食品级W/O/W双重乳液的稳定性及应用研究进展

付冬文,朱雨晴,成 策,陈 兴,邹立强,刘 伟

(南昌大学食品学院,食品科学与技术国家重点实验室,江西南昌 330047)

双重乳液(double emulsion,DE),也常被称为多重乳液(multiple emulsion,ME),是指乳液内分散着更小的乳液系统,可以看成乳液中的乳液,常见的类型W/O/W型和O/W/O型(图1)。自Seifriz[1]在1925年首次发现DE结构后,其便广泛应用于医疗、化工、化妆品和食品工业中。而在食品中W/O/W型DE远比O/W/O型应用广泛,故本文食品级DE泛指食品级W/O/W型DE。因W/O/W乳液的特殊结构,它具有以下几个无法比拟的优势:制备低脂食品而不改变乳液原有的风味[2];内水相包埋活性成分保护其免受胃肠液等剧烈环境的破坏[3-4];控制包埋物的释放[5-7];添加在食品中提高食品的性质[8-10]等。

图1 两种DE的结构示意图

W/O/W型DE的结构较为复杂,内水相的聚合、油滴的聚集和内水相向外水相迁移都会导致其失稳[30]。近些年的研究发现通过平衡内外水相的渗透压差,或将大分子物质应用于DE体系中都能很好提高其稳定性[31-32]。两步乳化法是制备W/O/W乳液的最主要方法,乳化手段有机械搅拌和膜乳化等,但是机械搅拌乳化耗能高、膜乳化效率低[33],极大限制了其应用。此外,用于稳定食品级DE的乳化剂常为生物大分子,如酪蛋白酸钠(NaCN)[6,34-37]和乳清分离蛋白(WPI)[38-41]等,这些大分子用量较大且价格昂贵[4],进一步阻碍了DE的应用。本文综述了食品级W/O/W型DE的组成与制备方法、失稳机制和提高稳定性的手段及其在活性成分运载与食品体系中具体应用,旨在为研发经济高效的乳化剂,推广双重乳液的市场化提供理论参考。

1 DE各相组成及其制备方法

1.1 各相组成

1.1.1 W1的组成 负载功能性成分是DE最主要的功能,功能性成分是W1相最主要的组成。电解质在DE内外水相稳定中也必不可少。W1添加一定浓度的电解质如NaCl和MgCl2可以平衡渗透压,维持DE的稳定,若浓度过低会导致W1膨胀,反之会导致W1收缩。此外,在W1添加NaCl可以增加其离子强度,进而平衡液滴间的拉普拉斯压力、减少表面张力同时提高乳化剂在界面的吸附[41],Sapei[7]报道在W1中NaCl浓度为0%时制备的DE迅速乳析,其他组则很稳定。近来有报道在W1添加一定浓度的MgCl2用于豆腐的制作[10],也有研究在W1运载磷酸钙用于Ca2+的强化[42]。

在W1中添加食品级的生物大分子,如明胶[7,20,34,38,43-44]、WPI[38,45-46]、牛血清蛋白(BSA)[8,10]和NaCN[6]等,既能作为增稠剂提高乳液稳定性,又能够延缓包埋物质的释放[10,47]。

1.1.2 油相及亲脂性乳化剂的组成 使用不同油脂和不同油相体积制备的DE稳定性有很大差别[13,35],食品级DE的油相常为液态的可食用植物油,如大豆油[10,12,16,48]、玉米油[20,45,49]、葵花油[2,9,23,50-52]、菜籽油[22,53-54]和橄榄油[24,26,39,55]等,也有报道用富含亚麻酸的芡欧鼠尾草籽油[14]和紫苏子油[56]作为油相,以补充膳食中的不饱和脂肪酸。

