单甘酯与蜂蜡复配制备五步蛇蛇油基凝胶油的研究

司昀灵，胡招龙，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，南昌 330000)

蛇油即蛇的脂肪经加工精炼形成的油脂，其脂肪酸组成以不饱和脂肪酸居多。我国对蛇油的利用早有记载，几百年前民间已经开始使用蛇油治疗烫伤、皲裂、冻疮、湿疹等皮肤问题。Shirai等[1]对海蛇蛇油与鱼油的降血糖、血脂功能进行了探讨和对比，结果发现在二十二碳六烯酸(DHA)含量相同的条件下，蛇油降血糖、血脂的能力高于鱼油。以海蛇蛇油制作的软胶囊可提高记忆，增强学习能力以及预防骨质疏松。此外，蛇油在抗炎、镇痛、抗氧化，治疗烫伤、冻伤、湿疹以及预防肌腱粘连方面效果显著[2]。由于蛇油腥味较重，严重制约了其在食品行业的发展应用。目前市面上蛇油制品多为膏霜状，被广泛应用于护肤领域及某些皮肤问题的预防。然而，膏霜类产品蛇油含量较低，因此只能用于日常护理，严重限制了其发展及应用。

凝胶油是指由单一或复合凝胶因子通过自组装或者结晶模式形成网络结构进而将液态油脂转变为具有热可逆性的类固体脂肪物质[3-4]。凝胶油具有半固态油脂黏弹性、低反式脂肪酸和低饱和脂肪酸等优点，被广泛应用于食品、医药、日化用品等领域[5-6]。常见的凝胶因子有脂肪醇、脂肪酸、天然蜡(小烛树蜡、蜂蜡、米糠蜡)、单甘酯等。天然蜡的低成本、较强结合力等优点使其具有广泛的应用，许多植物蜡被广泛应用于有机凝胶的形成[7-9]。蜂蜡主要成分有酸类、游离脂肪酸、游离脂肪醇和碳氢化合物[10]。由单一蜂蜡制备的凝胶油存在硬度过大，触变性较差等问题。而单甘酯是食品中常用的乳化剂、凝胶剂，以单甘酯为凝胶因子制备的凝胶油硬度较小，结合油的能力不强。因此，蜂蜡和单甘酯复配制备凝胶油是一种可行途径，目前对于混合这两种凝胶因子制备凝胶油的研究鲜有报道。本研究将蜂蜡和单甘酯作为凝胶因子使蛇油凝胶化，深入探究蜂蜡和单甘酯在不同质量比时对凝胶油硬度、析油率、流变性以及凝胶结构的影响，以期根据终端固体油脂产品的性质、功能研发出更加完善的凝胶油产品。

1 材料与方法

1.1 实验材料

五步蛇蛇油，景德镇陈锋特种野生动物科技开发有限公司；蜂蜡，沧州康鑫蜂蜡胶业有限公司；单甘酯，广州市林福化工有限公司。

恒温水浴锅；AL204电子天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；TGL-16B离心机；TA-XT质构仪，英国Stable Micro System公司；CKX41光学显微镜，日本Olympus公司；D8 Advance X-射线衍射仪，德国Bruker公司；TA DHR-2流变仪，美国TA Instruments公司。

1.2 实验方法

1.2.1 五步蛇蛇油基凝胶油的制备

固定总凝胶因子含量为8%，蜂蜡与单甘酯以不同质量比组合(10∶0，8∶2，6∶4，4∶6，2∶8，0∶10)进而得到含有6种凝胶因子的五步蛇蛇油样品。所有样品在80℃下磁力搅拌加热10 min，使蜂蜡和单甘酯在五步蛇蛇油样中完全溶解，取出油样，置于室温冷却12 h备用。

1.2.2 析油率测定

称取离心管质量记为a，将熔化的五步蛇蛇油基凝胶油置于离心管中，室温下静置24 h，称取其总质量记为b。将五步蛇蛇油基凝胶油于10 000 r/min离心15 min，离心结束将离心管倒置15 min，将不能结合的油脂完全析出，称取其总质量记为c。持油性以离心后吸油量表示[11]。析油率根据以下公式计算。

