DHA油乳状液制备研究

祝艳梅,张连富

(江南大学食品学院,江苏无锡 214122)

DHA油乳状液制备研究

祝艳梅,张连富＊

(江南大学食品学院,江苏无锡 214122)

采用高压均质法制备DHA乳液,选择经典的亲水亲油平衡(HLB)法作为乳化剂选择的依据,首先确定体系乳化需要的 HLB值为 11.3,然后选择几种常见的乳化剂进行复配,确定出较好复配乳化剂为：分子蒸馏单甘酯(42%)+ Tween20(58%)。乳化剂最适添加量为 1.2%。通过正交实验和单因素实验对乳状液制备最佳工艺条件进行优化,结论为：初乳制备的最佳工艺条件是乳化温度为 60℃,搅拌强度为 13000r/min,乳化时间为 20min,选择均质压力为60MPa。

乳状液,DHA,乳化剂,均质

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

DHA微藻油 (45%) 湖北蒙牛友芝友食品有限公司赠送;吐温 20(HLB=16.7)、吐温 40(HLB= 15.6)、吐温 60(HLB=14.9)、吐温 80(HLB=15.0)、斯潘 60(HLB=4.7)、斯潘 80(HLB=4.3) 均为分析纯,中国医药(集团)上海化学试剂公司;三聚甘油单硬脂酸酯 (HLB=7.0)、分子蒸馏单甘酯 (HLB= 3.8) 购自广州品秀精细化工有限公司;蔗糖脂肪酸酯(HLB=3和 15) 购自杭州金鹤来食品添加剂有限公司。

高剪切分散乳化机 上海弗鲁克流体机械制造有限公司;HH-4数显恒温水浴锅 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司;高压均质机APV-1000 美国APV公司;EBA20台式离心机 德国 Hettich公司。

1.2 DHA油乳液的制备

将乳化剂加入去离子水中,加热至 60～70℃,使其充分溶胀,形成水相,在高速乳化均质机的搅拌下,用注射器吸取油相以细射流方式加入水相中,高速剪切 10min,使两相充分混合,形成初乳液。将初乳液通过高压均质机进一步均质乳化即得 20% (w/w)的DHA乳液。

1.3 乳化效果的评价方法

取制备好的一定体积的乳状液装入离心管中,在 3000r/min的条件下,离心 20min,乳化效果用相对乳化层体积即乳化层体积占乳液总体积的百分比(%)来表示。

2 结果与讨论

2.1 乳化剂的选择

乳状液的制备过程中,乳化剂的选择十分关键。关于乳化剂的选择还没有准确有效的快速的方法,实验中采用的主要还是一些经验和半经验的方法,如[7]：亲水亲油平衡 (HLB)法、相转变温度 (PIT)法和内聚能比(CER)法。本文选择经典的亲水亲油平衡(HLB)法作为乳化剂选择的依据。乳化剂的亲水亲油平衡值(HLB值),指的是乳化剂分子中亲水亲油这两个相反基团的大小和力量的平衡。乳化剂分子亲水或亲油的倾向,取决于两类基团作用比较,是二者亲合力平衡后,分子所表现的综合效果。有研究表明[8],当把低和高 HLB值的乳化剂混合使用时,它们在界面上吸附形成“复合物”,定向排列紧密,具有较高的强度,从而能很好的防止聚结,增加乳状液的稳定性。混合乳化剂的 HLB值用加权平均法计算,即[9]：

式中：WA,WB,WC分别为乳化剂 A,B,C的质量。

2.1.1 乳化体系所需 HLB值的确定 本实验中选用了 Span80和蔗糖脂肪酸酯 15两种不同 HLB值的乳化剂,按照不同的比例混合,根据 HLB值的计算方法,使乳化剂的 HLB值在 8～14之间,如表 1所示。

表1 同HLB值的乳化剂复配方法

通过测定相对乳化层体积,探究了 HLB值不同对乳化效果的影响,结果如图 1。

图1 同HLB乳化剂复配对乳化效果的影响

从图 1可以看出,HLB值在 11.3时,乳化剂的乳化效果最好,此时所得到的乳状液相对乳化层体积为94%。所以,选定体系乳化所需的HLB值为11.3。

2.1.2 复配乳化剂的选择 根据上步实验确定的体系乳化的 HLB值为 11.3,选择了实验中比较常用的乳化剂进行复配。将乳化剂两两复配出 HLB值为11.3的乳化剂对,各种不同的乳化剂复配对乳化效果的影响,结果如图 2。

