微乳液在食品中的研究、应用和前景展望

孙琪 ，邱斌，徐同成，刘丽娜，刘玮，尤艳莉

1.烟台大学（烟台 264010）；2.山东省农业科学院农产品研究所/山东省农产品精深加工技术重点实验室/农业农村部新食品资源加工重点实验室/山东省特殊医学用途配方食品工程技术研究中心（济南 250000）

微乳液是一种无色、透明或半透明、低黏度的热力学体系，通常由表面活性剂、辅助表面活性剂等按适当比例组成[1]。与其他乳液相比，微乳液具有较好的流动性，其颗粒分散均匀，呈现均相的稳定体系；微乳液的稳定性比一般的乳液强，因为微乳液中油和水或者其他物质被表面活性剂两亲基因链接并分开，而且其微粒直径小至纳米级内，可提供一个较为稳定且分散均匀的体系[2-3]。

微乳液兼具不同亲脂或亲水性能的微环境，能大幅增溶极性和非极性物质。另外，微乳液作为一种液体输送系统能保护所溶解的功能因子，免受工艺、储藏环境等损害。在营养成分或药物的靶向递送方面，微乳液作为载体不仅可以很好地解决脂溶性物质的溶解度问题，而且能够在体内消化吸收过程中形成一种新型胶束，促进营养物质或药物的吸收和利用[4]。因此微乳液作为有效载体，在特殊医学配方食品、饮料和亲脂性物质输送等领域具有广阔的应用前景。

该文从形成原理、制备方法和在食品中的应用3部分对微乳液展开论述，通过现阶段微乳液的最新研究进展，同时也为其在食品工业中的进一步开发利用提供参考依据。

1 微乳液的发展及现状

1.1 微乳液的发展历程

最早奥斯特瓦尔德在《被遗忘了尺寸的世界》中指出“一个重要的世界”即直径在1~100 nm的介观层次[5]。在20世纪40年代，Hoar和Schulman用油、水和相关乳化剂及醇配制出一种清澈透明的液体，直到50年代，他们才将这种液体命名为微乳液，1981年Lindman等[6]对微乳液给出了明确定义，即由水、油和表面活性剂构成的透明、光学各向同性、热力学稳定的液体体系。从此，微乳液研究获得飞速发展。

1.2 微乳液研究的现状

在国外，Mazur等[7]较早地将微乳液应用于食品科学领域，将水溶性香精和增香剂溶入豆油、水和亚油酸甘油酯微乳体系中，使得到的微乳食品味道好，泡沫少，在高温下煎熬时不会飞溅。进入21世纪后，微乳液在食品领域的研究逐渐增多。Campo等[8]以Tween 80、柠檬精油、乙醇、甘油和水为原料制备了食品级微乳液，并研究了各组分对微乳液粒径和相变的影响。我国的微乳液研究起步较晚，但在应用研究方面已取得不错的成果。王春等[9]以棕榈油为油相与复配表面活性剂和助表面活性甘油制备微乳液，并添加到馒头中，表明该微乳液可提高馒头品质。2013年，何艳等[10]构建了以肉桂精油为油相的食品级微乳体系，并通过体内试验发现壳聚糖能提高肉桂精油微乳液的抑菌效果。2018年Guo等[11]探讨了灵芝多糖对薏苡仁油微乳的药理作用及抗肺癌治疗效果的影响，通过体内抗肿瘤试验结果表明，灵芝多糖混合薏苡仁微乳液能够抑制肿瘤生长，并阐明了多糖与微乳空间关系的潜在机制。

2 微乳液的形成原理[12-13]

当前学术界关于微乳液形成的原理主要包括如下理论：瞬时负界面张力理论、双重膜理论、几何排列理论还有R比理论。

2.1 瞬时负界面张力理论

Schulman和Prince共同提出了瞬时负界面张力理论，该理论提出：在表面活性剂和助表面活性剂的协同作用下，水/油界面张力下降，可降至零或者出现瞬间负值，当出现瞬时负值时体系会自发扩大界面，使体系体积浓度降低，让界面的张力恢复到零。这个界面张力变化的过程同时也伴随微乳液的慢慢形成，当这个过程完成时，微乳液也同时随之形成。这个理论可以阐述微乳液性质的稳定，因为当微乳液凝结时，体系内就会产生负界面张力来阻止微乳液的凝结，让体系保持在一个稳定的状态。

