1、葡萄糖氧化酶在食品工業的應用及進展食品級水包油型乳狀液的研究進展楊雷 仇丹 王佐楊 湯成科（寧波工程學院，浙江 寧波315016）摘 要：本文綜述了食品級水包油型乳狀液的制備方法、分析評價技術以及影響乳狀液穩定性的影響因素，結合自身研究集中展示了學界在此領域取得的諸多進展，進而促進乳狀液技術的更大應用。關鍵詞：水包油型乳狀液；制備；分析；穩定性乳狀液是由兩種（或兩種以上）完全不互溶（或部分互溶）的液體所形成的分散系統。乳狀液一般分為兩種類型：一類為油分散在水中，稱為水包油型，用符號O/W表示；另一類為水分散在油中，稱為油包水型，用符號W/O表示。目前，乳狀液在食品和飲料行業中的應用越來越廣泛，

2、除了常規的奶油食品、色拉調味品、蛋白醬和肉類乳狀液外，很多功能性物質（如營養素、香精、色素、抗菌劑、保健品等）也被制成O/W乳狀液，用于在食品中的穩定儲存和使用。在實際的應用中，人們希望通過相對簡單的工藝（混合、剪切、均質等）將功能性物質制成微乳狀液（粒徑小于50 nm）或納米乳狀液（粒徑小于100 nm），如Rao等1將這兩類乳狀液與常規乳狀液（粒徑大于100 nm）相比，發現更小的粒徑會顯著提高功能性物質的生物利用度，同時由于對光散射行為的不同，導致較常規乳狀液更透明。食品級O/W乳狀液盡管性能卓越，但也會遇到諸多技術瓶頸。首先很多表面活性劑因安全性考慮而不能使用，或只能使用極少的限量；其

3、次，針對特定的油相物質和使用條件，乳狀液的制備工藝和儲存穩定性有待深入研究；第三，盡管高能量的乳化過程可制成細分散的乳狀液，但如果油相化學穩定性差，就會遇到乳化過程與有效物穩定性的矛盾。基于上述原因，本文將從食品級O/W型乳狀液的制備、分析和影響穩定性的因素三個方面著手，綜述近年來學界在此領域取得的諸多進展，以助于乳狀液技術的研究與應用。1 食品級O/W乳狀液的制備1.1 乳化劑可用于制備食品級O/W乳狀液的乳化劑大致可分為天然高分子乳化劑和小分子表面活性劑兩大類。天然高分子乳化劑主要有辛烯基琥珀酸淀粉酯（Starch Octenylsucciniate，簡稱OS淀粉）、阿拉伯膠、酪蛋白等，小

4、分子表面活性劑主要有蔗糖酯、司盤（span）和吐溫（tween）系列等。OS淀粉是淀粉與辛烯基琥珀酸酐（Octenyl Succinic Anhydride，簡稱OSA）在一定條件反應制得的，是一種具有親水親油性質的變性淀粉。OS淀粉在酸性、堿性溶液中均具有較好的穩定性，它穩定的乳狀液即使長時間儲存在低溫環境下也能表現出極高的穩定性。在乳狀液體系中，它可吸附在油水界面上，大幅降低油水的界面張力，由于空間位阻效應，使該乳化體系擁有很好的穩定性。如Dokic等2利用OS淀粉穩定O/W乳狀液時，發現OS淀粉有助于乳狀液的形成和改善其穩定性，通過降低其界面張力使油滴周圍形成保護層，從而防止聚集，提高其

5、穩定性。阿拉伯膠有著復雜的分子結構，包括樹膠醛糖、半乳糖、葡萄糖醛酸等，其核心部分是帶支鏈的-（1,3）半乳糖主鏈。其良好的乳化特性和親水親油性決定了它特別適合于水包油型乳化體系，同時它具有降低溶液表面張力的作用，因而經常被用于做乳化穩定劑。Rezvani等3就探究了阿拉伯膠穩定的乳狀液的性質，發現用阿拉伯膠穩定的乳狀液能形成薄膜防止擊穿，并且由于空間位阻效應延緩聚結，從而提高乳狀液的穩定性。酪蛋白由、和酪蛋白組成，是牛奶中的主要蛋白質。在乳狀液中以酪蛋白磷酸鈣絡合物的形式存在，能自行聚合成膠束。其分子中的親水親油基團使它具有良好的乳化特性，作為乳化劑時，由于蛋白層水化作用及表面覆蓋作用，使液