图 2 不同的复配乳化剂对乳化效果的影响注：1.分子蒸馏单甘酯 (33%)+Tween80(67%);2.Span60 (36%)+Tween80(64%);3.三聚甘油单硬脂酸酯 (46%) +Tween80(54%);4.蔗糖脂肪酸酯 3(34%)+Tween40 (66%);5.分子蒸馏单甘酯 (36%)+Tween40(64%); 6.Span60(39%)+Tween40(61%);7.三聚甘油单硬脂酸酯(50%)+Tween40(50%);8.蔗糖脂肪酸酯 3(39%)+ Tween20(61%);9.分子蒸馏单甘酯 (42%)+Tween20 (58%);10.Span60(45%)+Tween20(55%);11.三聚甘油单硬脂酸酯(56%)+Tween40(44%)。

由图 2可知,复配乳化剂的 HLB值虽然相同,都为 11.3,但复配乳化剂对乳化效果的影响却不尽相同,与分子蒸馏单甘酯搭配使用所组成的复配乳化剂的乳化效果较好,乳化相对层体积都在 94%以上,如图中所示的 1、5、9号,其中 9号的乳化效果最好,所以选择 9号作为乳化剂的最优组合,即：分子蒸馏单甘酯(42%)+Tween20(58%)。

2.2 乳化剂最适添加量的确定

在乳化剂的使用过程中,有一个重要的概念—临界胶束浓度 (CMC),它是乳化剂的一个重要性能指标。临界胶束浓度 (CMC)即[10]乳化剂溶于水后,水的表面张力下降,并且表面张力随着乳化剂浓度增加而急剧下降后,就大体保持不变。这时的乳化剂浓度称为临界胶束浓度(CMC)。表面活性剂具有润湿、渗透作用,这些作用主要靠界面吸附,因此只要其浓度稍高于 CMC即可显示效果,而它们的乳化、分散、增溶、洗涤作用需要靠胶束的作用,因此在使用时,溶液中乳化剂的浓度必须超过 CMC才能有明显效果[11]。

本实验按照 2.1确定的最佳复配乳化剂：分子蒸馏单甘酯(42%)+Tween20(58%)以不同的添加量加入到待乳化的水相中,经过高速剪切和高压均质,测定相对乳化层体积,实验结果如图 3。

图3 乳化剂用量对乳化效果的影响

由图 3可知,在一定范围内,随着乳化剂用量的增加,乳状液的乳化效果越好。但乳化效果增加到1.2%后,其相对乳化层体积增加不明显,乳化效果没有明显的改善趋势。如果乳化剂用量太高,易导致体系的黏度过大,同时过多的乳化剂也会增加成本,故取乳化剂用量为 1.2%较合适。

2.3 乳液制备最佳工艺条件的优化

2.3.1 初乳化最佳工艺条件的优化 经过预实验,我们选择对乳化效果影响较大的三个因素：乳化温度,乳化强度和乳化时间设计三因素三水平的L9(34)正交实验,来优选加工工艺的技术参数。因素水平表见表 3,正交实验结果表 4,方差分析结果见表 5。

表3 正交实验因素与水平

表4 正交实验及结果

表5 方差分析结果

由表 4极差 R的大小可以看出,各因素对乳化效果的影响主次顺序为：A＞B＞C。从表 5方差分析结果来看,A,B的影响较显著,C不显著,其中A对乳化效果的影响最大。综合得出最优的工艺条件为：A1B1C3,即乳化温度为 60℃,乳化强度为 13000r/min,乳化时间为 20min。

2.3.2 均质压力对乳化效果的影响 高压均质乳化具有良好的性质特点,这使得其成为目前实验中最主要的乳状液制备技术。高压均质的原理即[12]利用高压使得液料高速流过狭窄的缝隙时而受到强大的剪切力、液料被冲击到金属环上而产生强大撞击力以及因静压力突降与突升而产生的空穴爆炸力等综合力的作用,把原先颗粒比较粗大的乳浊液或悬浮液加工成颗粒非常细微的稳定的乳浊液或悬浮液的过程。本实验主要讨论均质压力和均质次数对乳化效果的影响。以下实验,均质温度都为 40℃,均质压力对乳化效果的影响见图 4。由图可知,随着均质压力升高,乳化效果改善比较明显,乳状液稳定性逐渐增加。但当压力超过 60MPa后,乳状液稳定性反而出现了下降趋势,可见,均质压力并非越来越好。其中主要原因可能有两点[12-13]：均质压力太大,乳化粒子的颗粒太小,粒子的布朗运动速度快,颗粒碰撞次数多,颗粒易于缔合;同时脂肪球粒径变小,表面积增加,原先的膜材料数量不够包被新的表面,从而引起乳液中脂肪球的成簇或部分聚结,最终破坏脂肪球原有的合适分布状态;对于吐温系列等非离子型乳化剂,其水溶性随温度的升高而降低,高压均质引起的温度升高可能导致吐温类乳化剂的乳化能力下降。