2.2 双重膜理论

Schulman和Bowcott共同提出了双重膜理论：从中间相出发，油/水界面产生瞬时负界面张力时，形成了由表面活性剂、助表面活性剂、油和水组成的混合膜，混合膜的两个接触面和水、油触碰，这两个接触面和两个介质的相互影响造成了界面的弯曲程度和界面的角度，从而也确定了该乳液是O/W型还是W/O型。

2.3 几何排列理论

几何排列理论是Robbins、Mitchell和Ninham等共同提出的[14-15]。他们从双亲物体里分子的排列顺序进行分析研究，进而创造了这个理论。在原有双重膜的理论之上，通过一些几何排列模型了解到混合膜是一个双重膜，它能够和容器里的介质相混合形成一个匀称的体系。在水和油的不同界面，它变化形成的过程是不同的。几何排列模型的核心问题是表面活性剂在界面的几何填充，填充系数反映了亲水基团和疏水基团的截面积的相对大小。当V/aolc＞1时，碳氢链截面积大于极性基团的截面积，有利于油相界面的形成；当V/aolc＜1时，有利于O/W型微乳液的形成；当V/aolc为1时，有利于双连续相结构的形成[16]。因此，该理论是可以用来分析微乳液类型和结构的形成和变化。

2.4 R比理论

R比理论是依据分子间最基础的相互作用来进行分析的。这个理论的关键之处在于它制定了一个内聚作用能比值，根据这个值的变化同微乳液的构造以及特征联系起来。R比的各个部分都是由整个容器内每个部分的化学性质、体积浓度、温度状态等决定的，所以R比会随着体系的组成部分、体积浓度、温度状态等的变化而变化。R比理论能够通过微乳液构造的变动和相变动协助分析微乳液的形成原理。

3 微乳液的制备

微乳液的制备主要是依靠整个体系中各个成分的配制比例。当前，微乳液有几大主要配制方法：HLB法、盐度扫描法、相转化温度法、反相乳化法、两步变温法。

4 微乳液的应用

4.1 微乳液的食品应用

微乳液除了具有乳剂的一般特性，同时具有粒径小、透明、热力学稳定等特殊优点，被作为一种食品传递系统。由于其对水不溶性、油不溶性物质的较强的增溶能力，不仅可以作为食品组分的载体，并且可以增加功能成分、色素等的溶解度，去除极性和非极性的物质，因而越来越受到人们的关注。

4.1.1 抑菌作用

微生物只有在水相环境中才能繁殖，而微乳液能使抑菌剂溶解或分散在水相中时可以起到杀菌或抑菌的作用，许多学者对微乳液的抑菌做了大量的研究。微乳液的抑菌机理可以概括为：第一油相在乳化剂的作用下，能够提高油相的溶解度，使其易于渗透到食品的缝隙或气孔中[21]，或粘附在食品表面[22]，从而达到抑菌保鲜的效果；第二，通过破坏细胞壁的完整性和选择透过性，使得胞内大分子物质溢出，并使细胞呼吸代谢循环链中的脱氢酶活性下降或丧失，改变膜通透性，从而影响细胞正常的物质和能量需要，最终达到抑菌或杀死细菌的目的。Pensak等[23]制备了橙油微乳液并发现能其够增强橙油在果胶薄膜中的抗菌活性。

表1 微乳液制备方法原理及特点

4.1.2 增溶作用

由于同时存在极性和非极性相，微乳液在溶解亲油成分以及提高食物来源的生物活性化合物的生物利用度方面极具潜力。在饮料生产过程中，某些不溶于水的食用性色素等生物活性成分溶解在油中后，再添加乳化剂制备成微乳液，可以提高这些生物活性成分在水中的溶解性，最终能够赋予饮料更优良的视觉体验和风味。此外还可利用微乳液的增溶作用来提高有关酶的催化效率。微乳液作为这一类酶促反应的良好介质，酶在微乳液体系中不仅能维持其催化功能，而且还能提高某些酶的活性[24]。

