綦玉曼，尋崇榮，車(chē)佳玲，江連洲，馬文君，張瀟元，李 楊,2，王中江,*

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.哈爾濱食品產(chǎn)業(yè)研究院，黑龍江 哈爾濱 150028）

薄荷油是一種具 有濃郁薄荷香味的植物油，因其具有除臭、去腥、抑菌、防腐、增加風(fēng)味等功效[1]，在食品工業(yè)中被廣泛用于糖果、清涼飲料、糕點(diǎn)等加工中。但是，薄荷油與大多數(shù)精油一樣具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，在高溫加工以及長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存過(guò)程中，將會(huì)導(dǎo)致加入產(chǎn)品中的薄荷油揮發(fā)殆盡。為改善薄荷油的易揮發(fā)性質(zhì)，文獻(xiàn)[2-4]采用不同壁材制備微膠囊包埋薄荷油提高其穩(wěn)定性，方便填料和運(yùn)輸。但是，微膠囊化產(chǎn)品大多是固體香料，不方便作為食品添加劑加入到飲料等液體食品中，且其工業(yè)化生產(chǎn)操作繁瑣，產(chǎn)品粒徑較大，生物利用度相對(duì)不高，限制其應(yīng)用[5]。

近年來(lái)，納米乳液針對(duì)特定功能性物質(zhì)而構(gòu)建的營(yíng)養(yǎng)素包埋與傳遞極大程度上解決了揮發(fā)型營(yíng)養(yǎng)素在水性介質(zhì)中溶解度差、生物利用率低、易揮發(fā)等問(wèn)題。而且，納米乳液較普通乳液在貯存過(guò)程中可以抵抗重力分離、絮凝和聚結(jié)，被看成是一種“近熱力學(xué)穩(wěn)定”體系[6]。高壓均質(zhì)乳化技術(shù)作為常用的高能法制備納米乳液技術(shù)，具有乳液粒徑小、分布窄、乳液穩(wěn)定、表面活性劑的需量小、生產(chǎn)成本低、易操作、污染小等優(yōu)勢(shì)[7-8]。本研究以大豆分離蛋白（soy protein isolate，SPI）為表面活性劑、磷脂酰膽堿為助表面活性劑，通過(guò)高壓均質(zhì)乳化技術(shù)制備薄荷油納米乳液，使薄荷油能夠稀釋并溶解于水相中，以提高其穩(wěn)定性及吸收利用率。同時(shí)優(yōu)化SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)、薄荷油質(zhì)量分?jǐn)?shù)、均質(zhì)壓力等影響納米乳液理化性質(zhì)的主要因素，為制備均一、穩(wěn)定的薄荷油納米乳液提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

SPI 哈爾濱高科技（集團(tuán)）股份有限公司；磷脂酰膽堿、薄荷油、胃蛋白酶、胰酶、豬膽鹽 美國(guó)Sigma公司；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉 天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

Nano-ZS90粒度分析儀 英國(guó)馬爾文公司；ULTRA-TURRAX UTL2000乳化機(jī) 德國(guó)IKA儀器設(shè)備公司；SPCH-10高壓均質(zhì)機(jī) 英國(guó)Stansted Fluid Power公司；PHSJ-4A型實(shí)驗(yàn)室pH計(jì) 中國(guó)上海雷磁公司；電子分析天平（0.000 1 g） 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；H-7650B型透射電鏡 日本日立公司；7890-5795C型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、19091N-136型毛細(xì)管色譜柱 美國(guó)Agilent公司；Gemini HR Nano流變儀英國(guó)Malvern儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 粗乳液的制備

參考Lee等[9]的方法，將SPI和磷脂酰膽堿溶于緩沖液（0.1 mol/L、pH 7.0磷酸鹽緩沖溶液）中，室溫下連續(xù)攪拌120 min，形成水相；在高速分散器的攪拌下把薄荷油作為油相加到水相中，20 000 r/min均質(zhì)5 min，形成粗乳液。