此外,亲脂性乳化剂的性质和浓度在很大程度上会影响乳液的稳定性[30,57]。聚甘油缩合蓖麻醇酸酯(PGPR)是食品乳液工业中使用最广的亲脂乳化剂,用量在4%～8% wt之间,有报道在W1中添加吐温可将其浓度降至1.25%wt[58]。但PGPR属人工合成,且使用浓度超过5% wt时会影响食品感官。因此,近年研究专注于用天然亲脂乳化剂取代PGPR,如Altuntas等[59]利用0.5% wt的磷脂取代PGPR,Balcaen等[60]用磷胺脂(AMP)和蔗糖酯(O～170)取代PGPR,都能明显降低其用量。油相中疏水性活性物质也会影响乳化剂的性质,Andrade等人[61]报道维生素D3和β-谷甾醇的添加能提高乳液稳定性,他们将此归结为疏水性成分与乳化剂发生了交联增强界面张力。但是,上述的PGPR替代物的价格昂贵,难以在商业中推广,所以开发绿色廉价的亲脂乳化剂以取代PGPR是当今食品从业者的巨大挑战[31]。

1.1.3 W2的组成 为平衡内外水相渗透压梯度,W2需添加与W1相近浓度的小分子糖类或电解质[62]。此外,还必需添加稳定O/W的亲水性乳化剂。与简单的O/W乳液不同,DE油相已含有定量亲脂乳化剂,它会与W2中的亲水性乳化剂发生作用,且机制复杂难以控制[61],因此需控制W2中亲水性乳化剂种类与浓度。食品DE中常用的亲水性乳化剂有小分子表面活性剂、生物大分子、蛋白-多糖复合物和食品级粒子等[21],随着绿色食品理念的加强,生物大分子逐渐成为主流。食品中常用的食品级生物大分子乳化剂有蛋白如WPI、NaCN、明胶和BSA,亲水胶体乳化剂如阿拉伯胶(GA),这些生物大分子主要靠空间阻力和静电斥力机制来稳定乳液[63-65]。将蛋白-多糖复合物作为乳化剂是近年的研究热点,它们结合了蛋白的乳化性和多糖的功能性特性,主要以永久性的共价交联和暂时性的静电复合的形式存在[31]。利用固态胶粒稳定的乳液叫皮克林乳液(Pickering emulsion),食品级胶体粒子具有良好的生物相容性[66],使用Pickering机制稳定DE是较为新颖的手段,Matos等[67]利用修饰淀粉粒子、Xiao等[68]利用高粱醇溶蛋白纳米粒子都成功制备了DE且有良好的稳定性,他们将此归结为粒子在界面形成了刚性膜,阻止了W1泄露与油滴聚集。Chen等[20]利用麦醇溶蛋白制备的高内相DE在储藏一个月后依然保持稳定。Eslami等[69]利用β-环糊精制备包埋徳氏乳酸杆菌的W1/O/W2Pickering乳液,发现Pickering机制稳定的乳液有更高的细胞存活率。

1.2 DE的制备方法

两步乳化法是食品工业中制备DE的最主要方法。两步乳化法由两个分开的处理阶段组成,第一步用较剧烈的条件将W1和溶有亲脂性乳化剂的油相混合,制备粒径较小的W1/O乳液;第二步在较温和的条件下,将W1/O乳液与含亲水乳化剂的W2混合制备W1/O/W2乳液。选择合适的条件将W1/O乳液分散至W2中至关重要,第二步中处理条件过于剧烈会导致W1/O破裂,反之则会获得液滴分散不均匀的多分散体系[3]。根据乳化设备和机制不同,将第二阶段乳化方法概括为常规乳化法和膜乳化法。

1.2.1 常规乳化法 DE制备中,最常规的乳化设备包括搅拌器,转子-定子搅拌设备,高压均质设备和超声设备。转子-定子在第二步乳化中处理条件较为温和,可避免高速剪切或振荡带来流体力,但易导致W1/O乳液失稳。常规的乳化方法具有操作便捷、处理量大、节约时间等优点,但操作条件难以控制、耗能大、液滴大小不能控制和内水相保留率低是其难以克服的缺点[33]。

膜乳化法分为错流膜乳化和预混合膜乳化法。错流膜乳化为将分散相加压通过一个微孔膜,膜的另一侧分散相以一定的流速平行微孔膜流动。在作用于液滴的各种力的平衡下,液滴在膜孔形成,在达到一定尺寸后脱离。液滴的粒径与施加压力和分散相流动速度有关,施加压力一定时可以通过调节流动相的流速来获得不同粒径的分散相。其优点是可通过调节压力和流速获得单分散性高的乳液,且内水相保留率高;缺点是当分散相为O或W1/O时,由于其粘度较大,需要施加较大的压力才能达到分散效果,且与传统的制备方法比相当耗时,这使它不能用于包埋储藏稳定性低的物质[71],预混膜乳化法可以通过减小分散相粘度在一定程度上解决这个问题。