4.1.3 增强抗氧化能力和食品的稳定性

微乳液不仅有着较强的抑菌能力，而且也表现出巨大的抗氧化潜力，许多学者对其原理进行了相关研究。Aboudzadeh等[25]对以柠檬油、吲哚乙酸为原料制备的α-生育酚微乳液进行了研究，得出结论：微乳液可封装活性物质，以此来保护这些活性物质免受氧化，产生更稳定的活性化合物。同时，由于形成的微乳液粒径小，即使在更恶劣的环境中也能确保长期稳定性。具体来说，包封后具有保护作用的一个原因是微乳液形成了一个物理屏障，能够限制氧、前氧化剂或自由基与生物活性成分相互作用，并且微乳液可将生物活性成分结合到内部油相中，防止与水接触，减缓不必要的氧化；另一个原因是其两亲性，许多天然蛋白质，如大豆分离蛋白、蛋清蛋白和酪蛋白酸钠，可以快速吸附到油滴表面，从而保证乳液稳定性，因此提高乳液的抗氧化能力在很大程度上取决于所用蛋白质的性质[26]。

除了易氧化会降低食品的货架期外，食品在加工、储存运输和消费过程中，可能会受到各种各样的环境压力，即酸碱度、离子强度、温度等的变化，可能会导致所负载的营养素和整个系统的破坏，从而降低食品的稳定性。对制备的鱼油微乳液进行表征并分析环境压力对鱼油微乳液物理和氧化稳定性的影响，结果发现微乳液可提高食品稳定性，延长货架期[27]。

4.1.4 改善萃取方式

传统萃取方式如超高压、超临界、超声波等方法，存在高能耗、高污染、高风险、条件难以控制等缺点。寻找一种新的替代品作为能够适用于有环保要求的绿色工业应用系统的萃取剂变得尤为迫切。微乳液结合表面活性剂辅助萃取则显得更为高效和安全。从适应性角度来看，溶剂萃取化合物不容易溶解在亲水的食品或制药体系中，作为绿色环保的食品级体系[28]，将微乳液与萃取相结合，可显著分离蛋白质、氨基酸等营养素。另外，由于萃取过程中形成的微乳液，显著提升了活性物质的溶解能力，因此，微乳液与萃取结合的新方式在提取各种食品成分这一方面表现出巨大的潜力，引起研究人员的极大兴趣。

4.2 微乳液应用于其他方面

微乳液除了应用于食品行业外，还在生物医学领域及药物工程中发挥重要的作用。微乳液具有性质稳定、靶向运载等特点，能显著提升负载药物的生物利用度，显著改善患者对于药物依从性差的情况，具有较强的临床应用价值和发展前景；作为活性成分储库时，微乳的表面张力较低，易于润湿皮肤，使角质层的结构发生变化，负载的活性组分更易变得有利于进入角质层，这一特性的发现也使得微乳液逐渐应用于化妆品行业。除此之外，微乳液具备药物的运载功能，与其他囊泡载体相比，微乳液的稳定程度更好，因此微乳液在生物医学领域和药物工程中受到人们越来越多的关注。另外微乳液具有乳化能力强、黏度低、热力学稳定性高等许多优点，使其近年来在石油、化学等其他更多的行业崭露头角。

5 结语

随着研究和应用的发展，微乳液的增溶能力、乳化能力和热力学稳定性得到大幅提升，受到越来越多产业领域的关注。但在应用过程中也产生了部分问题，如因营养成分负载量低、乳化制剂和表面活性剂使用量过多造成环境污染增加和生产成本增高、均质次数过多造成大分子功能成分受损等问题制约了其在产业中的进一步应用。微乳液应重点关注负载量的提升、环保和低成本材料的筛选、大分子量功能成分的保护等方面，结合超高压微射流、多重包埋等新兴技术，提升其在食品领域的应用广度和深度。相信随着研究的深入，微乳液会在食品产业得到更大程度的发掘和利用，进而推动食品工业的快速发展。