甄天元 慕鴻雁

(青島農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，青島 266109)

裂壺藻油(Schizochytriumsp.oil)是原中華人民共和國衛(wèi)生部批準的以生產(chǎn)DHA為主的新資源食品。該藻油來源天然、安全綠色，含有豐富的多不飽和脂肪酸，其中二十二碳六烯酸(DHA)的含量高達35%～55%，是一種不可多得的功能性油脂資源，被用作保健食品、嬰兒食品、乳制品和營養(yǎng)調(diào)和油的基料[1-3]。但由于裂壺藻油的高度不飽和特性，其極容易被氧化降解，將其添加到食品中導致產(chǎn)品易酸敗、產(chǎn)生異味，且本身所具有的腥味也嚴重降低食品的感官品質(zhì)，因而嚴重制約了在食品中的應用[4]。采用適當?shù)陌穹绞綄υ逵瓦M行包埋，可以有效地避免藻油的氧化損失，對于擴大裂壺藻油在食品乃至保健品中的進一步應用、提高食品基質(zhì)的營養(yǎng)水平，具有重要的意義。

通常的脂質(zhì)包埋體系包括乳液、微膠囊和脂質(zhì)體等。乳液體系是一種商業(yè)價值較高的脂質(zhì)輸送系統(tǒng)，由于具有顆粒小、比表面積大、操作簡便、與物質(zhì)在生物體內(nèi)的吸收模式更相似等特性而被廣泛采用[5-7]。在制備乳液時選擇乳化性能好的乳化劑是形成穩(wěn)定的乳液體系、提高活性組分穩(wěn)定性和生物利用度的關(guān)鍵所在[8]。辛烯基琥珀酸淀粉酯(OSA-淀粉)由淀粉與辛烯基琥珀酸酐酯化而成，分子上所含有的羥基和羧基具親水性，長碳鏈又呈疏水性，因而帶有親水親油的雙重特性，具有較強的表面活性[9，10]；且OSA-淀粉能夠形成較厚的界面膜，使得乳液載油率和隔氧性均顯著提高[11]。

本實驗以O(shè)SA-淀粉為乳化劑，研究不同條件對裂壺藻油乳液性質(zhì)的影響，并探討其在儲存過程中的氧化穩(wěn)定性，為提高藻油等功能性脂質(zhì)的穩(wěn)定性、拓展乳油基功能性脂質(zhì)的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與試劑

OSA淀粉(Hi-cap 100)、維生素E、DHA藻油；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

RE-52旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，SB25-12DTS超聲波多頻清洗器，PHS-3C精密pH計，SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵，ZEN-3690Malvern納米激光粒度分析儀，HH-4J恒溫磁力攪拌水浴鍋，TU-1810DASPC紫外可見光光度計，Neofuge18R高速冷凍離心機，T-25高速分散機。

1.3 方法

1.3.1 乳液的制備

準確稱取一定質(zhì)量的OSA淀粉，按照一定比例加入去離子水中，在40 ℃充分攪拌1 h，使其成為均勻透明的溶液，靜置過夜以使其充分水化。按一定的比例稱取藻油，逐滴加入OSA-淀粉溶液中，使得最終溶液的總體積為100 mL。在相同溫度下繼續(xù)攪拌30 min。將混合液冷卻至室溫后，以10 000 r/min分散2 min，經(jīng)超聲處理一定時間得到藻油乳液，之后加入0.01%的疊氮化鈉以抑菌防腐。

1.3.2 藻油乳液性質(zhì)的測定1.3.2.1 離心法[12]