预混膜乳化是先将W1/O和W2预混,形成粗DE,之后将其通过微孔膜多次以获得均匀分布的DE。它可得到更加均匀的粒径分布,更高的流动速度和更大的处理量。

与常规乳化法相比,膜乳化法制备的DE粒径单分散性好、W1不易破碎且保留率高、能耗低且粒径可控。但是膜乳化法分散通量小限制了其应用,目前只限制于运载高价药物DE的制备。因此,将来的研究应该专注于保持膜乳化优点的同时增加待分散相的流量。

2 DE稳定性研究

食品级DE具有巨大潜力却未得到广泛的应用,主要是其热力学稳定性差,这意味着它在储存或在机械力、热处理、冷藏或冷冻等常规食品处理条件下易破裂失稳[72]。因此,了解DE的失稳机制继而改善稳定条件以提高其储藏稳定性显得尤为重要。

2.1 影响DE稳定性的因素

根据DE组成和微观结构的不同,它的失稳机制可能多种多样。但主要失稳机制可用图2解释[30]。a. 油相的聚合:这类似于正常乳液中油滴的聚合,导致大油滴的形成引发乳液失稳;b. W1的聚合:在油相粒径不变的情况下W1发生聚合;c. W1与油界面的聚合:这会导致部分W1进入W2中;d. W1的收缩或膨胀:这是由内外水相通过中间的油相进行物质交换而产生。通常来讲,这几种机制有可能同时发生,共同导致DE的失稳。

图2 DE的失稳机制

2.1.1 内外水相渗透压梯度 在DE中,通常将介于内外水相中的油相看作一层薄膜,在渗透压梯度的驱动下,内外水相有透过油层向另一相迁移的趋势。W2渗透压高于W1时会引起W1收缩;反之,会引起W1膨胀。W1的膨胀通常会导致油膜的破裂进而导致包埋物质的泄露最终导致乳液的失稳[21]。渗透压差是DE失稳的最主要因素之一,Mezzenga等[62]通过调节内外水相渗透压成功调节了液滴的粒径,提高了DE稳定性。为了保持良好的稳定性和较高的保留率,应保证低渗透压差以阻止W1膨胀引起的聚合和破裂。

2.1.2 乳化剂的性质 DE体系中亲脂、亲水性乳化剂可能会发生亲脂-亲水平衡,这会导致W1/O或者O/W2乳液的失稳。理论上来讲,亲脂性乳化剂全部会吸附在内部的W1/O界面,但在实际操作中,需要在油相中添加高浓度的亲脂性乳化剂以减小W1粒径,多余的亲脂性乳化剂会吸附于O/W2界面。在聚集物和反胶团的自组装过程中,过量的亲脂性乳化剂会很大程度地提高水溶性物质的溶解度,并促进这些物质通过油膜[31,57]。小分子乳化剂会影响蛋白质乳化特性[73],文献报道[74]亲脂性乳化剂会部分取代O/W界面的蛋白质,Waninge等[75]也指出,两种乳化剂除了竞争作用之外,小分子乳化剂和蛋白质之间还可能会发生络合作用等交联作用,Su等[36]指出内水相添加0.5%(w/v)的NaCN可以取代2%(w/v)的PGPR而不影响W/O/W乳液的保留率和稳定性。

大分子亲水性乳化剂可以较好的吸附在O/W2界面形成致密的膜,防止W1向W2迁移,提高乳液稳定性[29]。因此,选择合适的乳化剂并平衡乳化剂间的亲水亲油值对乳液的稳定性有很大的影响。

2.1.3 体系中的电解质 DE中的电解质不仅能平衡渗透压还能提高乳化剂的活性[4]。Scherze等[76]报道添加盐类能够平衡体系中的拉普拉斯力和渗透压,进而提高DE的乳化性和储藏稳定性。Rosano等[77]报道通过添加电解质也能防止奥氏熟化,Aronson[78]报道在W1添加电解质能够增强液滴的界面,阻止液滴聚合。