1.2.3 硬度测定

质构仪参数：探头P 0.5R，测前速率2 mm/s，测试中速率1 mm/s，测后速率2 mm/s，探头感受到5.0 g力后下压5.00 mm，取下压过程峰值为硬度值[12]。

1.2.4 流变性测定

1.2.4.1 频率扫描

频率扫描前应进行应变扫描，扫描条件：测试温度25℃，平板直径40.0 mm，板间距1 000 μm，扫描范围0.001～1 000 Pa；固定频率1 Hz。通过应变扫描确定线性黏弹区选取应变值，在0.1～100 Hz进行频率扫描，数据采集点20个，测量有机凝胶的储能模量(G′)和损耗模量(G″)[13]。

1.2.4.2 黏度恢复值测定

各样品剪切方法为0.1 s-1、10 min，10 s-1、10 min，0.1 s-1、10 min。通过比较剪切各周期的最终黏度，计算黏度恢复值[14]。

1.2.5 晶体形态分析

采用光学显微镜对凝胶油晶体分子微观结构进行观察。取适量凝胶油放置于载玻片上，盖上盖玻片，使样品均匀分布，放大400倍对结晶形态进行观察，并获取形态学照片。

1.2.6 晶型分析

采用X-射线衍射法对凝胶油晶型进行分析。测试条件：测试温度25℃，Cu靶(电压40 kV，电流40 mA)，狭缝宽度1.0 mm，接受狭缝0.1 mm，扫描速率2(°)/min，扫描范围5°～50°[15]。

1.2.7 数据处理

实验数据测定3次，利用SPSS 19进行显著性分析(P<0.05)，比较各组间的显著性。用Origin 8.6进行作图。

2 结果与讨论

2.1 不同蜂蜡与单甘酯质量比对五步蛇蛇油基凝胶油硬度和析油率的影响(见图1)

凝胶油的硬度和持油性反映了凝胶因子的固化能力和对油脂的拦截能力，硬度越大其固化能力越强，但并非硬度越大越好，实际应用中应根据所需产品的性质选择合适的硬度。由图1A可知，6种条件下均能形成凝胶结构。由图1B可知，少量单甘酯的存在对体系的析油率几乎无影响，但大量单甘酯的存在会增加凝胶油体系的析油率，降低其稳定性。因此，实际生产中应保持蜂蜡与单甘酯质量比大于等于4∶6，此时析油率小于2%，属于可接受范围。图1C硬度分析结果表明仅由蜂蜡形成的凝胶油体系硬度高达371 g，此时持油性最高，仅由单甘酯制备的凝胶油硬度最低，仅为81 g，说明蜂蜡较单甘酯有着更突出的油脂固化能力。整体而言，随着蜂蜡与单甘酯质量比的降低，凝胶油硬度并非呈现简单的下降，而是一个降低-升高-降低的过程，这可能是由于凝胶油的结晶尺寸、结晶形状以及结晶度的改变引起的。值得注意的是在蜂蜡与单甘酯质量比为4∶6时凝胶油体系的硬度值为242 g(约2.3 N)，这与刘日斌等[16]报道的凝胶油最佳制备工艺的硬度条件相一致。此外，研究结果表明凝胶油的持油性与体系硬度无显著关联，并非硬度越大持油性越好。

图1 不同蜂蜡与单甘酯质量比下五步蛇蛇油基凝胶油的照片(A)、析油率(B)、硬度(C)

2.2 不同蜂蜡与单甘酯质量比对五步蛇蛇油基凝胶油流变性的影响

2.2.1 频率扫描

在频率扫描前，通过应力扫描确定6种凝胶样品应变值在0.01%时处于线性黏弹区内，因此选取应变值为0.01%进行频率扫描。不同蜂蜡与单甘酯质量比所形成凝胶油的频率扫描曲线如图2所示。