取適量的OSA-淀粉-藻油乳液于50 mL離心管，以4 000 r/min離心15min，量取上層液中油相的體積，計算乳液的穩(wěn)定性：

ESI=(V-V0)/V×100%

式中：V表示乳液的總體積，V0指離心后油相體積。

1.3.2.2 粒徑、電位

取適量OSA-淀粉-藻油乳液，用超純水稀釋100倍后在冰溫下超聲20 min使之充分分散，以動態(tài)光散射儀測定其平均粒徑、多分散指數(shù)(PDI)和電位。藻油和水的折射率分別設(shè)為1.46和1.33。測粒徑時每個樣品測定11次，每次測量時間為20 s，平衡120 s；所有測試均在(25±1)℃進行。

1.3.3 單因素實驗

以藻油乳液的粒徑及電位為考察指標，分別探討OSA-淀粉質(zhì)量分數(shù)(4%、6%、8%、10%、12%)、藻油質(zhì)量分數(shù)(2%、4%、6%、8%、10%)、超聲功率(240、300、360、420、480 W)及超聲時間(10、15、20、25、30 min)對乳液及其穩(wěn)定性的影響。

1.3.4 響應面優(yōu)化實驗

在單因素實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，選取OSA-淀粉質(zhì)量分數(shù)(A)、藻油質(zhì)量分數(shù)(B)、超聲功率(C)及超聲時間(D)4個因素為自變量，ESI、平均粒徑為響應值，進行四因素三水平的Box-Behnken Design實驗。因素及水平如表1所示。

1.3.5 氧化穩(wěn)定性

將乳液置于棕色瓶密封，避光室溫儲存1周，根據(jù)GB/T 5009.37—2003測其氧化穩(wěn)定性。過氧化值(POV)按公式計算：

POV=(V2-V1)×C×0.126 9×78.8/w

式中：POV表示試樣的過氧化值/meq/kg；V1，V2分別表示試樣和空白消耗的Na2S2O3的體積/mL；C表示Na2S2O3的摩爾濃度/mol/L；w表示樣品質(zhì)量/g。

1.3.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

每個實驗至少重復3次，結(jié)果以平均值±標準偏差表示。采用SPSS 17.0對數(shù)據(jù)進行顯著性分析(P<0.05表示顯著，P<0.01為極顯著)；采用Origin 9.0作圖；采用Design-Expert軟件進行響應面數(shù)據(jù)及方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 OSA-淀粉-藻油乳液的制備

2.1.1 OSA-淀粉質(zhì)量分數(shù)對乳液性質(zhì)的影響

保持裂壺藻油在乳液中的質(zhì)量分數(shù)2%，混合溫度40 ℃，pH 7.0，超聲功率420 W，超聲時間10 min，探討OSA淀粉質(zhì)量分數(shù)對乳液性質(zhì)的影響。乳液的乳化穩(wěn)定性、粒徑和電位結(jié)果如圖1所示。

提高OSA-淀粉濃度有利于提高乳液的乳化穩(wěn)定性。當OSA-淀粉質(zhì)量分數(shù)為10%時，ESI為(91.33±0.53)%，乳液的穩(wěn)定性達到最佳。但當OSA-淀粉添加量超過10%時，乳液穩(wěn)定性下降。這與梁井瑞等[13]的結(jié)果一致。在一定范圍內(nèi)，提高OSA-淀粉的濃度可顯著降低乳液的粒徑。這是因為增加淀粉濃度使得空間位阻增大，免于液滴團聚。但當OSA-淀粉含量進一步提高時，OSA-淀粉在液滴表面的附著量增加，乳液粒子液膜厚度增加，反而使表觀粒徑增大。

由圖1可知，OSA-淀粉乳液中的電位呈電負性，隨著OSA-淀粉含量增加，其負電荷數(shù)增加。當OSA-淀粉含量超過10%時，電位變化不顯著，表明OSA-淀粉在該乳液中達到了飽和狀態(tài)。在實驗濃度范圍內(nèi)，隨著OSA-淀粉質(zhì)量分數(shù)的增加，乳液顆粒粒徑分布指數(shù)PDI呈逐步減小趨勢，說明提高OSA-淀粉濃度有助于形成均一的乳化體系。但當OSA-淀粉含量質(zhì)量分數(shù)高于10%時，PDI則呈上升趨勢。Sharif等[10]的研究認為OSA-淀粉在水溶液中有自發(fā)形成膠束的特性，且其膠束粒徑隨著濃度增加而增加，這也是導致PDI增加的原因。綜合乳液穩(wěn)定性、粒徑和電位結(jié)果，選擇OSA-淀粉的質(zhì)量分數(shù)為10%。

