；但在重力耦合作用下，長期放置，隨著液滴膜接觸時間的延長，可能加速合并，導(dǎo)致不穩(wěn)定問題；同時本研究在最佳工藝下制備的魚油納米乳粒徑在200 nm左右，且黏度較低，不可避免地會受到奧斯特瓦爾德熟化的影響，產(chǎn)生較大液滴；即經(jīng)80 MPa處理組在放置末期也會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。而高溫貯藏組穩(wěn)定性低于低溫貯藏組，可能是高溫加速液滴布朗運(yùn)動，促進(jìn)液滴聚合所致。

2.3.2 過氧化值

油脂及其制品過氧化值的測定是判斷其氧化、酸敗程度的重要指標(biāo)[14-16]。魚油中含有大量的不飽和脂肪酸，易氧化分解產(chǎn)生氫過氧化物，本研究以魚油為對照通過定期測定魚油納米乳的過氧化值，評價納米乳對魚油的氧化保護(hù)作用, 結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，在25℃貯藏60 d期間，所有樣品的過氧化值都有所上升，但魚油的上升幅度明顯高于魚油納米乳，且魚油樣品的過氧化值普遍高于同期魚油納米乳的，說明魚油經(jīng)WPI包埋可提供一定的屏障作用，減少外界對魚油的影響，延緩魚油的氧化。同時也發(fā)現(xiàn)0～40 d 內(nèi)魚油過氧化值升高相對較慢，而40 d后過氧化值快速升高。這可能是前期魚油處于較長的油脂氧化引發(fā)期內(nèi)，而一旦體系中產(chǎn)生了自由基，則發(fā)生快速氧化，產(chǎn)生大量的過氧化物。而在整個貯藏期間魚油納米乳的過氧化值升高較為平緩，這可能是因為魚油納米乳的包封率較高，即僅有少量的魚油粘附在納米乳或分散在介質(zhì)中，由外界影響而引發(fā)的游離魚油的氧化分解所產(chǎn)生的自由基并不能穿過WPI屏障引發(fā)包埋內(nèi)部魚油的氧化。

圖5 貯藏過程中過氧化值的變化

2.3.3 滲漏率

滲漏率是評價載體穩(wěn)定性主要指標(biāo)之一，滲漏率越高表示越多的包埋物游離出來，載體對功能性成分的保護(hù)作用越差[16]。本研究以滲漏率為指標(biāo)考察了最佳配方工藝條件制備的魚油納米乳在25℃條件下貯藏60 d穩(wěn)定性，結(jié)果如圖6所示。

圖6 魚油納米乳貯藏期間滲漏率的變化

由圖6可知，隨著貯藏時間的延長，魚油納米乳的滲漏率緩慢增加，前40 d魚油納米乳的滲漏率較低且增長較慢，40～60 d時魚油納米乳的滲漏率有較大的提升，但滲漏率相對來說比較低。

3 結(jié) 論

本研究經(jīng)單因素實驗和正交實驗得到魚油納米乳的最佳工藝配方為：乳清分離蛋白質(zhì)量濃度25 g/L，魚油添加量100 g/L，均質(zhì)壓力80 MPa，均質(zhì)次數(shù)4次。采用最佳工藝配方制備的魚油納米乳的包封率為96.4%，SRI為0.113。魚油經(jīng)納米乳包埋可顯著提高魚油氧化穩(wěn)定性，高壓處理有利于提高魚油納米乳的貯藏穩(wěn)定性，但高溫貯藏可加速乳液聚集分層。

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Preparation and storage stability of fish oil nano-emulsion

ZHENG Jingxia1, BAI Chunqing2, LU Tianyang2, WANG Rui2, ZHAO Li2, XIONG Hua1

(1.State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China; 2.National R & D Branch Center for Freshwater Fish Processing, College of Life Science, Jiangxi Science and Technology Normal University, Nanchang 330013, China)

Fish oil nano-emulsion was prepared from whey protein isolate (WPI) and fish oil by high pressure homogenization method. The effects of major factors on the encapsulation efficiency and absorption ratio (SRI) were studied by single factor experiment. The orthogonal experiment was applied to obtain the optimal conditions with encapsulation efficiency as index. At the same time, the storage stabilities of fish oil nano-emulsion at 4,25℃ were investigated with fish oil nano-emulsions treated by different pressures as control. The results indicated that the optimal conditions were obtained as follows: WPI mass concentration 25 g/L, dosage of fish oil 100 g/L, homogenization pressure 80 MPa and homogenization times 4. Under the optimal conditions, the encapsulation efficiency andSRIof fish oil nano-emulsion were 96.4% and 0.113, respectively. The stability test results showed that the oxidation stability of fish oil was significantly improved after being encapsulated in nano-emulsion, and the stability of fish oil nano-emulsion could be enhanced by high pressure treatment. Also the storage stability of fish oil nano-emulsion at 4℃ was better than that at 25℃. The creaming indexes of fish oil nano-emulsion treated under pressure 80 MPa after 30 d storage at 4℃ and 25℃ were 0 and 1.4%, respectively, and the peroxide value and leakage rate of fish oil nano-emulsion stored at 25℃ for 60 d were 4.25 meq/kg and 5.89%, respectively.

fish oil; nano-emulsion; preparation; stability

2016-07-21；

2017-01-11

國家自然科學(xué)基金委員會資助項目(31560465)；江西省教育廳青年項目(GJJ150803)；江西省自然科學(xué)基金資助項目(20161BAB204190)；農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品加工重點(diǎn)實驗室開放基金(NYJG201501)

鄭景霞 (1992)，女，碩士研究生，研究方向為功能性成分載體研究與開發(fā)(E-mail)ncuskzhengjingxia@163.com。

白春清，講師，博士(E-mail) chunqingbai01@aliyun.com。

TS225.6;TQ641

A

1003-7969(2017)04-0047-06