2.1.4 乳化条件 乳化条件也会影响DE的稳定性。初步乳化条件越剧烈,得到的W1液滴越小,乳液的稳定性也会随之上升,但是如果液滴过于小,反而会因为增加W1与W2的接触面积而导致乳液的失稳[79]。在第二步的乳化中,处理条件应相对缓和,防止油滴的絮凝和W1的泄露。Giroux[80]比较了均质次数对初步W/O乳液粒径的影响,发现均质两次可以减少W1液滴尺寸,增加表面活性剂在界面的覆盖,进而减少液滴的聚合。因此应选择合适的乳化条件与方法,调节粒径大小与表面活性剂分布,以达到最好的稳定性。

2.2 提高稳定性的手段

2.2.1 平衡内外水相渗透压 渗透压差是导致DE失稳的最主要因素。最常用来平衡渗透压的方法为内外水相间简单糖类和盐类的组合,如Bonnet[35,81]、Herzi[82]等在W1中添加MgCl2、W2中添加乳糖,Pawlik[83]在W1中添加NaCl、W2中添加葡萄糖以平衡渗透压,也有些研究者在内外水相都使用NaCl[80],或者是仅仅在W2相中使用盐或葡萄糖等[84-85],1 g NaCl产生的渗透压是1 g葡萄糖的5倍[21],因此可合适选择小分子盐或糖以平衡渗透压梯度提高乳液稳定性。

2.2.2 生物大分子作为W1凝胶剂 生物大分子如淀粉或球状蛋白的凝胶,可将W1转化为软固体颗粒,进而消除渗透压梯度引起的W1膨胀[31]。表1列出了近些年用作W1凝胶的物质。Opperman等[2]利用明胶和WPI凝胶作为W1,制备出了高保留率、储藏稳定性良好的DE。其他的研究使用了各种食品级生物大分子作为W1的凝胶剂,如明胶[7,20,43]、海藻酸盐[43]、果胶[37,85-86]、乳清蛋白[45-46]、结冷胶[14]和淀粉[87]等。Andrade等[37]发现用高甲氧基果胶(HMP)作为W1相凝胶时,可明显提高W1在胃消化过程中的稳定性。

表1 体系中添加生物大分子提高DE稳定性

2.2.3 生物大分子作为W2乳化剂和稳定剂 天然来源蛋白是良好的乳化剂[88-89],也是W/O/W乳液中的高效亲水乳化剂。蛋白质利用空间斥力和静电斥力稳定油滴,较非离子表面活性剂有更好的稳定效果。此外,蛋白质不溶于油脂,不会穿过油膜迁移到内部的W/O界面,防止了界面的失稳,某些多糖也有类似的效果。总之,生物大分子稳定乳液的机制可由以下三点表示[90]:未吸附的大分子在流动相增加体系的粘度,阻止了液滴碰撞;液滴外带有相同电荷蛋白的静电斥力;吸附在界面亲水大分子间交联形成的空间稳定效应。

表1列出了近些年为提高乳液稳定性在W2添加的生物大分子,常用于稳定DE的食品蛋白乳化剂有NaCN[37]和WPI[39],亲水性胶体乳化剂如GA[79]。但是单一的生物大分子稳定DE需要较高的蛋白浓度[4],价格昂贵不适于工业化,因此用修饰的方法提高蛋白的乳化和稳定能力成了近年来的研究热点,而用多糖和蛋白交联是目前研究的焦点。

2.2.4 蛋白-多糖复合稳定 早在1996年Garti[28]就证实了DE中大分子和表面活性剂的络合作用可以促进O/W界面的稳定以及控制疏水和亲水物质的释放。蛋白和多糖是最典型的两种既是高聚物又具有表面活性的可食物,且很多食品亲水胶体系统皆由这两种物质的混合物稳定[91],蛋白-多糖复合物也广泛用于W/O/W乳液中外层O/W界面的稳定[31,92]。

单独蛋白稳定的乳液液滴表面带有电荷,对热处理、有机溶剂或pH变化敏感。通过干热处理,蛋白质和多糖之间可以通过美拉德反应在两者之间形成酰胺键[4],可以提高交联物的亲水性并得到更好空间稳定性的乳液[31],进而提高对pH变化、离子强度和热处理的稳定性。此外,蛋白-多糖的复合还有以下的优点:限制W1和W2相中水分的迁移;减少或延长包埋物质的释放;给消化酶提供空间位阻;防止油脂相的氧化[21]。