1.3.2 薄荷油納米乳液的制備

將粗乳液通過(guò)高壓均質(zhì)機(jī)進(jìn)一步均質(zhì)乳化即得高壓均質(zhì)薄荷油納米乳液。高壓均質(zhì)處理方法及條件設(shè)定參考Dybowska等[10]并進(jìn)行一定修改，采用冰水浴保持低溫。

1.3.3 薄荷油納米乳液?jiǎn)我蛩卦囼?yàn)

以SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)、薄荷油質(zhì)量分?jǐn)?shù)、均質(zhì)壓力為考察因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，測(cè)定制備的薄荷油納米乳液平均粒徑、多分散性指數(shù)（polydispersity index，PDI）、Zeta電位、濁度、乳化產(chǎn)率、乳液穩(wěn)定性指數(shù)（turbiscan stability index，TSI）。

1.3.3.1 SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)

分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%的SPI和0.2%磷脂酰膽堿混合溶液，室溫下連續(xù)攪拌120 min，緩慢加入5%薄荷油，制備粗乳液。高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)壓力為80 MPa，均質(zhì)4 次，測(cè)定制備的薄荷油納米乳液平均粒徑、PDI、Zeta電位、濁度、TSI。

1.3.3.2 薄荷油質(zhì)量分?jǐn)?shù)

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的SPI和0.2%磷脂酰膽堿混合溶液，室溫下連續(xù)攪拌120 min，緩慢加入2%、5%、8%、11%、14%薄荷油，制備粗乳液。高壓均質(zhì)機(jī)采用均質(zhì)壓力為80 MPa，均質(zhì)4 次，測(cè)定制備的薄荷油納米乳液平均粒徑、PDI、Zeta電位、濁度、TSI。

1.3.3.3 均質(zhì)壓力

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%的SPI和0.2%磷脂酰膽堿混合溶液，緩慢加入5%薄荷油，制備粗乳液。設(shè)置均質(zhì)壓力分別為60、80、100、120、140 MPa，均質(zhì)4 次，測(cè)定制備的薄荷油納米乳液平均粒徑、PDI、Zeta電位、濁度、TSI。

1.3.4 薄荷油納米乳液的平均粒徑、PDI及Zeta電位的測(cè)定

用Zetasize r Nano-ZS 90光散射粒度分析儀分別測(cè)定上述薄荷油乳液的平均粒徑、粒徑分布規(guī)律及Zeta電位變化，薄荷油油滴的折射率為1.45，水相溶液折射率為1.33。為降低多重光散射效應(yīng)，分析前用pH 7.5磷酸鹽緩沖液（0.05 mol/L）稀釋薄荷油乳液1 000 倍測(cè)定粒徑及PDI，稀釋50 倍測(cè)定Zeta電位。

1.3.5 薄荷油納米乳液的濁度測(cè)定

將薄荷油納米乳液用磷酸鹽緩沖液溶液稀釋40 倍，以磷酸鹽緩沖液為空白對(duì)照，用紫外分光光度計(jì) 測(cè)定600 nm波長(zhǎng)處的吸光度，濁度（T）計(jì)算見(jiàn)公式（1）：

式中：A為稀釋乳液在600 nm波長(zhǎng)處的吸光度；V為稀釋倍數(shù)；I為光程差0.01 m。

1.3.6 薄荷油納米乳液的乳化產(chǎn)率測(cè)定

1.3.6.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)確稱(chēng)取不同質(zhì)量的薄荷油，分別置于50 mL的容量瓶中，用無(wú)水乙醇稀釋定容至刻度，則得到一系列質(zhì)量濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，以無(wú)水乙醇作為空白組，在最大吸收波長(zhǎng)下測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度。以吸光度對(duì)質(zhì)量濃度進(jìn)行線性回歸，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程。

1.3.6.2 納米乳液中薄荷油提取

首先稱(chēng)取一定質(zhì)量的薄荷油納米乳液，用無(wú)水乙醇洗去表面的油。接著把薄荷油納米乳液放入燒瓶中，并加入一定量的無(wú)水乙醇進(jìn)行40 ℃水浴加熱，15 min后將此溶液用超聲波處理1 h，隨后用離心 機(jī)除去溶液中的不溶性物質(zhì)，取上層清液，用50 mL容量瓶定容。

