菜籽粕中的表面活性物质在牛脂乳液中的乳化特性研究

张　华，　梁成云

(延边大学农学院食品科学系，吉林 延吉 133002)



菜籽粕中的表面活性物质在牛脂乳液中的乳化特性研究

(延边大学农学院食品科学系，吉林 延吉 133002)

摘要：以柱层析法过滤后的牛脂为油相，采用超临界CO2萃取技术提取菜籽粕表面活性物质，通过差示扫描量热法确定牛脂乳液保存温度，再采用粒子大小变化和动力学方法对牛脂乳液进行稳定性研究并对菜籽粕在乳液中的氧化特性进行评价。结果表明：菜籽粕提取物乳化活性为1.53，在牛脂乳液中菜籽粕提取物适宜添加范围为0.4%～0.5%；添加了菜籽粕表面活性物质的牛脂乳液30 d的过氧化值变化为2.06～8.12 mEq/L乳液。

关键词：菜籽粕；提取物；牛脂；乳液；稳定性

食品乳化剂即表面活性物质可使互不相容的油水两相降低界面张力，形成均匀分散体或乳化体[1]。但是随着时间的推移，食品乳液会出现一系列的不稳定现象，包括油析和乳析，絮凝和聚结[2]。为降低食品乳液的不稳定现象，可选择适当的表面活性剂，检测其最适含量。常用食品乳化剂包括硬脂酰乳酸钠(ssl)、硬脂酰乳酸钙(csl)、双乙酰酒石酸单甘油酯(datem)、蔗糖脂肪酯(se)、蒸馏单甘酯(dmg)、磷脂(lecithin)等，其中，磷脂是天然提取物，可广泛应用于食品行业[3]。

磷脂是天然的乳化剂，但不是一种单纯物质，包括磷脂酰胆碱、磷脂酰胆胺和神经鞘磷脂等。磷脂也是组成生物膜的主要成分，另外还具有促进脂肪代谢，防治脂肪肝，降低血清胆固醇，改善血液循环,预防心血管疾病的作用[4]。通常磷脂从蛋黄或大豆中获取，蛋黄中提取的磷脂耐热且pH适用范围广，但价格昂贵，应用在食品中受限制，因此，一般利用大豆磷脂[5]。除了大豆以外，植物磷脂大部分存在于油料种子，研究表明，菜籽粕油料中含有磷脂含量约1.5 wt%～3.6 wt%，与普遍应用的大豆中磷脂含量1.1%～3.0%相似[6]。

我国是油菜生产大国，而且我国双底(低芥酸、低硫甙)油菜品种的产量也逐步提高。双底菜籽除了应用在肥料或饲料以外，国外还利用于生物柴油的制作以及化妆品的原材料，应用于食品、医药及工业[7]。据研究表明，Temelli F[8]利用超临界CO2研究了油菜中磷脂的提取方法，Kim[9]等人利用超临界CO2和乙醇溶液，研究了如何提取脱脂油菜粕表面活性物质，并利用响应面方法推导最优条件，检测了磷脂、糖脂、中性脂的含量。目前国内只有对菜籽中表面活性物质提取的研究，还没有研究者对其乳化性质进行深入研究。因此，为提高菜籽粕附加值，利用超临界CO2提取菜籽粕中的表面活性物质，该试验研究了不同浓度菜籽粕提取物在牛脂乳液中的物理稳定性及化学稳定性。

1材料与方法

1.1材料与试剂

活性碳、氧化铝、硅胶、Tween20均为市售，甲醇、丁醇、正己烷为分析纯。硫氰酸铵，氯化钡二水合物，三氯乙酸在sigma(美国)公司购买。

1.2仪器与设备

超临界CO2萃取仪、高压均质机(M-110Y，Microfluidics，美国)，Mastersizer S激光粒度分析仪(英国马尔文仪器公司)，紫外分光光度计(UV-1700日本)，高速离心机(GT16-3，北京)，旋转蒸发仪(RE-5250上海)，Turbiscan(Formulaction Co., 法国)。