蛋白-多糖共价交联为通过热处理使蛋白和多糖发生美拉德反应。Fechner等[17]将NaCN-葡聚糖加热共轭,所得产物制备DE的pH稳定性明显上升,且减缓了包埋物的释放,这归结为界面厚度的增加。Tamnak等[93]将豌豆分离蛋白(PPI)和HMP加热共轭,所制备的DE储藏稳定性明显提升。这些共价物作为DE中的亲水性乳化剂,可明显提高外层O/W界面的稳定性质。

非共价复合是更为常见的方法,使用蛋白稳定DE,然后与多糖溶液混合,或者蛋白和多糖溶液直接混合再制备DE。在酸性条件下,通过静电作用,带负电的多糖会与带正电的蛋白组成界面复合物,继而通过空间位阻提供稳定性[49]。以Esfanjani等[94]的方法为例,将初级W1/O乳液分散在以WPI为亲水性表面活性剂的W2相制备出W1/O/W2乳液后,将DE与HMP溶液混合,HMP即与DE表面WPI发生交联进而提高乳液稳定性。

表2列出了近年来食品DE中使用蛋白-多糖复合稳定研究。Li等[95]发现使用WPI-LMP交联稳定的DE可提升W1保留率1.2倍,而WPI-κ-卡拉胶交联可提升1.4倍,这归结于两者可以形成pH稳定的界面,阻止酶的进攻。总之,蛋白-多糖复合物较于单独蛋白而言,可显著提高乳液性质,如减小液滴尺寸、获得更均匀的液滴分布,提高W1中活性物质的保留率等。

表2 蛋白-多糖复合物稳定DE的研究

3 DE在食品工业中的应用

DE在食品中的应用主要有两方面,一是运载功能性成分,二是低脂低热食品的制备。此外,也有报道将DE应用于肉类中油脂的替代、活菌的保护和豆腐的制作等。McClement[101]将W1/O/W2乳液运载的优点概括如下:将功能性成分包埋在W1中,并可控制释放;防止W1中功能性成分与W2中的某些物质反应;掩盖功能性成分的不良风味。

3.1 功能性成分的运载

功能性成分的运载是DE在食品领域中最广泛的应用,根据其运载目的可分为保护、控释和强化三大功能。表3列出了近年来食品领域用DE运载功能性成分的报道。

表3 食品级DE负载功能性成分的研究

3.1.1 保护 功能性成分尤其是生物活性成分对癌症、心血管疾病和代谢紊乱等慢性疾病具有防治作用,然而这些成分如花青素、类胡萝卜素、黄酮、维生素和必需脂肪酸等在运输过程中对pH、离子强度、光照、温度、氧气和胃肠道条件等环境压力的变化极为敏感[4]。将其包埋在DE的W1中可以避免这些极端条件,起到良好的保护作用。近年报道用DE保护的物质主要有维生素C[13-16]、花青素[11-12]、白藜芦醇[34,71,103-105]、藏红花素[55,94]等。Hemar等[34]以白藜芦醇醇溶液作为W1,获得了稳定性好且保留率高的负载白藜芦醇DE。Aditya等[110]制备了同时负载亲水性儿茶素和疏水性姜黄素的DE,保留率高达88%～97%,且生物可接受率是对照组4倍。以上研究说明用DE运载功能性成分可以有效提高其稳定性和生物可接受率,对其起到保护作用。

3.1.2 控释 通过调整DE的微观结构,可以缓解或提高W1中包埋物质的释放。但是只有特定结构的DE才具有控释功能,乳液的结构如亲水性乳化剂的组成、油相的种类和W1的组成对包埋物质的释放都有很大的影响。

具有控释功能的DE一般用蛋白[61]、蛋白-多糖复合物[93,113]等作为亲水乳化剂,这些大分子吸附在油-外水相界面可阻碍W1迁移。Jimenez等[5]利用WPC-牧豆树胶混合稳定DE可以降低甘氨酸亚铁的释放速率,Hernandez-Marin等[107]用乳清蛋白-CMC复合物稳定DE可减缓咖啡因的释放,Chen等[20]用麦醇溶蛋白粒子稳定的DE可以有效减缓EGCG和槲皮素在体外消化的释放,这归结于界面厚度的增加,阻止了W1迁移。