1.3.6.3 乳化產(chǎn)率計(jì)算

采用紫外光譜法定量分析薄荷油納米乳液的乳化產(chǎn)率，測(cè)定樣品的吸光度，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程計(jì)算乳化產(chǎn)率，計(jì)算見(jiàn)式（2）：

式中：w1為納米乳液中薄荷油質(zhì)量；w2薄荷油總質(zhì)量。

1.3.7 TSI的測(cè)定

參考劉蕾等[11]方法，取18 mL薄荷油納米乳液于Turbiscan專(zhuān)用圓柱形的玻璃杯（外徑27.5 mm，高度70 mm）中。在55 ℃每30 min掃描1 次，掃描時(shí)間6 h。由此可獲得反映薄荷油納米乳液穩(wěn)定性的差值反射光量隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，即可作為衡量薄荷油納米乳液穩(wěn)定性的圖譜。

1.3.8 納米乳液透射電鏡測(cè)定

將薄荷油納米乳液樣品用蒸餾水稀釋10 倍后，滴加在覆蓋有碳膜的銅網(wǎng)上，用2%磷鎢酸溶液進(jìn)行染色處理，放至通風(fēng)處干燥后，通過(guò)透射電鏡觀察納米乳液的形態(tài)并拍照。

1.3.9 納米乳液中薄荷油的成分分析

1.3.9.1 樣品準(zhǔn)備

將對(duì)照組薄荷油純品與從納米乳液中提取的薄荷油直接進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測(cè)。

1.3.9.2 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀測(cè)定條件

氣相色譜條件：1 9 0 9 1 N-1 3 6型色譜柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm），進(jìn)樣量10 μL，升溫程序：40 ℃持續(xù)3 min，然后以4 ℃/min上升至100 ℃，接著以7 ℃/min上升至240 ℃，持續(xù)7 min，分流比為10∶1。載氣為氦氣，流速為0.8 mL/min，進(jìn)樣口溫度為250 ℃。

質(zhì)譜條件：離子源溫度為200 ℃，檢測(cè)器電壓為350 V，電子能量為70 eV，燈絲發(fā)射電流為200 μA，接口溫度為250 ℃，質(zhì)量掃描范圍m/z50～500。

1.3.9.3 化合物鑒定

利用Xcalibur軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)查找化合物，然后與譜庫(kù)NIST和Wiley化合物進(jìn)行匹配度檢測(cè)，再手動(dòng)檢索核對(duì)，選擇匹配度大于800的結(jié)果，采用歸一化法得到各成分的相對(duì)含量。

1.3.10 納米乳液的流變學(xué)特性測(cè)定

采用AR550型流變儀檢測(cè)薄荷油納米乳液的流變學(xué)特性，選擇直徑60 mm的錐形板，并控制板間距為50 μm。將1 mL薄荷油納米乳液置于平板上，剪切速率0.01～1 000 s－1，溫度25 ℃。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)測(cè)量3 次，采用SPSS Statistics 22軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA差異顯著性分析，P值小于0.05為顯著性差異，數(shù)據(jù)均為 ±s，使用Origin Pro9.0軟件繪制曲線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 高壓均質(zhì)制備薄荷油納米乳液工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)薄荷油納米乳液理化穩(wěn)定性的影響

表1 SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)納米乳液理化穩(wěn)定性的影響Table 1 Effects of SPI content on physical and chemical stability of nanoemulsion

圖1 SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)納米乳液粒徑分布的影響Fig. 1 Effect of SPI content on particle size distribution of nanoemulsion