6、滴之間的空間排斥增強進而提高乳狀液的乳化穩定性。Tan等4發現以酪蛋白為基礎的乳狀液因靜電和空間穩定作用具有長期穩定性，油-水增容性質決定了其良好的乳化穩定性。蔗糖酯全稱蔗糖脂肪酸酯（Sugar Esters，簡稱SE），以蔗糖為原料在適當的反應體系中與脂肪酸反應而成。它是一種以蔗糖的羥基為親水基，脂肪鏈的碳鏈部分為親油基的乳化劑；司盤又叫失水山梨醇脂肪酸酯，是W/O型乳化劑，具有很強的乳化作用；吐溫是司盤和環氧乙烷的縮合物，常作為O/W性乳化劑，吐溫較司盤乳化性稍弱。綜上可知，乳化劑一般都具有親水親油基團，可被吸附在油-水界面上，從而改進界面膜的機械性能，提高乳狀液的穩定性。1.2 制備方法

7、對于一般的食品級O/W乳狀液，制備過程通常是將乳化對象配成油相，將乳化劑溶于水成為水相，然后將油相傾入水相中并進行各種處理，包括簡單熱處理、剪切分散、均質和超高壓均質等。簡單熱處理方法制備乳狀液非常方便，但是用該方法制得的乳狀液穩定性差，所以一般只在理論中研究分析。如Wu等5利用I-角叉菜膠溶液和大豆油在室溫下混合，磁力攪拌30分鐘，再置于密封試劑瓶中，按照固定溫度（30、60、90和120 ）的溫度持續升溫30 min，最后利用冰水回復至室溫，然后對其zeta電位和光散射進行分析。結果顯示，熱處理制備的乳狀液穩定性顯著差于其它制備方法，說明簡單熱處理過程不足以使乳化劑充分乳化穩定油相物質。剪

8、切分散是實驗室制備乳狀液的常規手段，市場上有多種不同類型的高速剪切乳化機，它們能夠高效、快速、均勻地使油相進入到水相，當外部能量輸入時，兩種物料重組成為均一相；乳化泵由于轉子高速旋轉所產生的切線速度和高頻機械效應帶來的強勁動能，使物料在定、轉子狹窄的間隙中受到強烈的機械剪切、離心擠壓、液層摩擦、撞擊撕裂和湍流等綜合作用，最終形成乳狀液。如Karaman等6將配好的混合物經13000 rpm的轉速下高速剪切2 min制得乳狀液，發現高速剪切能有效地破壞油相絮凝作用，從而有效的提高乳狀液的穩定性。不過，利用高剪切乳化機制備的乳狀液的均勻性不是太好，總會有少量未完全乳化的物料，因此，在實際使用過程中

9、，高剪切乳化機制得的乳狀液（一般稱之為粗乳液）還需進一步處理。均質7是食品行業生產中另一項常用技術，通過均質將物料在擠壓、強沖擊與失壓膨脹的三重作用下細化，從而使物料能更均勻地相互混合，一般粗乳液經過均質處理后，就能達到實際使用的要求。高壓均質機是目前乳狀液的通用設備，意大利Niro、丹麥APV等型號的均質機應用較多。均質過程一般都可以將有效物制成常規乳狀液，但遇到熔點高、難乳化的物質，或是需要粒徑達到更小的水平時，就顯示出了技術的缺陷。超高壓均質是近年來興起的乳化技術，其典型代表就是美國MFIC高壓微射流納米均質機(Microfluidizer)。與一般高壓均質機相比，高壓微射流納米均質機利

10、用流體高速流過交互容腔是產生的高剪切、高碰撞和空穴效應將物料分散，而高壓均質機主要是利用碰撞的效應，其剪切力很小；兩者在相同的壓力條件下，微射流納米均質機的分散效果更好，所以能得到更為均勻的顆粒。如Chen等8利用Microfluidizer在62 MPa的壓力下循環16次制得粒度在110 nm左右的維生素E乳狀液，發現較普通均質產品具有更好的透明度以及更好的穩定性。乳狀液的制備在研究過程中是必備要素，只有制得乳化完全又細分散的乳狀液，才能用于其它方面的研究，如不同因素對乳狀液的影響等。2 食品級O/W乳狀液的分析技術評價食品級O/W乳狀液需要用到眾多分析手段，粒度、穩定性、流變性能、粘度、z

11、eta-電位、濁度、光學表征、界面張力等均是評價乳狀液性能的重要方法。下文將重點介紹分析粒度、穩定性、流變性能的原理和應用。2.1 粒度分析分析乳狀液的粒徑分布是評價乳狀液的有效手段，目前測量粒徑的方法有很多種，如篩分法、沉降法、顯微鏡法、激光粒度測量法、庫爾特全自動顆粒粒徑分析、顆粒計數器分析、電感應法等，其中激光粒度測量法在實驗室研究中應用較為廣泛。激光粒度分析儀的分析原理是利用顆粒對光的散射（衍射）現象測量顆粒大小的，即光在行進過程中遇到障礙物偏離原方向，通過偏離量的測定得出粒徑的大小，其常用型號是馬爾文激光粒度分析儀。如Kuhn等9就使用馬爾文激光粒度分析儀來進行粒度的評價分析，他們將

