芥末油纳米乳液的制备及对酱油风味的影响

王慧蓉，张 慜*， 刘亚萍

（1.江南大学 食品学院，江苏 无锡 214122；2.广东嘉豪食品有限公司，广东 中山 528447）

纳米乳液是一种粒径介于10～100 nm的乳液，呈半透明状[1]，基于纳米液滴之间的空间稳定机制，纳米乳液具有比传统乳液更好的热力学稳定性，相对于微乳，纳米乳在温度和稀释这两方面的稳定性也更有优势，这种特性对于最终产品的应用具有很重要的意义[1-2]。在过去的20年里，纳米乳化技术已迅速发展为食品行业中最有前途的技术之一，他的这些特性使其具有了显著改善许多功能性成分溶解度和生物利用度的潜力[3]，比如相关文献对类胡萝卜素、多不饱和脂肪酸和植物固醇的报道[4]。

芥末精油是从十字花科植物芥菜的种子中提取出的天然植物精油，主要成分是异硫氰酸酯（Isothiocyanate， ITCs）， 其中异硫氰酸烯丙酯（Allyl isothiocyanate，AITC）所占比例最大，是由存在于芥菜子中的黑芥子酶水解硫代葡萄糖苷得到的[5-6]。芥末精油具有催泪性的强烈刺激性辣味，对味觉、嗅觉均有刺激作用，味道十分独特，是日常生活中重要的佐餐调味料，解腻爽口，常用于海鲜和凉拌菜中，具有去腥杀菌作用，它能刺激胃液和唾液的分泌，有增强食欲的功效[7]。但由于芥末精油是挥发性精油，在贮藏中容易挥发、氧化或水解而导致损失变质，使得添加芥末油的食品（如芥末酱、芥末沙拉、芥末调味汁等）保存期达不到预期效果，且纯芥末精油具有强烈刺激性气味，为日常使用带来诸多不便。而且，国内对芥末产品的需求很多是从日本进口，成本比较高[8]。针对这些情况本文将利用纳米乳化技术，将芥末油制备成一种高稳定性的O/W型芥末精油纳米乳液，并对其配方进行优化，纳米乳化技术不仅能够改善芥末精油的水溶性，还能提高芥末精油在贮藏过程中的稳定性，其强刺激性也得以改善，从而扩大在食品中的应用范围。本文将利用两种先进的味觉分析手段对芥末油纳米乳液加入到酱油原油中对其风味产生的影响进行分析，为芥末油纳米乳液在调味品中的应用提供可行性依据。

1 材料与方法

1.1 材料

芥末精油：广东嘉豪食品有限公司提供；大豆油：金龙鱼精炼一级大豆油；吐温80：分析纯，上海国药集团沪试；大豆卵磷脂：上海国药集团沃凯；乙醇：分析纯，上海国药集团沪试；酱油原油：广东嘉豪食品有限公司提供。

1.2 仪器与设备

超高压均质机（HPH2000/4-SH5；IKA；Staufen，德国）；磁力搅拌仪：多角度纳米粒度激光仪（Nano Brook Omni，纽约，美国）；冷冻离心机（Sigma 2-16PK，SIGMA，德国）；气相色谱串联质谱联用仪（1200L/GC-MS-MS，美国瓦里安公司，美国）；电子鼻 （iNose，上海昂申智能科技有限公司，上海，中国）。

1.3 试验方法

1.3.1 芥末油纳米乳液制备方法 前期预试验已优化乳液制备工艺，包括关键工艺高压均质的压力和均质次数，以及每个部分配方的加入顺序，成熟的制备工艺如图1所示。

图1 芥末油纳米乳液制备工艺Fig.1 Technical process of preparation of mustard essential oil nanoemulsion

1.3.2 离心稳定性测定 取30 mL的乳液倒入50 mL塑料瓶，用盖密封后在15℃、5 000 r/min条件下离心20 min。观察相分离、上浮物和沉淀的情况。

1.3.3 ITCs质量分数测定 ITCs是芥末风味的主要来源，也是各种芥末产品中最不稳定成分，其稳定性是芥末风味保持的关键[9]，故本试验以异硫氰酸酯的存留率作为评价乳液配方优劣的关键指标。其含量测定方法如下：

芥末油纳米乳液中的异硫氰酸酯与已知浓度的过量哌啶的丙酮溶液发生均相反应，生成相应的硫脲。用盐酸溶液滴定过量的哌啶，计算出消耗掉的标准盐酸体积，从而求出与异硫氰酸酯反应掉的哌啶的量，ITCs的质量分数的计算公式为[10]