1.3方法

1.3.1菜籽粕表面活性物质提取

根据Lee等的方法设定，以超临界CO2提取条件：压力35 MPa，温度65 ℃，辅助溶剂为乙醇250 g，二氧化碳的流速6 L/min，时间2 h，提取表面活性剂，其次利用旋转蒸发仪除去溶剂[10]。

1.3.2柱层析法脱除生育酚

20 g原料油稀释于80 mL正己烷，通过3.5 g活性炭-20 g氧化铝-20 g硅胶自制柱子，除去单甘脂、甘油二酯及生育酚。通过薄层板(展开溶剂为正己烷∶乙醚∶冰醋酸=50∶50∶1)确认无单甘脂、甘油二酯[11]，利用气相分析了通过活性炭-氧化铝-硅胶柱前后原料油的脂肪酸组成[12]，生育酚含量利用高校液相分析[13]。

1.3.3差示扫描量热法(differential scanning calorimetry，DSC)

称取样品6～7 mg，放置DSC仪器，先升温至80 ℃并保温10 min，再极冷10 ℃/min内至-60 ℃保持10 min，再以5 ℃/min升温至80 ℃，画出固体脂肪系数(Solid fat index，SFI)曲线。

1.3.4乳液制备

油相使用了通过活性炭-氧化铝-硅胶柱的牛脂，水相使用了20 mM bis-tris缓冲溶液(pH值7)，乳化剂利用Tween20和菜籽粕表面活性物质，氧化剂使用儿茶素进行对照试验。先将菜籽粕表面活性物质在沸水浴中溶于油相和水相，待完全溶解后，在乳化均质机下(5 000 r/min)预乳化，再经高压均质机均质2次(2 000 psi-500 psi)，制成乳液(表1)。

表1　制作牛脂乳液条件

1.3.5乳液物理稳定性测定

乳液粒子大小测定：利用激光粒度分析仪检测粒子表面平均面积d32/μm。牛脂乳状液粒径变化率/%=[(d1-d0)/d0]×100越大，乳状液越不稳定[14]。

d32=∑di3ni/∑di2ni

式中，di:直径；ni：粒子个数。

乳化剂的活性(EA)和牛脂乳液的稳定性(ES)根据Lima[15]等的方法测定。乳化剂活性是制作牛脂乳化系统后0 min的吸光度(540 nm)。牛脂乳化系统稳定性是在3 000 r/min离心机中离心1 h，每15 min取1次样，用5 mL缓冲溶液稀释20 μL牛脂乳液样品，在540 nm紫外分光光度计吸光值，以速度式计算出的斜率。

d(EA)/dt=-kd(EA)

In(EA/EA0)=-Kd×t

式中，t为时间；kd为浊度变化常熟。

ES=-1/kd

Turbiscan分析仪检测不同条件制作牛脂乳液温度控制在45 ℃，获得探测器透过样品的投射光和被样品反射的反射光，基于Lambert-Beer定律、米氏理论和Stokes公式衍生的沉淀定律，可以得到浓缩液体系中颗粒的迁移速率。

1.3.6乳液氧化特性

测定乳液一级氧化产物的方法可利用Mei等的方法[16]。先提取乳液里的氢过氧化物，根据氢过氧化物在酸性条件下可将Fe2+氧化成Fe3+，Fe3+再与硫氰酸盐反应生成红色的硫氰酸铁络合物的原理通过测定硫氰酸铁的吸光度直接确定乳状液的一级氧化产物。