12、0.1 ml的乳狀液稀釋到150 ml的水中，測試發現由高壓均質制得的乳狀液粒度大小在1 m左右，并且粒度隨著壓力的增大而減小；孫術國等10同樣使用馬爾文粒度分析儀來測定乳狀液貯藏兩周的粒度變化率，以此來評價乳狀液的穩定性，其分析測得乳狀液的粒度變化率都在1%以內，說明該乳狀液具有較好的穩定性。粒度的大小與分布對乳狀液的粘度、穩定性、成膜性和應用性能均有影響，因而是控制乳狀液質量的重要指標。2.2 乳狀液的穩定性分析評價乳狀液穩定性的方法有人工測定和穩定性分析儀測定等方法。曾有文獻提到過兩種人工測定方法，一種為取10毫升乳狀液于管中，在5 下貯藏數月，定期用肉眼觀察，并記錄存儲時間以及可見的上

13、層清油層高度，計算出其體積，再與乳狀液初始體積相比11。另一種方法為取10毫升乳狀液在440 g下離心5分鐘，記錄上清液的體積12。但是這些方法存在較大的誤差，不能很好地分析評價乳狀液的穩定性。在國際國內穩定性分析市場上的穩定性分析儀主要有兩種，一種是法國Formulaction公司生產的全能穩定性分析儀（Turbsican），另一種為德國Lum公司生產的Lumi穩定性分析儀。這2種方法均為非結構破壞性測量，其中Turbsican應用更為普遍。Turbsican采用多重光散射原理，重力靜置垂直掃描模式，定性定量的分析乳狀液在非破壞、無接觸樣品的情況下，垂直掃描模式的穩定性，采用Turbsica

14、n能分析最高濃度達95%，粒度在50 nm到1000 m之間的樣品。Jourdaina等13通過比較馬爾文激光粒度分析儀和Turbsican分析得到的粒度之間的關系，區分油滴聚集是否可逆，從而判定乳狀液的穩定性；Rao等7在研究熱處理對乳狀液穩定性影響時，利用了此方法進行了穩定性的評價，在研究中，他們利用此方法直接獲得了熱處理前后乳狀液的穩定性數據，這表明，該方法更有利于直觀的獲得乳狀液穩定性的相關數據，更有利于我們對乳狀液的穩定性分析。穩定性分析儀相對于人工測量法更準確、迅速，因而更有實際應用價值。2.3 乳狀液的流變性能分析流變性能是指物質在外界作用下變形和流動的性質。早期流變性的研究主要

15、是經驗性的測定，如產品在自身質量下其流動性、鋪展性和碎裂性的研究。隨著研究活動的深入，越來越多的儀器如顯微鏡、超聲儀、核磁共振以及流變儀等被應用到流變性能的測量當中，其中流變儀的應用最為廣泛。流變儀主要有四種：旋轉流變儀、毛細管流變儀、轉矩流變儀和界面流變儀。界面流變儀的應用較為常見，其主要作用形式是振蕩剪切。如Melito等14就應用了大振幅振蕩剪切（LAOS）分析評價乳狀液的流變性能。LAOS是通過施加大振幅的正弦剪切應變，得到非正弦的應力響應，然后進行Fourier變換或應力分解等處理，較全面地反映樣品的流變性能； Chanamai等15用同心圓筒動態剪切流變儀來測量阿拉伯膠和改性淀粉穩

16、定的飲料乳狀液的流變性能，發現在30 s-1的速率下連續預剪切30秒，穩定3 min，剪切應力從0增加到3 Pa，同時利用表觀粘度來確定乳狀液的流變性能；Lopez-Sanchez等16利用應力控制流變儀來測量樣品流變性，整個反應控制溫度在20 的條件下，穩定5 min后在100 s-1的速率下預剪切60 s，隨后在頻率為1 Hz時從0.01到300%應變力的條件下進行應變掃描。粘度作為流體的固有物理屬性，在實際應用常用此來表現乳狀液的流變性，而剪切速率直接影響乳狀液的粘度，因而在研究流變性能的同時應考慮到剪切速率的重要影響。3 影響食品級O/W乳狀液穩定性的因素乳狀液一般遵循相分離的斯托克斯