式中：N1为哌啶溶液质量分数，N2为标准盐酸溶液质量分数，V1为测定时加入的哌啶溶液的体积，V2为滴定时所消耗掉的标准盐酸溶液体积，V0为芥末油的取样体积，00.099为1 mg当量的ITCs的克数。

ITCs第28天的存留率，即第28天样品中ITCs百分含量与第1天的比值。

1.3.4 正交试验法优化芥末油纳米乳液配方 在前期单因素试验的基础上，以在37℃第28天ITCs存留率为主要评价指标，采用L9（33）正交表，研究吐温80与大豆卵磷脂质量比、芥末油与大豆油质量比，以及油相质量分数为影响因素。正交试验的因素水平如表1所示。

表1 正交试验因素与水平Table 1 Factors and level in the orthogonal design

1.3.5 芥末油纳米乳液对酱油系列产品风味的影响 在正交优化试验的基础上找出最优配方，并按最优配方制备出样品，将该样品在国家食品添加剂标 准 （GB2760—2011，2760） 的 范 围 内 ， 以10，20，30，40 g/kg的比例将纳米乳液添加到嘉豪公司提供的酱油原油体系中，编号分别为 1，2，3，4。对产品进行高速离心后观察是否有相分离、上浮物和沉淀的现象。同时结合电子鼻味觉分析系统对1，2，3，4样品和酱油原油进行风味分析，选取4号样品与酱油原油通过GC-MS技术进行风味物质对比分析。

1.3.6 GC-MS风味分析 GC条件。色谱柱：TRACE TR-50（30 cm×0.25 mm×0.25 μm）；升温程序：初始温度40℃，保持3 min，然后以5℃/min升温至90℃，最后以10℃/min升温至230℃保持7min；进样口和检测器温度均为250℃；载气为He，流速0.8 mL/min。

MS条件。EI电离源；离子源温度：200℃；电子轰击能量：70 eV；界面温度：250℃。

1.3.7 电子鼻风味分析 电子鼻条件。样品气体流量0.7 L/min，不同样品进样前清洗240 s，进样等待时间10 s，检测时间180 s，平行样品间清洗时间60 s，每个样品测定4个平行，取3次较好的结果。使用S1—S14，14个金属氧化物传感器（表2）阵列进行测定。

2 结果与分析

2.1 正交试验法优化芥末油纳米乳液配方

由前期单因素试验知，复合乳化剂比单独乳化剂更利于乳液的稳定性，加入适量大豆油及适量提高油相质量分数有利于ITCs的保留，在此基础上，利用正交试验设计的结果如表3所示。

表2 电子鼻中不同传感器代表的风味成分Table 2 Flavor components represented by different sensors in electronic nose

表3 L9（33）正交试验结果Table 3 Results of L9（33） orthogonal experiments

由表3可以看出，各因素的影响顺序为：C＞A＞B，即油相质量分数＞吐温80与大豆卵磷脂质量比例＞芥末油与大豆油质量比例。在本试验工艺条件下最佳配方组合为A1B2C2，即使用正交优化后所得最优配方为吐温80与大豆卵磷脂质量比例为1.5∶1，芥末油与大豆油质量比例为2∶1，油相添加质量分数为8%，进行验证试验，制备3组芥末油纳米乳液，所得样品第28天ITCs存留率分别为82.8%，83.2%，82.3%，平均值为82.8%，存留率高，样品具有比前期试验更好的稳定性，验证了此配方的可行性。

2.2 芥末油纳米乳液对食品风味影响

2.2.1 GC-MS风味成分分析 本试验中使用的酱油原油为广东嘉豪食品公司用于制备各种调味汁的一种基础半成品，应公司要求，本试验在酱油原油的基础上进一步调配，加入芥末油纳米乳液，开发一种新型芥末调味汁产品，芥末油纳米乳液则作为该种产品的最主要芥末风味供体，复配后的新产品在长期贮藏过程中及高速离心后未出现上浮，沉淀以及分层现象，说明该乳液与酱油原油具有良好的互溶性。

根据GC-MS对酱油原油及对加入芥末油纳米乳液后的样品进行风味对比，由表4及图2数据可知，酱油原油中本身含有丰富的风味物质，比例最大的为乙基麦芽酚、亚硝基甲烷。加入芥末油纳米乳液，对酱油原油的风味影响较大，异硫氰酸烯丙酯、2-硫氰酸烯丙酯成为主要风味成分，该两种成分为芥末中典型风味物质，可见，芥末油纳米乳液是一种良好的芥末风味供体。但是，亦可看出酱油原油中的一些风味在加入芥末油纳米乳液后检测值变小或消失，说明芥末油纳米乳液的风味比较强烈，酱油中原有的一些风味被掩盖，这与芥末油纳米乳液添加量较大有关。在后期调配中可根据需求，适当降低乳液的加入量，以达到更好的效果。