注：空心符号代表G″，实心符号代表G′。图2 不同蜂蜡与单甘酯质量比所形成凝胶油的频率扫描曲线

由图2可知，所有样品的G′均大于G″，表明所有样品均形成了凝胶结构，表现出固体性质，主要发生弹性形变[17]。单纯由蜂蜡制备的凝胶油具有较高的G′，少量单甘酯的存在(蜂蜡与单甘酯质量比8∶2)增大了凝胶油的G′，随着单甘酯所占比例的进一步增加，凝胶油的G′下降，其中以蜂蜡与单甘酯质量比6∶4时下降幅度最显著。结果表明，凝胶油黏弹性是由蜂蜡与单甘酯的质量比决定的。此外，6种凝胶油体系的G′随着扫描频率的增加而略有增加，说明胶体在较高剪切速率下产生的凝胶比低剪切速率下产生的凝胶弹性更大，反映凝胶油内部的网络是由非共价“物理”交联组成[18]。

2.2.2 触变性(见图3)

注：0～600 s，剪切速率0.1 s-1；600～1 200 s，剪切速率10 s-1；1 200～1 800 s，剪切速率0.1 s-1。

图3 不同蜂蜡与单甘酯质量比所形成凝胶油的触变性曲线(A)及黏度恢复曲线(B)

触变性即剪切去除后的结构恢复，具有触变性的凝胶在撤去高剪切速率后，至少会有部分恢复至最初结构，理想情况下黏度恢复值达到70%被认为具有良好的触变性[19]。由图3A可以看出，在第一阶段所有样品均在0.1 s-1下剪切10 min，各样品黏度随时间延长而降低。样品在经过600 s的剪切后其黏度值被认为是初始黏度值n1。仅由蜂蜡或者蜂蜡与单甘酯以一定质量比形成的凝胶油的起始黏度显著高于仅由单甘酯形成的凝胶油。第二阶段(600 s

由图3B可以看出，仅由蜂蜡制备的凝胶油黏度恢复值低于仅由单甘酯制备的凝胶油。少量单甘酯的存在(蜂蜡与单甘酯质量比8∶2)降低了黏度恢复值，此时频率扫描也显示凝胶油的G′升高G″ 降低(见图2)。随着蜂蜡与单甘酯质量比的降低凝胶油黏度恢复值显著上升，当蜂蜡与单甘酯质量比为4∶6、2∶8时黏度恢复值分别达到37%、45%。表明蜡基形成的凝胶油黏度恢复值较差，单甘酯的存在(蜂蜡与单甘酯质量比小于等于6∶4)可显著提高蜡基凝胶油的黏度恢复值。Okuro等[14]对蜡基凝胶油的黏度恢复值进行测定，发现在总凝胶因子7%条件下加入卵磷脂可显著提高果蜡的黏度恢复值。根据凝胶油黏度恢复值结果并结合其硬度、析油率的结果，表明当蜂蜡与单甘酯质量比为4∶6时凝胶油性能良好，此时五步蛇蛇油基凝胶油的析油率为1.8%，硬度为242 g，黏度恢复值为37%。

2.3 不同蜂蜡与单甘酯质量比对五步蛇蛇油基凝胶油结晶形态的影响(见图4)