不同结构的油脂也会影响W1的释放速率[81],Lutz等[13]比较了用中链脂肪酸(MCT)和柠檬烯作为油相制备包埋NaCl的W1/O/W2乳液,发现用MCT作为油相时,NaCl是通过与表面活性剂结合扩散通过油相,用柠檬烯作为油相时,NaCl是以W1与W2聚合的形式扩散的。Giroux等[107]发现胃消化阶段黄油与亚麻油的多肽释放远高于矿物油,归结为矿物油的高疏水性使得极性多肽难以穿越油层运载。小肠消化阶段,矿物油中多肽释放率只有17%,其他则高达80%,这是因为矿物油对胰脂肪酶稳定,不被其水解,保护了包埋物释放。故可以通过调节油相的组成进行包埋物的控释。

为调整释放速率,常在W1添加生物大分子如BSA[10]、明胶[7]和NaCN[6]等,Zhu等[10]发现在W1中增加BSA浓度可以增加W1/O/W2乳液的粘度和液滴尺寸,降低MgCl2的释放速率。Bonnet等[6]探究了NaCN对W1/O/W2乳液镁离子释放的影响,NaCN作为W2的亲水性乳化剂同时也加入W1作为离子螯合剂,W1中NaCN浓度的下降或W2中NaCN的上升能够加速镁离子的释放,这归结为W2中的NaCN影响了系统的透水系数和与镁离子的结合,而W1中NaCN与镁离子络合则可以降低镁离子的释放。上述研究表明DE可以有效用于功能性成分的缓释。

3.1.3 强化 DE还可用于各种营养素的强化。对豆奶进行钙强化处理时,钙离子易与大豆中的蛋白与磷脂发生络合产生沉淀,使得钙强化得到限制[114]。Marquze等[111]制备了W1包含不同浓度钙离子的W1/O/W2乳液,再添加至豆奶中,可以得到稳定性良好的钙强化豆奶。Saeidy等[42]以磷酸钙为W1,琼脂-明胶混合物作为亲水性乳化剂制备钙强化W1/O/W2乳液,并冻干得到微胶囊,可获得负载率高,释放效果稳定的钙离子微胶囊。

食品中常用的补铁剂为甘氨酸亚铁,它直接以溶液的形式添加在食品中,但是甘氨酸亚铁与食品组分反应会改变食品的感官品质,且易被氧化[114]。Jimenez[5]将甘胺酸亚铁包埋在W1/O/W2的W1中,强化了铁离子的含量,降低了它的氧化并提高了稳定性,减少了对食品体系的不良影响。

Li等[95]在W1中包埋维生素B2(VB2),油相溶解维生素E(VE),制备了同时强化VB2和VE的DE。Giroux[80]以VB12作为W1制备DE,与脱脂奶混合制备VB12强化奶酪,发现W1/O/W2乳液中VB12的保留率达到了96%,且经过模拟胃消化后,保留率远高于对照组。以上研究表明DE在强化食品中具有巨大的潜力。

3.2 活菌运载

在口服过程中,胃液及胆盐会大大减少益生菌的数量[116-117]。Shima等[117]制备了保留率高达93%的LactobacillusacidophilusW1/O/W2乳液,模拟胃液处理后相对活性远高于对照组。Pimentel-González等[119]以甜乳清和甜乳清浓缩物作为亲水性乳化剂,用W1/O/W2乳液包埋甜乳清培养的Lactobacillusplantarum,发现甜乳清为乳化剂的DE不仅能抵抗酸性和胆盐等条件,还能提供合适的环境促进乳酸菌的生长。

发酵过程中不同种类的微生物混合培养可能会发生拮抗作用,产生抑制生长的化合物[120]、改变底物的理化环境[121]。Zygosaccharomycesrouxii和Tetragenococcushalophilus是酱油酿造最主要的酵母和乳酸杆菌,但是两种细菌混合培养会发生拮抗作用。Devanthi等[122]将Z.rouxii与T.halophilus分别包埋在W1/O/W2乳液的W1和W2相中,发现Z. rouxii的存活率得到了明显的提高,并且减小了与T.halophilus的拮抗作用,这可能是因为DE改变了两种微生物的代谢活力。其在后来的研究将此DE用于发酵中,成功制备了低盐的moromi产品[123]。