從表1可以看出，隨著SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，薄荷油納米乳液的平均粒徑、PDI、濁度呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)。分析認(rèn)為SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%～1.5%范圍內(nèi)，此時(shí)乳液中的蛋白質(zhì)濃度過(guò)低，即使全部吸附在油-水界面仍未能達(dá)到飽和，溶液中的小液滴因而發(fā)生聚合現(xiàn)象，形成粒徑較大的液滴。乳液濁度是粒徑大小和濃度的函數(shù)，乳液濁度越大則表明較大粒徑的液滴分布越多，隨著SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，蛋白乳液體系在稀釋過(guò)程中多余的表面活性 劑膠束發(fā)揮作用，吸附破乳過(guò)程中釋放出來(lái)的油滴，從而使得油滴被包裹，進(jìn)而使透明度增強(qiáng)。當(dāng)SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%時(shí)，液滴平均粒徑、PDI、濁度同時(shí)達(dá)到最小值，表明在此條件下蛋白在液滴表面形成緊密的界面膜，同時(shí)界面蛋白之間的電荷斥力以及空間位阻作用，使得油滴可以保持粒徑相對(duì)較?。s為200 nm）且其分布較為集中（圖1），此時(shí)乳液處于相對(duì)均一、穩(wěn)定的狀態(tài)[12]。當(dāng)SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.5%時(shí)，液滴的平均粒徑具有緩慢上升的趨勢(shì)，粒徑分布呈雙峰分布，并逐漸向大粒徑方向移動(dòng)。說(shuō)明隨著蛋白分子的不斷吸附，液滴間相對(duì)平衡的狀態(tài)被破壞，在此條件下，平均粒徑主要受均質(zhì)條件而非乳化劑性能的影響[13]，吸附在不同液滴上的蛋白分子的結(jié)合可能造成液滴之間的聚合，從而導(dǎo)致總體系中平均粒徑和濁度的增大。這一現(xiàn)象也可用排斥絮凝理論解釋?zhuān)串?dāng)高分子乳化劑的濃度超過(guò)臨界值時(shí)，連續(xù)相中沒(méi)有吸附的蛋白會(huì)因?yàn)闈B透作用引起液滴絮凝，從而引起蛋白質(zhì)分子鏈從兩液滴表面排斥而出[14]。此趨勢(shì)與Mahdi等[15]結(jié)果一致，說(shuō)明過(guò)量的乳化劑會(huì)影響乳液的均一性，進(jìn)而影響乳液的穩(wěn)定性。

從表1可以看出，隨著SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，薄荷油納米乳液Zeta電位呈現(xiàn)先逐漸增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%時(shí)，納米乳液電位為－30.6 mV，而后，隨著SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，納米乳液Zeta電位逐漸降低。這表明，帶負(fù)電荷的SPI分子能夠吸附至納米乳液液滴表面，隨著SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，SPI在液滴表面吸附逐漸達(dá)到飽和，從而使得納米乳液的Zeta電位值達(dá)到平衡值，趨于穩(wěn)定，不再隨著SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增加。

從表1可以得出，隨著SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的増加，薄荷油納米乳液的乳化產(chǎn)率逐漸提高。當(dāng)SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.5%時(shí)，納米乳液乳化產(chǎn)率不再隨著SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而顯著提高（P＞0.05）。這是因?yàn)楫?dāng)SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時(shí)，包裹在水-油界面上的SPI增加，提高了薄荷油納米乳液的乳化產(chǎn)率。根據(jù)Bi Lin等[16]的研究可知，乳化劑濃度越大，界面的吸附層越厚，從而提高了薄荷油的乳化產(chǎn)率，當(dāng)SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.5%時(shí)，薄荷油納米乳液的乳化產(chǎn)率為95%以上，達(dá)到比較高的乳化產(chǎn)率。

從表1可以看出，隨著SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，TSI值逐 漸減小，當(dāng)SPI添加量大于2.5%時(shí)，TSI值趨于穩(wěn)定。以上結(jié)果表明，當(dāng)SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時(shí)，薄荷油納米乳液的TSI變大，表明此時(shí)乳液穩(wěn)定性變差，說(shuō)明此SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)并不足以覆蓋乳液液滴表面，可能使得薄荷油液滴發(fā)生絮凝，從而降低薄荷油納米乳液的穩(wěn)定性。當(dāng)SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增大時(shí)，界面上吸附的蛋白分子也增加，膜的強(qiáng)度相應(yīng)增大，液滴難以聚結(jié)，納米乳液能夠保持較好的物理穩(wěn)定性。同時(shí)，隨著SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，乳液的黏度增加，根據(jù)斯托克斯定理，高黏度體系中，液滴具有較低的沉降速率，從而有利于得到更穩(wěn)定的乳狀液體系。