图4 均质压力对乳化效果的影响

由此可见,均质压力并非越高越好,所以从节能和设备损耗两方面考虑,本实验过程中选择均质压力为60MPa较合适。

3 结论

采用经典的 HLB值法作为乳化剂的选择依据。首先选择吐温 80和斯潘 80复配出 HLB值在 8～14范围内,比较乳化相对层体积大小,确定适合体系乳化的 HLB值为 11.3,然后选择食品中较常见的一些乳化剂两两复配,通过对乳化效果作比较,确定了适合该体系的乳化剂配方为：分子蒸馏单甘酯 (42%) +T ween20(58%)。从体系的粘度和经济节约两方面考虑,选用乳化剂添加量为 1.2%时最适合。初乳制备过程中,选择三个主要因素进行正交实验,从方差分析的结果来看,各因素对乳化效果的影响主次顺序为：乳化温度 ＞乳化强度 ＞乳化时间,最优的工艺条件为：乳化温度 60℃,乳化强度 13000r/min,乳化时间 20min。通过单因素实验,确定最适均质压力为60MPa。

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Study on preparation of DHA em ulsion

ZHU Yan-mei,ZHANG L ian-fu＊
(School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

DHA em uls ions we re p rep a red through high hom ogeniza tion.Hyd rop hile-L ip op hile Ba lance(HLB),one of the m os t c lass ic m e thods for choos ing em uls ifie rs,was app lied in this s tudy.Firs tly,the HLB va lue of the em uls ion was assured as11.3.Furthe rm ore,a com b ina tion of som e comm on em uls ifie rs was se lec ted as of the em uls ifying comp lex which inc luded D is tilled M onog lyce ride and Tween20,the ra tio of these two comp ounds was21∶29.The op t im a l dosage of the em uls ifying comp lex was1.2g/100g.The op t im a l technology ofDHA em uls ion p roduc ing was de te rm ined accord ing to s ing le-fac tor tes t and orthogona l tes t,which was desc ribed be low：em uls ifying temp e ra ture,60℃;em uls ifying intens ity,13000r/m in;p rocess ing p e riod,20m in;hom ogenizing p ressure,60M Pa.

em uls ion;DHA;em uls ifie r;hom ogeniza tion

TS201.2

B

1002-0306(2010)03-0314-04

含有两个或两个以上不饱和双键的脂肪酸称为多不饱和脂肪酸,与人体健康密切相关的多不饱和脂肪酸主要有两类：ω-3和ω-6系列的多不饱和脂肪酸。DHA是属于ω-3系列的多不饱和脂肪酸,其分子结构如下：

DHA大量存在于海洋动物中。一些在寒冷水域或深水层栖息的鱼类和一些中上水层鱼类 (如沙丁鱼、鳕鱼、鲭鱼、红鲑、鲐鱼、鲱鱼、秋刀鱼等)以及一些浮游生物或常食含有ω-3高度不饱和脂肪酸的海草的海兽体内也含有丰富的 DHA[1]。此外,一些海洋微型浮游植物,具有合成ω-3高度不饱和脂肪酸的独特能力。近年来,国内外对微藻中的脂肪酸也进行了大量研究,证实了在硅藻类、金藻类、甲藻类、隐藻类、黄藻类中也含有丰富的 DHA[2]。目前添加于食品和直接用做营养补充剂的DHA主要来源于鱼油和微藻油。研究表明,DHA具有多种生理功能[3-6],如抑制血小板凝聚,减少血栓形成,预防心血管疾病;降血脂、防动脉硬化;抗过敏作用;抑制肿瘤生长,降低癌症发病率;健脑益智;保护视力等。这些重要的作用已经引起了食品、医药和保健品领域研究者的广泛关注,因此,对 DHA的研究和新产品的开发已成为了时下的热点话题。本实验研究的目的是将DHA油乳化,制备成O/W型乳液,以改善其水溶性,拓宽其应用范围,为保健食品的研究和开发开辟一条新的途径。

2009-04-24 ＊通讯联系人

祝艳梅(1984-),女,在读研究生,研究方向：天然药食科学。