1.3.7统计分析

采用F检验法以及SPSS16.0软件中的Duncan检验对差异显著的数据进行多重比较(P<0.05)。

2结果与分析

2.1牛脂脂肪酸组成和生育酚含量

表2表示制作牛脂乳液时使用的油相通过活性炭-氧化铝-硅胶柱前后的脂肪酸组成和生育酚含量。柱层析前油相脂肪酸含量为4.2%肉豆蔻酸(C14∶0)、1.4%肉豆蔻烯酸(C14∶1)、26.7%棕榈酸(C16∶0)、5.8%棕榈烯酸(C16∶1)、12.8%硬脂酸(C18∶0)、48.1%油酸(C18∶1)、1.0%亚油酸(C18∶2)，主要脂肪酸为亚油酸。柱层析后不饱和脂肪酸含量为56.7%，饱和脂肪酸含量为43.3%，与过柱前不饱和脂肪酸含量(56.3%)，饱和脂肪酸含量(43.7%)有微小的变化，但没有显著性差异(P>0.05)。结果表明，经活性炭-氧化铝-硅胶柱层析对脂肪酸组成没有影响。为正确判断菜籽粕提取物物理化学性能，本试验脱除了油相中具有抗氧化性能的生育酚衍生物，由0.9 mg/100 mg减少到0 mg/100 mg。

表2　原料牛脂脂肪酸组成变化和生育酚含量变化

注：对于脂肪酸含量和生育酚含量变化，每行中数据上标字母完全不同表示数据间存在显著性差异(P<0.05)。

2.2牛脂固体脂肪系数

由图1可知，牛脂在0 ℃固体脂肪含量为69.5%，15 ℃固体脂肪含量为41.1%，30 ℃固体脂肪含量为14.4%，44 ℃固体脂肪含量为0，可以确定牛脂在44 ℃下完全融化无固体脂肪，因此，制作的牛脂乳液保存在45 ℃进行了物理化学稳定性试验。

图1　牛脂固体脂肪指数

2.3乳液粒子大小

根据制作条件不同，牛脂乳液代号为1～6的乳液粒子大小变化率分别为2.5%，15.0%，1.4%，-15.4%，14.1%，63.4%(表3)。试验结果主要以乳滴颗粒大小的增大或减小解释现象，增大变化率为正值，减小变化率为负值，添加了Tween 20(乳液1和2)和添加0.3%(乳液3)，0.5%(乳液5)，0.6%(乳液6)菜籽粕提取物的牛脂乳液表现为正值，只有添加0.4%菜籽粕提取物的牛脂乳液表现为负值。其中，添加0.6%菜籽粕提取物的牛脂乳液乳滴大小变化率最大。乳液粒子增大是因为乳液中的粒子不断因布朗运动界面被破坏乳液粒子絮凝或凝聚。相反，乳液粒子减小可能是Ostwald成熟的推动力界面能的作用，由于小颗粒消溶，大颗粒长大，检测到小颗粒乳滴的原故[17]。

表3　不同条件制备的乳液0和7 d粒子大小与变化率

注：对于粒径或多分散系数，每列中数据上标字母完全不同表示数据间存在显著性差异(P<0.05)。

2.4乳化剂活性和乳液稳定性

乳化剂活性为形成乳液的能力，也与粒子大小密切相关，乳液的浊度高，说明乳化剂活性优秀[18]。本试验只使用了Tween 20和菜籽粕提取物2种乳化剂，因此，以乳液1和3为代表进行了比较。图2为牛脂乳液1和3 的乳化剂活性比较图，平均值为1.43和1.53，没有显著性差异(P>0.05)，但是图3中牛脂乳液1和3的稳定性比较值为26.4和15.8，有显著性差异(P<0.05)，表明添加Tween 20的牛脂乳液1比添加了0.3%菜籽粕提取物的牛脂乳液3稳定。这可能是由于制作牛脂乳液时初始粒子大小不同的原因。牛脂乳液2、4、5、6稳定性计算值分别为26.0，17.5，17.4，14.8 min。速度式计算出的斜率的倒数越大表明乳液更加稳定。因此，添加0.3%～0.6%菜籽粕提取物的牛脂乳液中，菜籽粕提取物添加量以0.4%～0.5%为宜。

