不同食用油脂乳化特性的研究

羅 穎，李有棟

（揚州大學食品科學與工程學院，江蘇揚州 225009）

0 引言

油脂由2 個部分構成——油和脂肪，一般而言脂肪在室溫下呈固態或半固態，室溫下呈液態的就叫做油[1]。從化學成分上來講，油脂都是高級脂肪酸與甘油形成的酯類物質，也是烴的衍生物。由于生成的環境復雜、體系多變，自然界中的油脂都是多種物質的復雜混合物，其內部主要化學成分是由1 個甘油分子與3 個高級脂肪酸分子相互脫水縮合而形成的酯，所以又被稱作甘油三酯[2]。

乳狀液是一種液體以小顆粒的形式均勻分散在不能與其互相混溶的另一種液體中而形成的分散體系。乳狀液根據其混合比例與濃度，一般不透明或半透明，在顏色上呈乳白色或是其他獨特的顏色，其液滴直徑大多在0.1 nm 到10 μm 之間[3]。蛋白質中既含有極性成分又含有非極性成分，即同時具有親水和親油的性質，當其在油-水界面發生聚集時，能顯著降低其表面張力，發生乳化作用，促進形成油- 水乳狀液分散體系。乳清蛋白（Whey protein）是一種從牛奶中提取的蛋白質，具有營養價值高、易轉化為自身營養素、含有多種對人體有益的活性化學成分等優勢，是公認的人體優質蛋白質補充劑之一[4]。除了營養功能外，良好的乳化性、起泡性、膠凝性也是乳清蛋白的特點之一，在食品加工中常常使用乳清蛋白作為乳化液制作時的乳化劑、發泡劑等。乳清蛋白的分子量較低，平均在20 kU，當其與油滴混合時，彼此相互作用包埋，形成均一體系，從而表現出良好的乳化穩定性。

氧化油脂是造成代謝綜合征的重要因素，因此系統分析和研究氧化脂質對脂質代謝的影響，對比氧化油脂與普通油脂對脂質運載體系作用的區別，將為研究對機體功能和健康性能的影響打下基礎。探究油脂種類對油脂-蛋白質水溶液乳化體系的影響，且對比氧化油脂與非氧化油脂在形成乳液時理化性質的區別是有必要的。以體外模型研究氧化油脂與體內運載系統中的載體蛋白質的相互作用，探討脂質和氧化脂質對該乳化體系的影響作用。主要從以下2 個方面進行：首先，利用不同類型的油脂制備乳化體系，測定以蛋白質為基礎的體系的基本性質，如乳化穩定性、水合粒徑大小等；其次，利用氧化脂質同樣觀察分析并比較測定對該體系的影響。結合乳化體系中各組分對乳化體系的影響，進一步測定對生物吸收和利用的可能作用，預測氧化脂質對機體脂質代謝的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金龍魚大豆油（一級），益海（泰州） 糧油工業有限公司提供；邦淇100%濃香壓榨菜籽油（三級），陜西石羊邦淇食品有限公司提供；魯花5S 壓榨花生油（一級），常熟魯花食用油有限公司提供；分離乳清蛋白（80%），上海源葉生物科技有限公司提供；氧化大豆油，實驗室自制。

90-2 型恒溫定時磁力攪拌器，上海滬西分析儀器廠有限公司產品；T18 digital 型ULTRA-TURRAX高速分散機，艾卡（廣州） 儀器設備有限公司產品；AH-2010 型高壓均質機，加拿大SEEKER 工業公司產品；SCIENTZ-ⅡD 型超聲波細胞粉碎機，寧波新芝生物科技股份有限公司產品；FiveEasy Plus pH 型臺式測量儀，梅特勒-托利多國際貿易（上海） 有限公司產品；Turbiscan LAB 型多重光散射儀，北京朗迪森科技有限公司產品；Omni 型多角度粒度與高靈敏度Zeta 電位分析儀，美國布魯克海文儀器公司產品；Nano ZS 型馬爾文納米粒度電位儀，英國馬爾文儀器公司產品；DV2T 型旋轉黏度計，美國Brook-Fileld 公司產品。