本實(shí)驗(yàn)制備以不同添加量的SPI為乳化劑的薄荷油納米乳液，當(dāng)SPI添加量較少時(shí)，界面 蛋白發(fā)生構(gòu)象改變以完全覆蓋水油界面；當(dāng)SPI添加量較多時(shí)，有較多的SPI吸附在界面上，從而使吸附在界面上的SPI不能發(fā)生構(gòu)象改變。界面上SPI較多時(shí)，形成較厚的界面膜，對(duì)油滴的保護(hù)提高；同時(shí)因?yàn)镾PI沒(méi)有發(fā)生構(gòu)象改變，其因空間位阻而使液滴相互排斥的作用比較大，進(jìn)一步防止液滴粒徑增大，提高乳液穩(wěn)定性[17]。綜合考慮乳化劑濃度對(duì)平均粒徑和粒徑分布寬度、乳化產(chǎn)率、濁度、TSI的影響，2.5%的SPI足夠吸附到油滴界面而形成比較穩(wěn)定的薄荷油納米乳液，此質(zhì)量分?jǐn)?shù)最適合薄荷油納米乳液的制備。

2.1.2 薄荷油質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)薄荷油納米乳液理化穩(wěn)定性的影響

表2 薄荷油質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)納米乳液理化穩(wěn)定性的影響Table 2 Effect of peppermint oil content on stability of nanoemulsion

圖2 薄荷油質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)納米乳液粒徑分布的影響Fig. 2 Effect of peppermint oil content on particle size distribution of nanoemulsion

在乳液的制備過(guò)程中，高芯壁比往往是配方 中所追求的，不僅可以提高該運(yùn)載體系的效率，而且有利于乳液在后續(xù)加工和應(yīng)用中的可操作性。但是，芯材載入量過(guò)大時(shí)，顆粒間易發(fā)生聚集，從而對(duì)乳液粒徑和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。由表2可知，乳液的平均粒徑、PDI、濁度、TSI隨薄荷油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先降低后增大。由圖2可知，當(dāng)薄荷油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，乳液具有最小粒徑分布寬度。分析原因在于較高的油載荷會(huì)使均質(zhì)化的液滴更多更小，從而使蛋白質(zhì)有更大的可吸附表面積，這會(huì)使圍繞油滴的界面膜更穩(wěn)定且聚結(jié)力更強(qiáng)。因此，制備的納米乳液均比較穩(wěn)定。薄荷油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%、14%的薄荷油納米乳液粒徑分布在1 000 nm處出現(xiàn)了1 個(gè)新的峰（圖2），說(shuō)明過(guò)量的油相不能很好地被乳化劑所包埋，極易通過(guò)介質(zhì)的流動(dòng)而擴(kuò)散到大油滴中，從而引起乳液粒徑的增加，發(fā)生奧氏熟化現(xiàn)象[18]，導(dǎo)致粒徑分布變寬，粒徑與濁度變大。

隨著薄荷油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步增加，乳液的Zeta電位絕對(duì)值減小。這表明高油負(fù)荷降低了乳液的穩(wěn)定性。在較低的Zeta電位下，分散油滴之間的空間排斥可能不足以克服液滴和能量位壘之間的分子間吸引力（即范德華力和疏水吸引力）[19]。因此，乳液在自然條件下絮凝，并且液滴傾向于聚集，提高了分層率。薄荷油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加對(duì)乳化后的產(chǎn)率影響不大。因此確定薄荷油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。

