不同食用油脂乳化特性的研究

罗 颖，李有栋

（扬州大学食品科学与工程学院，江苏扬州 225009）

0 引言

油脂由2 个部分构成——油和脂肪，一般而言脂肪在室温下呈固态或半固态，室温下呈液态的就叫做油[1]。从化学成分上来讲，油脂都是高级脂肪酸与甘油形成的酯类物质，也是烃的衍生物。由于生成的环境复杂、体系多变，自然界中的油脂都是多种物质的复杂混合物，其内部主要化学成分是由1 个甘油分子与3 个高级脂肪酸分子相互脱水缩合而形成的酯，所以又被称作甘油三酯[2]。

乳状液是一种液体以小颗粒的形式均匀分散在不能与其互相混溶的另一种液体中而形成的分散体系。乳状液根据其混合比例与浓度，一般不透明或半透明，在颜色上呈乳白色或是其他独特的颜色，其液滴直径大多在0.1 nm 到10 μm 之间[3]。蛋白质中既含有极性成分又含有非极性成分，即同时具有亲水和亲油的性质，当其在油-水界面发生聚集时，能显著降低其表面张力，发生乳化作用，促进形成油- 水乳状液分散体系。乳清蛋白（Whey protein）是一种从牛奶中提取的蛋白质，具有营养价值高、易转化为自身营养素、含有多种对人体有益的活性化学成分等优势，是公认的人体优质蛋白质补充剂之一[4]。除了营养功能外，良好的乳化性、起泡性、胶凝性也是乳清蛋白的特点之一，在食品加工中常常使用乳清蛋白作为乳化液制作时的乳化剂、发泡剂等。乳清蛋白的分子量较低，平均在20 kU，当其与油滴混合时，彼此相互作用包埋，形成均一体系，从而表现出良好的乳化稳定性。

氧化油脂是造成代谢综合征的重要因素，因此系统分析和研究氧化脂质对脂质代谢的影响，对比氧化油脂与普通油脂对脂质运载体系作用的区别，将为研究对机体功能和健康性能的影响打下基础。探究油脂种类对油脂-蛋白质水溶液乳化体系的影响，且对比氧化油脂与非氧化油脂在形成乳液时理化性质的区别是有必要的。以体外模型研究氧化油脂与体内运载系统中的载体蛋白质的相互作用，探讨脂质和氧化脂质对该乳化体系的影响作用。主要从以下2 个方面进行：首先，利用不同类型的油脂制备乳化体系，测定以蛋白质为基础的体系的基本性质，如乳化稳定性、水合粒径大小等；其次，利用氧化脂质同样观察分析并比较测定对该体系的影响。结合乳化体系中各组分对乳化体系的影响，进一步测定对生物吸收和利用的可能作用，预测氧化脂质对机体脂质代谢的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

金龙鱼大豆油（一级），益海（泰州） 粮油工业有限公司提供；邦淇100%浓香压榨菜籽油（三级），陕西石羊邦淇食品有限公司提供；鲁花5S 压榨花生油（一级），常熟鲁花食用油有限公司提供；分离乳清蛋白（80%），上海源叶生物科技有限公司提供；氧化大豆油，实验室自制。

90-2 型恒温定时磁力搅拌器，上海沪西分析仪器厂有限公司产品；T18 digital 型ULTRA-TURRAX高速分散机，艾卡（广州） 仪器设备有限公司产品；AH-2010 型高压均质机，加拿大SEEKER 工业公司产品；SCIENTZ-ⅡD 型超声波细胞粉碎机，宁波新芝生物科技股份有限公司产品；FiveEasy Plus pH 型台式测量仪，梅特勒-托利多国际贸易（上海） 有限公司产品；Turbiscan LAB 型多重光散射仪，北京朗迪森科技有限公司产品；Omni 型多角度粒度与高灵敏度Zeta 电位分析仪，美国布鲁克海文仪器公司产品；Nano ZS 型马尔文纳米粒度电位仪，英国马尔文仪器公司产品；DV2T 型旋转黏度计，美国Brook-Fileld 公司产品。

油料脂肪酸大致组成见表1。

表1 油料脂肪酸大致组成/%

1.2 试验方法

1.2.1 乳液配制

根据姚磊等人[5]的研究，在乳清蛋白作为乳化剂时，油脂最佳含量为25%，蛋白质溶液含量为1%。然而徐志宏等人[6]的试验表明，乳清蛋白乳化性临界点为1.4%，其所对应的乳化能力为77.9%。因此，再综合参考崔健等人[7]的研究，改善工艺后，得出乳液配置的方案。

乳状液由1%的乳清蛋白水溶液与植物油按3∶1的比例混合制成。称量5 g 乳清蛋白，加入495 mL 去离子水中，于恒温定时磁力搅拌器上匀速搅拌1 h 形成质量分数为1%的乳清蛋白溶液，以便多次取用。根据不同的需求，按比例量取乳清蛋白溶液与油脂，混合后再匀速搅拌10 min。然后使用高速分散机以转速13 500 r/min 分散2 min（每30 s 停30 s，停下时将杯壁上附着的油脂颗粒刮下）。再将所得的液体放入超声波细胞粉碎机中粉碎5 min，参数设置为常温，每3 s 停3 s，粉碎完毕后即可制成乳状液。