油料脂肪酸大致組成見表1。

表1 油料脂肪酸大致組成/%

1.2 試驗方法

1.2.1 乳液配制

根據姚磊等人[5]的研究，在乳清蛋白作為乳化劑時，油脂最佳含量為25%，蛋白質溶液含量為1%。然而徐志宏等人[6]的試驗表明，乳清蛋白乳化性臨界點為1.4%，其所對應的乳化能力為77.9%。因此，再綜合參考崔健等人[7]的研究，改善工藝后，得出乳液配置的方案。

乳狀液由1%的乳清蛋白水溶液與植物油按3∶1的比例混合制成。稱量5 g 乳清蛋白，加入495 mL 去離子水中，于恒溫定時磁力攪拌器上勻速攪拌1 h 形成質量分數為1%的乳清蛋白溶液，以便多次取用。根據不同的需求，按比例量取乳清蛋白溶液與油脂，混合后再勻速攪拌10 min。然后使用高速分散機以轉速13 500 r/min 分散2 min（每30 s 停30 s，停下時將杯壁上附著的油脂顆粒刮下）。再將所得的液體放入超聲波細胞粉碎機中粉碎5 min，參數設置為常溫，每3 s 停3 s，粉碎完畢后即可制成乳狀液。

1.2.2 乳液穩定性和黏度檢測

利用Turbiscan LAB 型多重光散射儀進行穩定性檢測。該方法分析的樣品粒徑范圍寬泛，粒子尺寸從0.1 μm 到1 mm 均可檢測，其待測樣液的最大濃度可以達到95%。首先，打開Turbiscan LAB 型多重光散射儀與電腦，用一次性膠頭滴管將待測液準確吸至瓶中，直至液面與瓶架相平；然后，蓋好蓋，按儀器上的Open 按鈕，小心地將小瓶移入槽內，按Close 按鈕；最后，打開電腦上的Turbisoft 軟件，新建算法，鍵入參數，開始進行多重光散射穩定性檢測，1 h 后自動保存數據。

使用DV2T 型旋轉黏度計，進行黏度檢測。

1.2.3 乳狀液粒徑檢測

使用Omni 多角度粒度與高靈敏度Zeta 電位分析儀進行粒徑檢測。

將分光液槽用去離子水清洗，再用待測液潤洗，然后把待測液裝入分光液槽中，擦干外表面，蓋上蓋子和滑板；打開BIC Particle Solution 軟件，新建方法，設置參數，開始粒徑檢測。

1.2.4 乳狀液Zeta 電位檢測

使用Nano ZS 型馬爾文納米粒度電位儀進行Zeta電位檢測。

將待測樣品稀釋至半透明或透明狀態（通常是100 或200 倍，該試驗稀釋200 倍），使用去離子水將電位池清洗干凈，用待測液潤洗3 次，再用待測液將電位池注滿，保證電位池中無氣泡。將電位池的塞子塞上后擦干電位池；打開電腦與儀器，將電位池插入槽中；打開DTS 軟件，新建方法，設置參數，開始測量。

分散粒子的實際直徑越小，乳狀液內部分子之間的作用力可抵抗粒子相互聚集成團，粒子團和粒子團之間的排斥力超過了吸引力，Zeta 電位的絕對值越高，整個乳狀液體系越趨于穩定。反之，溶液體系越傾向于凝結與凝聚，整體的分散體系容易被破壞，Zeta 電位的絕對值就越低。需注意的是，Zeta電位絕對值代表分散系穩定性的優劣，而正負則代表粒子附帶何種電荷。