2.1.3 高壓均質(zhì)壓力對(duì)薄荷油納米乳液理化穩(wěn)定性的影響

表3 均質(zhì)壓力對(duì)納米乳液理化穩(wěn)定性的影響Table 3 Effect of homogenization pressure on stability of nanoemulsion

圖3 均質(zhì)壓力對(duì)納米乳液粒徑分布的影響Fig. 3 Effect of h omogenization pressure on particle size distribution of nanoemulsion

研究表明，高壓均質(zhì)采用的壓力參數(shù)對(duì)粒徑的大小具有顯著影響。由表3和圖3可知，隨著均質(zhì)壓力的增加，乳液的平均粒徑、PDI、濁度和TSI急劇下降，粒徑分布范圍變窄，集中分布在80～400 nm波長(zhǎng)之間，均質(zhì)壓力高于80 MPa，平均粒徑、PDI、濁度和TSI緩慢上升，粒徑分布峰逐漸向大粒徑方向偏移。影響乳液粒徑主要因素是高壓均質(zhì)過(guò)程中巨大的機(jī)械力作用（巨大剪切力、撞擊和空穴效應(yīng)）[20]，兩者間存在一定的函數(shù)關(guān)系，即均質(zhì)壓力越高，機(jī)械作用越強(qiáng)，粒徑越小，液滴細(xì)化程度越高，分布越均勻，但均質(zhì)壓力過(guò)高時(shí)，作用在乳液上的沖擊力較大，乳液的液滴過(guò)小[21]，顆粒之間由于彼此的布朗運(yùn)動(dòng)速率加快、相互碰撞的次數(shù)增加足以破壞界面膜而發(fā)生聚集現(xiàn)象[22]，同時(shí)高壓可以引起蛋白質(zhì)變性[23]，變性蛋白質(zhì)分子相互作用形成聚集體，溶解度下降，并從界面上脫落，進(jìn)而阻礙液滴被均質(zhì)破壞，降低均質(zhì)的效果[24]，與此同時(shí)，由于液滴過(guò)小，比表面積增大，乳化劑的數(shù)量不足以覆蓋液滴表面，導(dǎo)致液滴聚集。類(lèi)似結(jié)果在Schulz等[25]的研究中也曾被報(bào)道。由表3可知，均質(zhì)壓力對(duì)乳液Zeta電位影響不大。當(dāng)均質(zhì)壓力小于80 MPa時(shí)，隨著均質(zhì)壓力的增加，乳化產(chǎn)率逐步提高，超過(guò)80 MPa時(shí)，乳化產(chǎn)率隨均質(zhì)壓力的增加而快速下降。這是因?yàn)榫|(zhì)時(shí)的剪切力和空穴效應(yīng)，導(dǎo)致薄荷油破碎[26]。綜上，均質(zhì)壓力選擇為80 MPa。

2.2 薄荷油納米乳液的形態(tài)及粒徑分布

圖4 薄荷油納米乳液的透射電鏡圖Fig. 4 TEM pictures of peppermint oil nanoemulsion

由圖4可直觀地看出，乳液的平均粒徑小，液滴分布均勻，表明高壓均質(zhì)過(guò)程中產(chǎn)生的巨大剪切、湍流作用、空穴效應(yīng)的確能起到較好的乳化效果。有研究表明：乳液平均粒徑的減小，不僅有效提高乳液的穩(wěn)定性，有效抑制沉淀和乳析的發(fā)生，也顯著提高功能成分和營(yíng)養(yǎng)素，尤其是非水溶性物質(zhì)的生物利用率[14]。