1.2.2 乳液稳定性和黏度检测

利用Turbiscan LAB 型多重光散射仪进行稳定性检测。该方法分析的样品粒径范围宽泛，粒子尺寸从0.1 μm 到1 mm 均可检测，其待测样液的最大浓度可以达到95%。首先，打开Turbiscan LAB 型多重光散射仪与电脑，用一次性胶头滴管将待测液准确吸至瓶中，直至液面与瓶架相平；然后，盖好盖，按仪器上的Open 按钮，小心地将小瓶移入槽内，按Close 按钮；最后，打开电脑上的Turbisoft 软件，新建算法，键入参数，开始进行多重光散射稳定性检测，1 h 后自动保存数据。

使用DV2T 型旋转黏度计，进行黏度检测。

1.2.3 乳状液粒径检测

使用Omni 多角度粒度与高灵敏度Zeta 电位分析仪进行粒径检测。

将分光液槽用去离子水清洗，再用待测液润洗，然后把待测液装入分光液槽中，擦干外表面，盖上盖子和滑板；打开BIC Particle Solution 软件，新建方法，设置参数，开始粒径检测。

1.2.4 乳状液Zeta 电位检测

使用Nano ZS 型马尔文纳米粒度电位仪进行Zeta电位检测。

将待测样品稀释至半透明或透明状态（通常是100 或200 倍，该试验稀释200 倍），使用去离子水将电位池清洗干净，用待测液润洗3 次，再用待测液将电位池注满，保证电位池中无气泡。将电位池的塞子塞上后擦干电位池；打开电脑与仪器，将电位池插入槽中；打开DTS 软件，新建方法，设置参数，开始测量。

分散粒子的实际直径越小，乳状液内部分子之间的作用力可抵抗粒子相互聚集成团，粒子团和粒子团之间的排斥力超过了吸引力，Zeta 电位的绝对值越高，整个乳状液体系越趋于稳定。反之，溶液体系越倾向于凝结与凝聚，整体的分散体系容易被破坏，Zeta 电位的绝对值就越低。需注意的是，Zeta电位绝对值代表分散系稳定性的优劣，而正负则代表粒子附带何种电荷。

Zeta 电位与胶体稳定性的关系见图1。

图1 Zeta 电位与胶体稳定性的关系

2 结果与分析

2.1 乳液稳定性

乳状液是一种多相分散体系，其分散相与连续相之间必然具有液－液界面，因而存在着界面自由能。随着乳化过程的进行，两相之间不断混匀，这就造成了油－水界面总面积的增加，所以体系的界面自由能也随之增加。这表明乳化过程是热力学不自发的过程，ΔG>0，需要从外界获取能量。乳状液液滴在互相碰撞时合并，则油－水界面面积缩小，体系界面自由能下降过程，属于热力学自发的过程，ΔG<0，不需要外界对体系做功。因此，乳状液是热力学不稳定体系，总会有自动发生分层、絮凝的倾向。然而，如果乳状液内部粒子团与粒子团之间的合并速度较慢，则可认为乳状液具有一定的相对稳定性，不容易发生分层或絮凝。

随着乳化剂的加入，油－水界面张力不断降低，因而也降低了乳化时能量的消耗，从另一个角度来说，也减小了乳状液体系自动分层或絮凝的趋势，能促进体系的乳化过程，使乳状液更加稳定。但表面活性剂降低界面张力更重要的一个作用是在油-水界面上形成定向单分子层，根据吉布斯吸附公式，界面张力越低，表面活性剂在界面上的吸附量越大，定向单分子层在界面上排列越紧密，界面膜的强度越大，从而导致乳状液越加稳定[8]。

乳状液动力学整体稳定性折线统计图见图2。

图2 乳状液动力学整体稳定性折线统计图

由图2 可知，随着时间推移，最终4 个乳状液的动力学整体稳定性集中分布在2 个区域，其中大豆油、菜籽油和花生油的乳状液稳定性较差，而氧化大豆油的整体稳定性相对较好。

值得一提的是，配置完成的乳状液在放置1~2 d后，发生了不同程度的絮凝现象。以结论来说，只有氧化大豆油乳状液未发生絮凝，这一点与图2 所反映出来的结果类似，均表明了在同样的配比与操作条件下，氧化大豆油乳状液具有更优秀的整体动力学稳定性。

2.2 乳液黏度

乳状液黏度测试统计图见图3。

图3 乳状液黏度测试统计图

由图3 可知，氧化大豆油乳状液的黏度相比于其他3 个乳状液系统有明显区别。根据Stokes 公式可知，乳状液液滴的沉降速度与连续相的黏度呈反比[9]。乳状液颗粒在真空中沉降不受任何阻力，只受重力作用而呈自由落体运动，但是在水中沉降时，除重力作用外还受与重力作用相反的黏滞阻力的作用。换言之，黏滞阻力会阻止乳状液颗粒的沉降作用，而沉降速度在一方面又能够反映出乳液体系的稳定性。沉降速度越快，表明乳状液体系越容易分层，越不稳定。故黏度较高的氧化油脂乳状液，其稳定性较好，这一点上与多分散光稳定性检测仪所得结论相同。