Zeta 電位與膠體穩定性的關系見圖1。

圖1 Zeta 電位與膠體穩定性的關系

2 結果與分析

2.1 乳液穩定性

乳狀液是一種多相分散體系，其分散相與連續相之間必然具有液－液界面，因而存在著界面自由能。隨著乳化過程的進行，兩相之間不斷混勻，這就造成了油－水界面總面積的增加，所以體系的界面自由能也隨之增加。這表明乳化過程是熱力學不自發的過程，ΔG>0，需要從外界獲取能量。乳狀液液滴在互相碰撞時合并，則油－水界面面積縮小，體系界面自由能下降過程，屬于熱力學自發的過程，ΔG<0，不需要外界對體系做功。因此，乳狀液是熱力學不穩定體系，總會有自動發生分層、絮凝的傾向。然而，如果乳狀液內部粒子團與粒子團之間的合并速度較慢，則可認為乳狀液具有一定的相對穩定性，不容易發生分層或絮凝。

隨著乳化劑的加入，油－水界面張力不斷降低，因而也降低了乳化時能量的消耗，從另一個角度來說，也減小了乳狀液體系自動分層或絮凝的趨勢，能促進體系的乳化過程，使乳狀液更加穩定。但表面活性劑降低界面張力更重要的一個作用是在油-水界面上形成定向單分子層，根據吉布斯吸附公式，界面張力越低，表面活性劑在界面上的吸附量越大，定向單分子層在界面上排列越緊密，界面膜的強度越大，從而導致乳狀液越加穩定[8]。

乳狀液動力學整體穩定性折線統計圖見圖2。

圖2 乳狀液動力學整體穩定性折線統計圖

由圖2 可知，隨著時間推移，最終4 個乳狀液的動力學整體穩定性集中分布在2 個區域，其中大豆油、菜籽油和花生油的乳狀液穩定性較差，而氧化大豆油的整體穩定性相對較好。

值得一提的是，配置完成的乳狀液在放置1~2 d后，發生了不同程度的絮凝現象。以結論來說，只有氧化大豆油乳狀液未發生絮凝，這一點與圖2 所反映出來的結果類似，均表明了在同樣的配比與操作條件下，氧化大豆油乳狀液具有更優秀的整體動力學穩定性。

2.2 乳液黏度

乳狀液黏度測試統計圖見圖3。

圖3 乳狀液黏度測試統計圖

由圖3 可知，氧化大豆油乳狀液的黏度相比于其他3 個乳狀液系統有明顯區別。根據Stokes 公式可知，乳狀液液滴的沉降速度與連續相的黏度呈反比[9]。乳狀液顆粒在真空中沉降不受任何阻力，只受重力作用而呈自由落體運動，但是在水中沉降時，除重力作用外還受與重力作用相反的黏滯阻力的作用。換言之，黏滯阻力會阻止乳狀液顆粒的沉降作用，而沉降速度在一方面又能夠反映出乳液體系的穩定性。沉降速度越快，表明乳狀液體系越容易分層，越不穩定。故黏度較高的氧化油脂乳狀液，其穩定性較好，這一點上與多分散光穩定性檢測儀所得結論相同。

2.3 乳液粒徑

乳狀液粒徑測試記錄表2。

表2 乳狀液粒徑測試記錄

由表2 可知，所制成的4 種乳狀液中，氧化大豆油乳狀液的粒徑最小。排除偶然因素所造成的試驗誤差以外，較為可能的原因是大豆油氧化時，一部分大分子的脂肪酸顆粒被分解為酮、醛、酸、醇、環氧化物等小分子顆粒[10]。因此，導致其乳化液粒徑相比于其他未經過氧化的油料來說小得多。

同時，把乳狀液顆粒粒徑與乳狀液分散相黏度相比較，可得到粒徑與黏度呈反相關關系的結論。在理論上也有證據支持這一說法。黏度系數有很多影響因子，但終究與分子間作用力有關系。在大分子被打散、分解成粒徑更小的顆粒時，表面積增大，分子與分子間摩擦的面積增大，范德華力加強，且形成氫鍵的機會增加，這就增大了分子運動所需要克服的阻力，所以黏度會呈現顯著上升[11]。