由图4可以看出，仅由蜂蜡制备的凝胶油呈现长枝状网络，而仅由单甘酯制备的凝胶油形成了颗粒状结晶。Yilmaz等[20]研究发现仅由蜂蜡形成的凝胶油晶体结构为针状物，而仅由单甘酯形成的凝胶油晶体结构为球粒状，这与本文的结果相一致。研究表明长枝晶状结构可以很好地使晶体之间交联形成三维网络结构，从而截留更多的液态油脂[21]。这或许可以解释随着蜂蜡与单甘酯质量比的降低凝胶油体系持油性下降的现象。结合硬度结果仅由蜂蜡形成的凝胶油硬度最大，而仅由单甘酯形成的凝胶油硬度最小，说明固体颗粒的结晶形状会影响其硬度，长枝状结晶硬度显著大于颗粒状结晶。然而，蜂蜡与单甘酯质量比8∶2时凝胶油长枝状结晶变长，但硬度降低。随着蜂蜡与单甘酯质量比的降低凝胶油的长枝状网络逐渐变短、变细、变少直至消失，在蜂蜡与单甘酯质量比4∶6时其长枝状结晶变少、变短，但其硬度较蜂蜡与单甘酯质量比8∶2出现了明显上升，这可能是由于颗粒间的相互作用、结晶度等因素引起的。研究指出,在解释有机凝胶硬度增加的原因时，必须考虑固体颗粒的平均大小和形状、固液表面能量、颗粒间相互作用以及固相的三维组织[22]。微观结果表明,蜂蜡、单甘酯两种凝胶因子并非独立的系统，二者共同存在会相互影响、相互作用。凝胶晶体在凝胶油中的形成和形状与凝胶类型、凝胶剂的配比有关。

注：a.10∶0；b.8∶2；c.6∶4；d.4∶6；e.2∶8；f.0∶10。

图4 不同蜂蜡与单甘酯质量比所形成凝胶油的光学显微镜照片

2.4 不同蜂蜡与单甘酯质量比对五步蛇蛇油基凝胶油晶型的影响(见图5)

由图5可以看出,各凝胶样品在不同区域出现了不同的衍射峰，说明凝胶油存在同质多晶现象[23]。衍射峰在0.42 nm为α型晶体的特征峰，0.38 nm和0.42 nm附近强衍射峰为β′型晶体的特征峰，0.46 nm附近强衍射峰为β型晶体的特征峰[24]。6种凝胶油在0.46 nm均出现了强的衍射峰，说明6种凝胶样品均含有较多的β型晶体。单独由蜂蜡形成的凝胶油在0.42 nm处存在强的衍射峰，在0.37 nm处存在较强衍射峰，说明蜂蜡形成的凝胶油含有较多的α、β以及β′型晶体。而单独由单甘酯形成的凝胶油除β型晶体外，虽然在0.38 nm处检测到衍射峰但其强度较弱，说明β′型晶体较少。此外，蜂蜡与单甘酯质量比8∶2时制备的凝胶油的各衍射峰强度较蜂蜡与单甘酯质量比10∶0时明显增加但黏度恢复值降低，这与微观结构中长枝状结晶变长相符。随着蜂蜡与单甘酯质量比的降低，凝胶油结构的α型晶体衍射峰强度逐渐降低但黏度恢复值增加，这是由于蜂蜡含量逐渐减少所致。因此，可以推断蜂蜡较单甘酯有着独特的α型晶体，蜂蜡与单甘酯质量比会影响整个体系的晶型，且α晶型的存在可能会导致黏度恢复值降低。

注：a.10∶0；b.8∶2；c.6∶4；d.4∶6；e.2∶8；f.0∶10。图5 不同蜂蜡与单甘酯质量比所形成凝胶油的X-射线衍射图谱

3 结 论

不同蜂蜡与单甘酯质量比对五步蛇蛇油基凝胶油晶型、晶态、触变性、硬度及析油率具有显著影响，仅由蜂蜡形成的凝胶油具有很强的持油性，较低的黏度恢复值，结晶形态为长枝状结晶，存在较多的α、β以及β′型晶体，少量单甘酯(蜂蜡与单甘酯质量比8∶2)加入对析油性无影响，但增加了蜂蜡的长枝状结晶及各晶体的结晶度，降低了黏度恢复值；随着单甘酯的进一步增加(蜂蜡与单甘酯质量比6∶4)，凝胶油的持油性、结晶度以及长枝状结晶的数量降低，但其黏度恢复值显著增加。当单甘酯完全替代蜂蜡后，体系的持油性达到最低，结晶形态为颗粒状，结晶形状主要为β型以及少量的β′型晶体。因此，确定蜂蜡与单甘酯质量比4∶6为最佳，此时五步蛇蛇油基凝胶油的析油率为1.8%，硬度为242 g，黏度恢复值为37%。