圖1 OSA-淀粉質(zhì)量分數(shù)對乳液性質(zhì)的影響

2.1.2 藻油質(zhì)量分數(shù)對乳液性質(zhì)的影響

由圖2可知，提高藻油的質(zhì)量分數(shù)可使單位體積的乳液載油量增加、體系的黏度增加，因而提高乳化穩(wěn)定性，但是當增加至一定程度時，OSA-淀粉不足以充分乳化油脂，且油脂濃度的增加致使乳液的總界面面積增加，OSA-淀粉所形成的乳化界面膜厚度降低，因而造成乳化穩(wěn)定性下降。

圖2 藻油質(zhì)量分數(shù)對乳液性質(zhì)的影響

隨著藻油添加量的增加，粒徑顯著增加，且PDI指數(shù)也顯著升高。這是因為乳化劑含量不足而無法在油滴表面形成致密的吸附層，反而乳化劑之間的氫鍵等相互作用形成架橋，促進了油滴的聚集。當藻油質(zhì)量分數(shù)為4%時，粒徑、PDI指數(shù)較低，說明該濃度下能夠形成穩(wěn)定性較好的乳液。在實驗濃度范圍內(nèi)，乳液的電位變化不顯著，說明添加藻油并未顯著影響乳液電位。綜合分析，選擇藻油的質(zhì)量分數(shù)為4%(w/v)。

2.1.3 超聲功率對乳液性質(zhì)的影響

采取合理的乳化手段是促進乳液各相均勻分配和保持乳液顆粒一致性的關(guān)鍵。超高壓均質(zhì)乳化雖然可充分實現(xiàn)上述目標，但是由于PUFA的熱敏性，在均質(zhì)過程中易發(fā)生熱解反應，因此并不是制備富PUFA油乳液的最佳選擇[14]。超聲均質(zhì)利用高速剪切所產(chǎn)生的低頻空化效應，可以在較低溫度下有效分散液滴并使之細化。為了減少熱效應，實驗在超聲過程中加入冰溫水以保持低溫環(huán)境，探討超聲功率對乳液性質(zhì)及乳化穩(wěn)定性的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 超聲功率對乳液性質(zhì)的影響

隨著超聲功率從240 W增加到420 W，乳液的粒徑顯著降低(P<0.05)，說明超聲功率對于控制乳液的粒徑具有極其顯著的作用，這是因為提高超聲功率增加了超聲空化的氣泡數(shù)量，增強了氣泡周圍的能量，更有利于液滴的分散[15，16]。當超聲功率超過420 W時，粒徑略有增加，但對粒徑的影響不顯著(P>0.05)。有研究認為超聲頻率過高，高強度剪切力產(chǎn)生的破壞作用促使乳液液滴聚集[17]。乳液的乳化穩(wěn)定性在實驗功率范圍內(nèi)呈先上升后降低的趨勢，在360 W時乳化穩(wěn)定性最優(yōu)，增大功率穩(wěn)定性降低。這是由于進一步提高超聲功率帶來了過處理效應[18]，導致空化泡的振幅增大，耐受溫度和壓力均降低，因而乳化穩(wěn)定性也隨之降低。綜上，選擇超聲功率360～420 W為宜。