大豆油與花生油的乳狀液平均粒徑較為接近，而菜籽油的平均粒徑更大一些，PDI 值也較高，這可能與菜籽油所采用的型號有關。所采購的邦淇100%純香壓榨菜籽油僅僅只是三級油，未經過脫色、脫臭處理，所含雜質較多，所以PDI 值較高。

2.4 乳液Zeta 電位

乳狀液電位測試記錄見表3。

表3 乳狀液電位測試記錄

通常，Zeta 電位越高，雙電層越厚，而雙電層的存在與其厚度是體現溶液穩定性的一個重要因素。由表3 可知，油脂和水形成的乳狀液顆粒表面存在大量的負電荷，乳液電位均在-30 mV 以上，且多次測量結果相差較小，表現出較好的穩定性。Zeta 電位絕對值的變化趨勢與黏度所示的結果呈現出一致性，都是氧化大豆油乳液（43.27 mV） >花生油乳液（38.63 mV） >菜籽油乳液（38.07 mV） >大豆油乳液（37.13 mV），但總體來說，除了氧化大豆油乳狀液的Zeta 電位相對較高之外，其余3 種油料形成的乳狀液電位相差不大，可認為在除去試驗誤差的情況下，在穩定性上并沒有本質上的差別。

2.5 油脂乳液對細胞可能產生的影響

油脂成千上萬，其內部脂肪酸成分含量不一，部分油脂的功能性又極強。但是，為了研究油脂對細胞會產生的影響，往往需要配置乳液，經過剪切、均質后才能將其粒徑縮小至300 nm 以下，使得在實驗室培養時細胞能夠順利吸收油脂。

若進行動物喂養試驗，則可直接喂食油脂制品，乳化只是為了提高動物的接受能力與消化吸收、提高油脂利用率和降低生產成本。

在農業生產中，由于初生豬仔的消化系統尚未發育完全，對飼糧中營養成分的消化吸收較差，因此農戶常在豬仔飼料中添加油脂，可預防豬仔營養攝入不足的問題。鐘翔等人[12]在大豆油和油脂粉的試驗中已證明，在28 日齡豬仔的飼料中添加油脂粉末可顯著增加其生產性能，降低飼料成本。在此基礎上Cera K R 等人[13]報道，在生產性能添加效果方面，椰子油>大豆油>玉米油>豬油。而鄭荷花等人[14]和蔡銳芳等人[15]的試驗結果都表明，添加乳化油脂能降低仔豬腹瀉率，提高飼料利用率并增加豬仔生產性能。李君榮等人[16]的乳化油脂小鼠喂養試驗表明，添加乳化油脂飼料的質量比顯著低于正常添加油脂的飼料，且小鼠血清中的TC 和HDL-C 濃度顯著提高，回腸小腸絨毛長度發生顯著增加。

而另一個探究氧化油脂帶來的副作用的案例是以王永慶[17]為代表的關于氧化大豆油作為飼料添加劑對團頭魴（Megalobrama amblycephala） 肝臟的損傷探究。結果表明，飼料中添加氧化油脂會使團頭魴的生命周期縮短、活躍度降低，同時對團頭魴肝臟的蛋白質轉錄翻譯階段脂質代謝功能造成損傷，以及對其體內肝臟和腸道的生理結構造成一定程度的破壞。同時，江南大學食品學院曾經進行過氧化油脂喂養小鼠的試驗，成功證明了氧化油脂可以特異性地誘導動物脂肪肝的形成和發生。

3 結論

經過多項測試手段，證明了不同品種的普通油脂的乳化穩定性、粒徑大小、黏度、電位均沒有顯著的差異。氧化油脂的乳狀液相對普通油脂來說穩定性較好、黏度較高，達到了8.07 mPa/s，粒徑顯著低于其他普通食用油，電位則沒有顯著區別。此外，試驗驗證了超聲波細胞破碎機在乳狀液制取時替代高壓均質機的各項優勢，為今后研究乳狀液的性質提供了一種簡便可行的方法。同時，制得的乳狀液也完全適用于細胞培養方面。