17、(Stockes)公式:其中：分散液滴沉降速率，m/s；1：分散相密度，g/m3；2：連續相密度，g/m3；D：分散液滴顆粒直徑，m；：連續相粘度，cp。由此可見，粘度、密度差和空間位阻均是影響乳化液穩定性的重要原因。此外，界面膜強度、zeta-電位、pH值、溫度、離子濃度以及不同乳化劑和乳化對象的性質也會影響乳狀液的穩定，下文將重點介紹pH值、溫度以及離子濃度對食品級O/W乳狀液穩定性的影響。3.1 pH值對乳狀液穩定性的影響pH值的變化致使液滴帶一定量的電荷，而帶不同電荷量的液滴之間的排斥力與吸引力是不同的，其大小關系決定了液滴的絮凝程度，粒度也將發生一定程度的變化，因此乳狀液的穩定性受p

18、H值的影響。Tantana等17研究膠原纖維的乳化性能時發現pH值為3.5時，乳狀液由于靜電作用表現出較高的穩定性，并且乳狀液的穩定性隨著pH值升高而增強；Rao等7發現不同pH值導致蔗糖棕櫚酸酯膠體的分散和結構存在差異，初始階段納米乳狀液呈均勻不透明狀，微乳液呈均勻透明狀，隨著儲存時間的延長，兩種O/W乳狀液在酸和堿性環境中明顯地表現出不穩定性，出現平均粒徑的驟增和相分離現象；Jourdaina等13在研究酪蛋白酸鈉和硫酸葡聚糖穩定的乳狀液時，發現當pH值從6降到2時粒度明顯增大且光學顯微鏡下可觀察到明顯的聚集現象，而當pH值遠低于等電點時，在含有酪蛋白的系統中聚集過程變得不可逆。3.2 溫

19、度對乳狀液穩定性的影響溫度影響乳狀液穩定性的原因主要有兩方面，一是溫度升高增加了乳化劑的溶解度，由于熱運動的增強，乳狀液界面膜強度和水滴聚并阻力減小，從而穩定性降低；另一方面，分子間的內聚力隨著溫度的升高而減小，油相的粘度降低，增加了油水的密度差，利于水滴的聚結，導致乳狀液穩定性下降。Rao等1在利用蔗糖單棕櫚酸酯與檸檬油制備食品級微乳液、納米乳液與常規乳狀液時，發現納米乳液在5 下儲存28天，納米乳液的平均粒度輕微改變而微乳液出現凝膠現象；在25 下儲存28天的納米乳狀液的平均粒度由110 nm增長至130 nm，但微乳液的粒度未出現大量增長； 40 時納米乳狀液與微乳液均呈現高度不穩定性。

20、Wu等2發現隨著溫度的升高，乳狀液的電荷量量減小，使得乳狀液的穩定性下降，尤其當溫度超過120 時穩定性急劇下降；Qian等18將乳狀液樣品在中性條件于5、20、37和55 的條件下儲存15天，結果顯示儲存溫度越高，乳狀液中各組分的含量降低得越快，同時粒度大小增加得越明顯，顏色變化越大，乳狀液的穩定性越低。 3.3 離子濃度對乳狀液穩定性的影響離子濃度如氯化鈉、氯化鈣等均對乳狀液的穩定性有一定的影響。乳化劑遇離子可能與之交聯、變性，改變其分子結構，進而導致乳化劑的乳化能力下降，使乳狀液的穩定性下降；當然，離子也可能改變乳化對象的結構變化造成乳狀液的穩定性變化，如Bortnowska19在研究雙

21、乙酰和-蒎烯乳狀液時，發現NaCl濃度增大使得雙乙酰乳狀液的穩定性下降，但對-蒎烯乳狀液的穩定性卻有促進作用，且這種現象與乳化劑種類無關。不過在實際研究中，離子對常規乳化劑穩定的食品級O/W乳狀液的影響大都并不顯著。如Sang等20在控制pH值、溫度相同的條件下改變NaCl的濃度，發現對于利用OS淀粉穩定的乳狀液，離子濃度對其的影響并不大；Lim等21在pH值為3.5的時候研究了離子濃度對以OS淀粉作為乳化劑的乳狀液穩定性的影響，通過在室溫20 的條件下添加0-500 mM的NaCl后儲存2天，研究發現粒度穩定在0.19 m左右，說明離子濃度對乳狀液穩定性的影響不大。4 結語目前食品級O/W乳

22、狀液的應用愈加廣泛，各種研究論著層出不窮。本文主要講述了食品級O/W乳狀液的制備方法、分析評價技術以及影響穩定性的因素，集中展示了食品級O/W乳狀液技術近年來取得的諸多研究進展，為國內外同行在這些方面提供了有益借鑒，同時希望能幫助人們更加全面地認識乳狀液。參考文獻：1 Rao J, McClements D J. Formation of flavor oil microemulsions, nanoemulsions and emulsions: influence of composition and preparation method J. Journal of Agriculture

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