图2　牛脂乳液添加Tween20和菜籽粕表面

图3　不同条件制备的牛脂乳液稳定性比较

2.5利用Turbiscan分析牛脂乳液稳定性

如果△BS(%)小，越靠近基线反应乳状液越稳定，其变化规律也反映乳液稳定性变化规律。图4表示在48 h内1～6的牛脂乳液稳定性。

图4不同条件制备的牛脂乳液稳定性比较

由图4可知，添加Tween 20的牛脂乳液1和2比添加菜籽粕提取物的3～6牛脂乳液稳定，添加0.6%菜籽粕提取物的牛脂乳液6相对最不稳定，结果与图3 相似。

2.6牛脂乳液氧化特性

1～6牛脂乳液30 d的一级氧化产物变化量如图5。

图5　不同条件制备的牛脂乳液氧化稳定性变化

只添加Tween 20乳化剂的牛脂乳液1的0 d过氧化值为3.59 mEq/L乳液，16 d为11.88 mEq/L乳液，30 d为106.06 mEq/L乳液，氧化值增加明显。而使用Tween 20乳化剂并添加茶儿素的牛脂乳液2的30 d氧化值变化为3.47～15.06 mEq/L乳液，添加0.3%菜籽粕提取物的牛脂乳液3为3.00～7.53 mEq/L乳液，添加0.4%菜籽粕提取物的牛脂乳液4的氧化值为2.18～8.12 mEq/L乳液，添加0.5%菜籽粕提取物的牛脂乳液5的氧化值为2.06～7.00 mEq/L乳液，添加0.6%菜籽粕提取物的牛脂乳液6的氧化值为3.35～7.41 mEq/L乳液，30 d内添加了茶儿素的抗氧化性能对照组2号乳液与3～6号牛脂乳液过氧化值相对1号牛脂乳液变化不大。这表明菜籽粕表面活性物质中还含有芥子酸胆碱(sinapin)等抗氧化剂。菜籽粕中除了有菜籽蛋白、菜籽多糖，还含有菜籽多酚。菜籽多酚主要包括单宁和酚酸2大类，目前对菜籽单宁没有深入研究，据了解菜籽酚酸由少量的游离态和大部分的结合态存在，包括安息香酸与苯乙烯酸衍生物[19]。

3结论

通过超临界CO2提取的菜籽粕表面活性物质，不同剂量添加到牛脂乳液中与添加 Tween 20乳化剂和茶儿素抗氧化剂的乳液对照组进行了乳液稳定性和氧化特性评价，可见本试验提取的菜籽粕表面活性物质具有较好的抗氧化性能，添加量适中时具有相对稳定的乳化性能。可提高菜籽粕利用价值，为天然乳化剂磷脂开发利用和水包油牛脂乳液系统的稳定性研究奠定基础。

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Study of emulsifying properties from rapeseed meal extract at beef tallow emulsion

(.*)

(DepartmentofFoodScienceandEngineering,YanbianUniversity，YanjiJilin133002，China)

Abstract：Rapeseed meal surfactant was extracted by supercritical carbon dioxide extraction technique, using beef tallow as oil phase after filtration by column chromatography; the storage temperature of beef tallow was determined by differential scanning calorimetry; the stability of beef tallow emulsion was studied by observing drop size change and kinetic method; the oxidation properties of rapeseed meal in the emulsion were evaluated. The results showed that emulsifying activity of rapeseed supercritical carbon dioxide extract was 1.53; the reasonable addition range of rapeseed meal extract to beef tallow emulsion was 0.4-0.5%; lipid peroxides value of beef tallow emulsion added rapeseed meal extract was 2.06-8.12 mEq/L emulsion at 30 days.

Key words:rapeseed meal； extract; beef tallow; emulsion； stability

中图分类号：TQ936.2

文献标识码：A

文章编号：1004-7999(2016)01-0075-06

DOI:10.13478/j.cnki.jasyu.2016.01.014

作者简介：张华(1979—)，女(朝鲜族)，吉林延吉人，讲师，博士，研究方向为结构脂及乳液稳定性。梁成云为通信作者，E-mail:cyliang@ybu.edu.cn

收稿日期：2016-03-01基金项目： 吉林省教育厅项目(吉教科合字[2014]第5号)