2.2.2 电子鼻风味成分分析 电子鼻目前主要采用的数据分析方法有主成分分析法（PCA）[11-12]，线性判别分析（LDA）[13]，判别分析（DFA）[14-16]等，其中PCA呈现的是两维散点图，显示第一主成分和第二成分的贡献率，贡献率越大，说明主要成分可以较好地反映原来多指标的信息。LDA分类效果相对较好，与主成分分析法同时使用可达到更好的分析效果。这两种方法在电子鼻气味分析领域已取得良好效果[16-17]，因此本试验主要采用PCA和LDA，同时结合雷达图进行分析。

由雷达图（图3）可知，传感器S1（氨类、氮氧化合物，低分子胺类）、S2（硫化物类，异硫氰酸酯等）、S5（萜类、酯类、吡嗪类等香气成分）、S8（VOC，挥发性有机化合物类）响应值较大，其中样品间差异最显著的是S2，异硫氰酸酯类对S2敏感，随着芥末油纳米乳液添加量的增加 （酱油原油＜1＜2＜3＜4），S2响应值逐渐增大，S2差异显著说明芥末油纳米乳液的添加量对酱油原油的风味有显著影响。

表4 酱油原油在加入芥末油纳米乳液前后的成分对比Table 4 Flavor substances of soybean sauces without（control） and with （sample） nanoemulsion addition

续表4

图2 酱油原油在加入芥末油纳米乳液前后的成分对比Fig.2 Flavor substances of soybean sauces without（control） and with （sample） nanoemulsion addition

图3 不同乳液添加量对酱油原油风味影响的电子鼻雷达响应图Fig.3 Response radar plot of electronic nose to soybean with different content of nanoemulsions

图4为不同乳液添加量对酱油原油风味影响的主成分分析图，图 4（a）是将图 4（b）中的酱油由去离子水代替，进行主成分分析。图4（a）中第一主成分占比为98.2%，说明异硫氰酸酯对风味的贡献起主导作用，且随着芥末油纳米乳液含量的增加（样品 1′＜样品 2′＜样品 3′＜样品 4′），样品向主成分值变大的方向移动，DI值为92.0%，区分明显（一般认为DI值大于80%即为区分效果非常理想，DI值越大表示区分效果越理想[18]），说明异硫氰酸酯的含量可作为乳液样品区分的标准；图4（b）中第一主成分比例相对较低为60.3%，第二主成分为21.3%也占有一定比例，DI值为79.7%，区分效果明显小于图4（a），说明酱油的风味在新的样品中起到了重要的作用，在一定程度上柔化了芥末油纳米乳液提供的芥末风味，使样品间的区分度变小，说明新的样品兼具芥末和酱油原有的风味。判别函数（图5）可以根据差异将样品1～4与酱油原油明显区分在两个区间，说明加入芥末油纳米乳液的样品是与酱油原油区分明显的新型风味体系。

图4 不同乳液添加量对酱油原油风味影响的主成分分析图Fig.4 PCA plot of soybean with different content of nanoemulsions

图5 不同乳液添加量对酱油原油风味影响的判别函数分析图Fig.5 LDA plot of soybean with different content of nanoemulsions

通过以上分析，可知芥末油纳米乳液可以在保持酱油原油原有风味的基础上，添加芥末的风味，芥末油纳米乳液作为一种易溶于水且性质稳定的风味供体，可与酱油原油类似的各种调味汁进行复配，这为新型的芥末调味汁的开发提供了一种方便且成本低廉的基础调味产品。

3 结 语

本试验在前期单因素的基础上，以吐温80和卵磷脂质量比例（A）、芥末油与大豆油的质量比例（B）、油相质量分数（C）为影响因素，37℃贮藏 28 d后ITCs存留率为主要评价指标，利用L9（33）正交试验法优化芥末油纳米乳液的配方。结果表明，各因素的影响顺序为：C＞A＞B，即油相质量分数＞吐温80与大豆卵磷脂质量比例＞芥末油与大豆油质量比例，在本试验工艺条件下最佳配方组合为A1B2C2，芥末油纳米乳液最佳工艺配方为吐温80∶卵磷脂质量比为 1.5∶1，芥末油∶大豆油质量比为 2∶1，油相质量分数8%，在此条件下进行验证试验，所得样品第28天ITCs存留率平均值为82.8%。

芥末油纳米乳液与酱油原油具有良好互溶性，复配后对新产品风味产生显著影响，能够为其提供强烈的芥末风味。可根据食品调味需要，在（GB2760—2011，2760）范围内，适量添加芥末油纳米乳液，在保持原有基础调味汁风味的基础上，为其提供稳定的芥末风味，达到良好的效果。