2.3 納米乳液中薄荷油主要成分的檢測(cè)結(jié)果

對(duì)薄荷油納米乳液物理化學(xué)穩(wěn)定性的研究發(fā)現(xiàn)，薄荷油納米乳液具有較好的理化穩(wěn)定性。將單因素試驗(yàn)優(yōu)化的最佳工藝條件制備的薄荷油納米乳液和對(duì)照組薄荷油進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜檢測(cè)，結(jié)果如表4所示。結(jié)果表明薄荷油經(jīng)過(guò)乳化后其中的部分烯類(lèi)物質(zhì)，如2-β-蒎烯、α-蒎烯、檸檬烯、δ-杜松烯、D-大根香葉烯、β-波蒡烯的比例部分降低，分析原因在于一方面可能與上述幾類(lèi)物質(zhì)在空氣中極易揮發(fā)的性質(zhì)有關(guān)，另一方面可能在高壓均質(zhì)的作用下造成了這些物質(zhì)的氧化損失，進(jìn)而導(dǎo)致總含量稍有下降，此結(jié)果與陳碩[27]與梁蓉[28]等研究結(jié)果類(lèi)似。而薄荷油主要的功能性成分薄荷酮、薄荷醇等含量未出現(xiàn)明顯改變，表明薄荷油經(jīng)高壓均質(zhì)制備 成納米乳液后，能夠形成一種更穩(wěn)定的乳液體系，從 而迅速將功能性成分穩(wěn) 定地乳化在納米體系中，降低薄荷油在生產(chǎn)加工和運(yùn)輸儲(chǔ)存過(guò)程中的損失。

表4 納米乳化包埋前后薄荷油中主要成分相對(duì)含量Table 4 Change in relative quantity of main components in peppermint oil before and after incorporation into nanoemulsions

2.4 納米乳液的流變學(xué)特性

納米乳液的流變特性在食品領(lǐng)域?qū)嶋H生產(chǎn)中具有一定的指導(dǎo)意義，乳化體系的黏度變化曲線在一定程度上可以表征乳液的聚合程度，進(jìn)一步反映乳液的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。由圖5可知，隨著納米乳液剪切速率的增大，乳液的黏度逐漸降低。在較小的剪切速率（0.1～400 s－1）時(shí)，薄荷油納米乳液的黏度急劇下降，呈現(xiàn)出剪切變稀的特征，主要原因在于流速場(chǎng)中，薄荷油納米乳液的乳滴形成絮體并瓦解[29]。當(dāng)剪切速率大于400 s－1后，納米乳液的黏度未發(fā)生明顯變化，呈現(xiàn)牛頓流體性質(zhì)，這是因?yàn)樾躞w被裂解成為單個(gè)液滴，也可能是乳化體系形成與瓦解絮體的速率相同，絮體具有相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)[30]。薄荷油納米乳液納米級(jí)粒徑進(jìn)一步增大乳液的比表面積，增加乳滴之間的相互作用，導(dǎo)致薄荷油納米乳液的黏度增加，根據(jù)Stoke定律，當(dāng)乳液具有較大的黏度時(shí)，有利于減緩液滴的上浮速度，保持更好的穩(wěn)定性。流變學(xué)特性結(jié)果補(bǔ)充說(shuō)明了高壓均質(zhì)制備的薄荷油乳液具有良好的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。

圖5 薄荷油納米乳液的流變性Fig. 5 Rheological property of peppermint oil nanoemulsion

3 結(jié) 論

以SPI-磷脂酰膽堿復(fù)合物作為乳化劑，采用高壓均質(zhì)法制備薄荷油納米乳液，研究SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)、薄荷油質(zhì)量分?jǐn)?shù)及均質(zhì)壓力對(duì)薄荷油納米乳液的平均粒徑、PDI、Zeta電位、濁度、乳化產(chǎn)率、TSI的影響機(jī)制，并通過(guò)動(dòng)態(tài)光散射和透射電鏡驗(yàn)證，當(dāng)SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%、薄荷油質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、均質(zhì)壓力80 MPa時(shí)，制備出的薄荷油納米乳液平均粒徑小且分布均勻；通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜檢測(cè)發(fā)現(xiàn)SPI-磷脂酰膽堿為乳化劑制備的納米乳液可有效保護(hù)薄荷油功能成分；流變學(xué)特性結(jié)果說(shuō)明薄荷油納米乳液具有良好的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。因此，此方法能夠快速地制備穩(wěn)定性好的薄荷油納米乳液，是一種較為實(shí)用、高效的薄荷油納米乳液制備技術(shù)，為今后薄荷油在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用提供依據(jù)和參考。