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植物笛醇含量對油水界面張力的影響

來源:中國食品學(xué)報 瀏覽 246 次 發(fā)布時間:2024-08-23

摘要:植物甾醇(PS)具有不溶于水,難溶于油的特性,構(gòu)建水包油(O/W)型納米乳液是目前提升其生物利用度、感官品質(zhì)的常見方法,然而其乳化作用對O/W型納米乳液的穩(wěn)定機(jī)制尚未得到關(guān)注。本研究構(gòu)建了荷載不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的植物甾醇(0.1%,0.5%,0.9%)的納米乳液(PSN),系統(tǒng)探究了PS濃度對油-水界面張力,以及乳液的微觀結(jié)構(gòu)、粒徑、ζ-電位、儲藏穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性以及消化特性的影響。


材料與試劑


植物笛醇(β-谷笛醇含量92.5%,菜油笛醇含量6.3%,豆笛醇0.8%,菜籽笛醇0.1%),宜春大海龜生命科學(xué)有限公司;玉米油,益海嘉里糧油食品有限公司;磷脂(磷脂酰膽堿含量≥20%),美國Sigma-Aldrich公司;吐溫-80,上海麥克林生化科技股份有限公司;硫代巴比妥酸、1,1,3,3-四乙氧基丙烷,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;人工胃液、人工小腸液,上海源葉生物科技有限公司;其它試劑均為分析純級。


試驗(yàn)方法


植物笛醇納米乳液的制備


將磷脂加入玉米油中,50℃攪拌30min,充分溶解后,加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(1.0%,5.0%,9.0%)的PS,70℃攪拌30min得到油相,待用。將吐溫-80加人純水中,室溫攪拌30min,得到水相。將水相加熱至70℃,與油相9:1(m/m)混合,8000r/min剪切3min,得到粗乳液,然后于400Bar條件下均質(zhì)3次,每次3min,最終得到PSN。


納米乳液制備條件優(yōu)化


考察磷脂、吐溫-80濃度對納米乳液制備的影響??刂扑嘀型聹?80質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%,測定磷脂在油相中質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.0%,3.0%,5.0%,7.0%,9.0%時,制備的納米乳液的粒徑、PDI、動力學(xué)不穩(wěn)定性;控制油相中磷脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%,測定吐溫-80在水相中質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%時,制備的納米乳液的粒徑、PDI、動力學(xué)不穩(wěn)定性。1.3.3粒徑、電位、PDI的測定使用ZetasizerNano ZSP測定納米乳液的粒徑、電位、多分散系數(shù)(PDI)。將樣品溶液用超純水稀釋100倍,于室溫下測定顆粒平均粒徑、PDI及-電位。設(shè)定測量參數(shù):樣品折射率為1.471;分散劑折射率為1.330。


界面張力的測定


界面張力的測定參考許楊楊等的方法并有所修改,將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PS(1.0%,5.0%,9.0%)溶解于玉米油中,使用超純水作為水相,研究PS濃度對油水間界面張力的影響。檢測系統(tǒng)為OCA20視頻光學(xué)接觸角測量儀。


首先,將連接在毛細(xì)管上的不銹鋼針(外徑為1.65mm)插人盛有油相的玻璃槽內(nèi)。將針尖端放置在光源和相機(jī)(CCD)之間的光學(xué)平板上。然后用自動進(jìn)樣單元將10μL的樣品推送至針尖上并形成完整的滴形。CCD攝像系統(tǒng)立即持續(xù)地采集液滴的外形輪廓變化,測試時維持油相溫度60℃,盡量避免外界振動的干擾。據(jù)Young-Laplace方程算出界面張力(精確至0.01mN/m)。


植物笛醇含量對油水界面張力的影響

制備不同PS質(zhì)量分?jǐn)?shù)(1.0%,5.0%,9.0%)的油相,探究PS濃度對油-水界面張力的影響,如圖1所示??瞻讓φ战M中,油-水初始界面張力由20.14mN/m降至11.51mN/m;在質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%~9.0%范圍內(nèi),油-水界面張力隨著PS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而降低,9.0%PS對界面張力的降低最為明顯,其界面張力降為7.56mN/m(圖1a)。Rossi等研究表明由于β-谷笛醇化學(xué)結(jié)構(gòu)中具有疏水性稠環(huán)骨架和極性羥基,具有輕微的兩親性,能夠與油水界面的水相和油相相互作用,與本試驗(yàn)中留醇可降低油水界面張力的結(jié)果相互印證。圖1b為水滴在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PS油相中的形貌。PS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1.0%時,液滴表面光滑,而質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%時,液滴界面逐漸分布大量結(jié)晶,說明更多的PS分子傾向于移動至界面處聚集結(jié)晶;隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步提高至9.0%,液滴表面覆滿針狀結(jié)晶,并且形態(tài)變得不規(guī)則。Engel等的研究表明界面處水相的存在會誘導(dǎo)PS結(jié)晶,由此推測在適當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)下,PS可部分聚集在乳液油水界面形成近似“Pickering"乳液的形式,進(jìn)而起到穩(wěn)定、防止液滴聚集的作用。Zychowski等的研究同樣發(fā)現(xiàn),一定PS濃度下,乳液液滴表面可能會形成以PS為主的界面組成;而當(dāng)PS濃度過高時,過量的結(jié)晶可能會破壞液滴形態(tài),進(jìn)而導(dǎo)致乳液的粒徑變大及穩(wěn)定性下降。


結(jié)果


PS可降低油-水界面張力,并可在界面處形成部分結(jié)晶,影響PSN的物化穩(wěn)定性;制得的PSN粒徑為165.3~247.2 nm,ζ-電位范圍為-24.3~-28.4 mV,隨著PS濃度的增加逐漸增大;4℃儲存28 d,0.1%PSN及0.5%PSN均可保持良好的穩(wěn)定性,然而在60℃儲存條件下,0.9%PSN表現(xiàn)出最優(yōu)的動力學(xué)穩(wěn)定性。此外,加速氧化試驗(yàn)及消化試驗(yàn)的結(jié)果均顯示,較高濃度的PS可有效抑制乳液中的脂質(zhì)氧化以及游離脂肪酸的釋放(<31.41%)。本研究結(jié)果可為PS功能性食品或輔料的精準(zhǔn)開發(fā)提供較好的理論參考。


結(jié)論


本研究系統(tǒng)地探究了不同PS質(zhì)量分?jǐn)?shù)對納飽和濃度過飽和濃度米乳液物化性質(zhì)、穩(wěn)定性、消化特性的影響。結(jié)果表明,PS可改變油水界面的張力,并在界面處形成兩親的非結(jié)晶態(tài)及結(jié)晶態(tài),共同影響乳液體系的穩(wěn)定機(jī)制,另外,結(jié)晶區(qū)域的“阻隔”作用,可抑制脂質(zhì)氧化反應(yīng)的發(fā)生及模擬胃腸液消化過程中游離脂肪酸的釋放。本研究為開發(fā)高生物利用度、穩(wěn)定性的PS功能性食品或輔料提供理論支持。