2.3 乳液粒径

乳状液粒径测试记录表2。

表2 乳状液粒径测试记录

由表2 可知，所制成的4 种乳状液中，氧化大豆油乳状液的粒径最小。排除偶然因素所造成的试验误差以外，较为可能的原因是大豆油氧化时，一部分大分子的脂肪酸颗粒被分解为酮、醛、酸、醇、环氧化物等小分子颗粒[10]。因此，导致其乳化液粒径相比于其他未经过氧化的油料来说小得多。

同时，把乳状液颗粒粒径与乳状液分散相黏度相比较，可得到粒径与黏度呈反相关关系的结论。在理论上也有证据支持这一说法。黏度系数有很多影响因子，但终究与分子间作用力有关系。在大分子被打散、分解成粒径更小的颗粒时，表面积增大，分子与分子间摩擦的面积增大，范德华力加强，且形成氢键的机会增加，这就增大了分子运动所需要克服的阻力，所以黏度会呈现显著上升[11]。

大豆油与花生油的乳状液平均粒径较为接近，而菜籽油的平均粒径更大一些，PDI 值也较高，这可能与菜籽油所采用的型号有关。所采购的邦淇100%纯香压榨菜籽油仅仅只是三级油，未经过脱色、脱臭处理，所含杂质较多，所以PDI 值较高。

2.4 乳液Zeta 电位

乳状液电位测试记录见表3。

表3 乳状液电位测试记录

通常，Zeta 电位越高，双电层越厚，而双电层的存在与其厚度是体现溶液稳定性的一个重要因素。由表3 可知，油脂和水形成的乳状液颗粒表面存在大量的负电荷，乳液电位均在-30 mV 以上，且多次测量结果相差较小，表现出较好的稳定性。Zeta 电位绝对值的变化趋势与黏度所示的结果呈现出一致性，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），但总体来说，除了氧化大豆油乳状液的Zeta 电位相对较高之外，其余3 种油料形成的乳状液电位相差不大，可认为在除去试验误差的情况下，在稳定性上并没有本质上的差别。

2.5 油脂乳液对细胞可能产生的影响

油脂成千上万，其内部脂肪酸成分含量不一，部分油脂的功能性又极强。但是，为了研究油脂对细胞会产生的影响，往往需要配置乳液，经过剪切、均质后才能将其粒径缩小至300 nm 以下，使得在实验室培养时细胞能够顺利吸收油脂。

若进行动物喂养试验，则可直接喂食油脂制品，乳化只是为了提高动物的接受能力与消化吸收、提高油脂利用率和降低生产成本。

在农业生产中，由于初生猪仔的消化系统尚未发育完全，对饲粮中营养成分的消化吸收较差，因此农户常在猪仔饲料中添加油脂，可预防猪仔营养摄入不足的问题。钟翔等人[12]在大豆油和油脂粉的试验中已证明，在28 日龄猪仔的饲料中添加油脂粉末可显著增加其生产性能，降低饲料成本。在此基础上Cera K R 等人[13]报道，在生产性能添加效果方面，椰子油>大豆油>玉米油>猪油。而郑荷花等人[14]和蔡锐芳等人[15]的试验结果都表明，添加乳化油脂能降低仔猪腹泻率，提高饲料利用率并增加猪仔生产性能。李君荣等人[16]的乳化油脂小鼠喂养试验表明，添加乳化油脂饲料的质量比显著低于正常添加油脂的饲料，且小鼠血清中的TC 和HDL-C 浓度显著提高，回肠小肠绒毛长度发生显著增加。

而另一个探究氧化油脂带来的副作用的案例是以王永庆[17]为代表的关于氧化大豆油作为饲料添加剂对团头鲂（Megalobrama amblycephala） 肝脏的损伤探究。结果表明，饲料中添加氧化油脂会使团头鲂的生命周期缩短、活跃度降低，同时对团头鲂肝脏的蛋白质转录翻译阶段脂质代谢功能造成损伤，以及对其体内肝脏和肠道的生理结构造成一定程度的破坏。同时，江南大学食品学院曾经进行过氧化油脂喂养小鼠的试验，成功证明了氧化油脂可以特异性地诱导动物脂肪肝的形成和发生。

3 结论

经过多项测试手段，证明了不同品种的普通油脂的乳化稳定性、粒径大小、黏度、电位均没有显著的差异。氧化油脂的乳状液相对普通油脂来说稳定性较好、黏度较高，达到了8.07 mPa/s，粒径显著低于其他普通食用油，电位则没有显著区别。此外，试验验证了超声波细胞破碎机在乳状液制取时替代高压均质机的各项优势，为今后研究乳状液的性质提供了一种简便可行的方法。同时，制得的乳状液也完全适用于细胞培养方面。