3.3 DE添加在食品体系中的应用

上述功能性成分的运载只是获得了较高保留率和稳定性的DE,并没有添加到食品体系中。不同食品体系的特征与理化性质,将DE应用于食品体系中首先应考虑其体系的适配性,如是否能在体系中保持稳定、是否会影响食品理化性质与感官等,其次考虑其对食品体系的提升作用。总之,将DE应用于食品体系中远比DE制备复杂,是今后研究的热点及重点解决对象。

3.3.1 低脂低热量食品的制备 近年来低热量食品消费成了一种新趋势。在W/O/W乳液中,由于油相中部分脂质被分散其中的W1部分取代,可以减少乳液中脂肪含量且不会改变乳液的感官特性,因此利用DE制备的低脂食品有与全脂食品相似的理化性质与感官特性[124]。Lobato等[22]用结冷胶作为W1,菜籽油作为油相制备DE以取代牛奶脂肪制备新鲜低脂奶酪,性质与对照组无显著差异。Tekin等[23]以瓜尔胶/瓜尔胶-黄芪胶复合物作为稳定剂的DE制备了低脂冰激凌,可以将冰激凌的脂肪含量减少到2.8%(正常为10%～12%)而不影响冰激凌的品质。

3.3.3 豆腐制作 利用DE对运载物缓释的特点,可将其应用于豆腐的制备。豆腐制备的关键工艺是豆浆的凝固,但是凝固是一个复杂难以控制的过程。MgCl2常被用作豆腐凝固剂,但其促凝固速度快且难控制限制了它的应用。Li等[8]以MgCl2和WPI、BSA(提高稳定性及控制MgCl2释放)为W1制备DE加入豆浆制作豆腐,发现以DE作为凝固剂制备的豆腐可以明显提高豆腐的含水量和持水力,使豆腐凝胶更为均匀结实。Zhu等[10]将BSA添加至MgCl2溶液中作为W1制备DE作为豆腐凝固剂,表明提高BSA的浓度可以增大乳液的粘度和粒径,减少镁离子的释放速率,激光共聚焦(CLSM)表明增加BSA浓度可以获得更加均匀的凝胶结构和更小的凝胶孔隙。

4 结语与展望

本文结合了近些年食品领域DE的研究,探讨了DE的各相组成、制备方法、失稳机制与提高稳定性的手段和在食品领域中的应用等。DE的特殊结构可广泛利用于负载生物活性成分和活菌,保护它们在摄入人体时免受胃肠道的破坏,也能用于低脂低热食品的制备而不影响食品的感官特性。DE在处理过程中极易失稳,虽然其失稳机制较为复杂,但是通过调节内外水相组成、渗透压梯度,调整乳化剂的组成和比例,利用大分子物质和蛋白-多糖交联物作为亲水性乳化剂可以显著提高DE的稳定性和保留率,甚至起到控释的作用。

然而许多研究制备的食品级DE并不适于食品生产的应用,原因如下:实验室条件制备的DE不适用于大规模的生产;制备DE所需的成本高昂,制备的产品不经济;制备DE需要用到大剂量的PGPR,其使用受到严格限制且用量过大时有不良气味;制备的DE长期储藏性较差,不利于提高产品的货架期。因此,今后的研究应专注于以下几个方向:优化制备DE的条件,寻找经济高效的制备方法;用食品级的亲脂乳化剂如大豆磷脂部分替代PGPR,以减少其用量，开发经济高效的亲水乳化剂如胶体粒子用Pickering机制稳定DE以提高其储藏稳定性延长产品货架期。本文为提高DE稳定性提供了许多佐证,将来的研究应借鉴诸类方法并着重于将DE应用于食品工业生产中。

此外,DE是以食品组分的形式添加至食品体系中的。因此,应根据要食品体系的种类和处理条件来设计制备DE,使其与食品体系能够相配伍,以提高食品的品质而不影响食品的感官特性。食品研究者们也应逐渐将DE的应用从纯粹的成分运载转向食品体系的实际应用,更大程度地挖掘DE在食品应用中的潜力。