2.1.4 超聲時間對乳液性質(zhì)的影響

延長超聲時間，有利于液滴充分分散、提高乳液的乳化穩(wěn)定性。由圖4可知，當超聲時間由10 min延長到15 min時，乳化穩(wěn)定性由(90.79±0.82)%提高至(93.78±0.56)%，繼續(xù)延長超聲時間，乳液的乳化穩(wěn)定性呈降低趨勢。超聲15 min后乳液的粒徑顯著降低(P<0.01)，為(271.3±3.1)nm，此時PDI為0.249±0.023，Zeta-電位為(-32.5±0.12)mV，繼續(xù)延長時間對粒徑、PDI影響不大，且進一步延長時間還可能導致OSA-淀粉解聚的可能性增加，使得油滴釋放，促進乳液中油脂的氧化作用，因此選擇超聲時間15～20 min為宜。

圖4 超聲時間對乳液性質(zhì)的影響

2.2 響應面優(yōu)化實驗

表2 實驗設(shè)計及結(jié)果

表3 回歸與方差分析表

表4 回歸與方差分析表

對回歸模型進行優(yōu)化分析后，得到最佳的響應結(jié)果：OSA淀粉質(zhì)量分數(shù)10.53%，藻油質(zhì)量分數(shù)3.40%，超聲功率375.75 W，超聲時間20.06 min。在此條件下ESI理論值為96.26%，粒徑為234.06 nm。在OSA-淀粉質(zhì)量分數(shù)10.50%、藻油質(zhì)量分數(shù)3.50%、超聲功率375 W、超聲時間20 min條件下進行驗證實驗，實測值分別為96.10%和238.12 nm。故確定的最佳制備工藝條件為OSA-淀粉質(zhì)量分數(shù)10.50%、藻油質(zhì)量分數(shù)3.50%、超聲功率375 W、超聲時間20 min。

2.3 氧化穩(wěn)定性

氫過氧化物是脂質(zhì)氧化初期的代表性產(chǎn)物，因此以過氧化值的變化來表征乳液初期的氧化程度是一種行之有效的方法。乳液在4 ℃和25 ℃下存放14 d后過氧化值的變化結(jié)果如圖5所示。

圖5 在4 ℃和25 ℃下儲存乳液的過氧化值變化

由圖5可知，樣品在實驗初期POV無顯著差異，不添加生育酚的乳液POV值略有增加，說明乳化過程促進了脂質(zhì)的氧化。有研究指出，乳液所具有的較大的比表面積使得其與原料油相比，氧化速度更快[19]。儲存溫度對乳液中脂質(zhì)的氧化具有顯著影響。在4 ℃和25 ℃各儲存2周，藻油的氧化程度最高；而添加OSA-淀粉形成的乳液氧化程度最低，儲存2周后2個溫度下的POV分別為(1.51±0.03)mmol/kg和(4.16±0.03)mmol/kg。LS/T 3243-2015中規(guī)定藻油最高允許限量為3.75 mmol/kg，說明低溫有利于延緩乳液中脂質(zhì)的氧化，添加OSA-淀粉形成的乳液的穩(wěn)定性顯著優(yōu)于藻油。這是因為OSA-淀粉的大分子結(jié)構(gòu)及其雙親特性使其在油水界面形成厚度較大的界面膜，其可以有效阻止促氧化成分通過膜而進入脂質(zhì)中，因而有效降低氧化程度。

3 結(jié)論

考察不同因素對乳液乳化穩(wěn)定性、粒徑和電位的影響，通過單因素實驗和響應面優(yōu)化實驗確定了乳液的最佳制備工藝條件：OSA淀粉質(zhì)量分數(shù)10.53%，藻油質(zhì)量分數(shù)3.40%，超聲功率375.75 W，超聲時間20.06 min。在此條件下ESI理論值為96.26%，粒徑為234.06 nm；實測值為96.10%和238.12 nm，理論值與實測值無明顯差異。與藻油以及未添加OSA-淀粉的乳液相比，OSA-淀粉能夠有效提高藻油的氧化穩(wěn)定性。該研究可為功能性脂質(zhì)的穩(wěn)態(tài)化提供參考。