《食品科学》：浙江工业大学冯思敏副教授等：乳化剂和共乳化剂组成对亚麻籽油纳米乳液氧化稳定性的影响

  亚麻籽油富含 ω-3多不饱和脂肪酸，特别是 α-亚麻酸。亚麻籽油可通过细胞-细胞相互作用、细胞信号等预防和治疗糖尿病、心血管疾病、神经系统性疾病等。 然而， ω -3多不饱和脂肪酸非常容易氧化产生脂质氢过氧化物。 通过将亚麻籽油包封在不同形式的包封系统中，可以有效提升其生物利用度，减少其难闻的气味 。 与单壁材料相比，大豆分离蛋白（SPI）-壳聚糖复合壁材料明显提高了藻类油微胶囊的包埋率和氧化稳定性。 辛烯基琥珀酸淀粉酯（SSOS）是一种常见的酯化变性淀粉，具有两亲性，常被当作乳化、增稠剂使用。

  浙江工业大学食品科学与工程学院田奕彤、李银汇、冯思敏*等人 旨在探索SSOS和SPI作为乳化剂和共乳化剂包埋亚麻籽油，并对纳米乳液的最佳工艺进行探究，讨论乳化剂组成对亚麻籽油氧化稳定性的影响规律。通过离心稳定常数测定、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、差示扫描量热（DSC）法、傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析和乳液加速氧化分析等物理化学方法，比较不同共乳化剂比率对纳米乳液粒径、包埋率和氧化稳定性的影响。

  如图1所示，随着超声功率的增大，纳米乳液的K e 值在400～800 W之间有下降趋势，但数值变化不大，当超声功率800 W以上时，K e 值显著增大（图1A）。这是由于乳液颗粒的大小与输入的能量有关。在较高的超声能量下处理纳米乳液可以更有效地分解液滴。然而，超声处理的持续增加会导致乳液聚集加速，这被称为“过度处理”。图1B显示，K e 值随着SSOS的增加而减小。然而，在食品制造业中并不推荐使用高比例的表面活性剂。以1∶1.5芯壁比制备的纳米乳液在保存45 d后无显著的分层（如乳液静置图所示），图1C显示随着加工时间的延长，K e 值变化很小。同时脉冲模式对K e 值的影响很小（图1D）。因此，超声制备纳米乳液的最佳条件为超声功率600 W、芯壁比1∶1.5、脉冲模式8 s、加工时间20 min。

  如表1所示，随着SPI的比例从0%增加到33.3%，平均粒径从（218.1±3.9）nm明显地增加到（244.0±3.0）nm，Zeta 电位从（-38.2±0.3）mV 明显降低到（-67.2±3.0）mV。当Zeta电位的绝对值大于30 mV时，认为系统相对来说比较稳定；绝对值越大，系统就越稳定。随着在pH 7环境加入SPI，此时SPI和SSOS均带负电荷，两者通过两亲性吸附在油水界面，而高静电排斥力可以有效的预防乳液滴之间的聚集。

  SPI和SSOS结合形成的界面导致了较大的粒径。然而，当SPI从1/3（LS）增加到2/3（HS）时，平均粒径和Zeta电位没有显著变化。这是因为芯壁比控制在1∶1.5。随着SPI比例的增加，PDI首先从0.128±0.029增加到0.196±0.032，然后显著下降到0.100±0.057。SPI与SSOS之间的静电斥力导致了PDI的增加。随着更多的SPI吸附在纳米乳液界面，可能会形成致密的蛋白层，然后与SSOS达到平衡。PDI为多分散性指数，PDI越小，纳米乳液的粒径分布越窄、越集中。PDI小于0.20，说明纳米乳液的粒径分布相对集中。表1还显示，3 个样本的包埋率均在（74.6±4.2）%～（79.2±0.8）%左右，无显著性差异。与扁豆蛋白（最高包埋率为62.8%）或乳清分离蛋白、海藻酸钠和麦芽糊精组合（最高包埋率为63.70%）纳米乳液相比，包埋率相比来说较高。根据结果得出，以SSOS为乳化剂SPI为共乳化剂的纳米乳液能较好地包埋亚麻籽油。

  如图2A所示，三者的宏观外观无显著差异，均呈现乳白色。3 种纳米乳液的扫描电镜分析如图2B所示，纳米乳液的粒径约为250 nm，而NS的粒径略小于LS、HS。此外，LS（图2B 2 ）和HS（图2B 3 ）之间的粒径没有显著差异，这也与表1结果一致。

  如图3所示，SSOS曲线 个主要的吸收峰，峰值温度（T p ）分别为148.91 ℃（峰1）和178.59 ℃（峰2）（表2）。峰值1可能是SSOS中水分蒸发形成的脱水峰值。峰的脱水温度高于100 ℃，这是由于SSOS分子与水分子之间的氢键等结合力造成。峰2为SSOS的熔化吸热峰。在NS样品中，只观察到熔化的吸热峰（T p =154.73 ℃）。NS样品的焓值（25.09 J/g）低于SSOS样品的焓值（33.90 J/g）（表2）。在HS和LS样品中，特征峰分别改变为124.21 ℃和142.05 ℃，焓值分别降低到23.54 J/g和25.57 J/g。SPI和SSOS都有明显的主吸收峰，但是在HS和LS样品中，两者的特征峰被完全抑制（图3），这说明乳液的包埋效果良好。纳米颗粒拥有非常良好的热力学稳定性，升温过程对颗粒的破坏性较小。

  如图4所示，在3000～3700 cm -1 处的宽衍射峰与羟基有关。对应水分子羟基基团的对称和反对称伸缩振动峰，说明通过冷冻干燥制备的粉体中残留有水分子（或羟基基团），而亚麻籽油在3000 cm -1 以上无显著的吸收峰，这是典型的脂肪酸酯结构。1024 cm -1 处为SSOS的特征峰，其透过率的响应值符合3 种粉体中所含SSOS比例的增减规律。SPI在1657 cm -1 和1535 cm -1 处吸收峰与酰胺和酰胺II有关，这是蛋白质的特征峰。与SPI相比，纳米颗粒的酰胺和酰胺II（1650、1547 cm -1 ）的振动强度略有变化，表明SSOS、SPI和亚麻籽油之间有相互作用。3009 cm -1 吸收峰与亚麻籽油的双键有关，1750 cm -1 处为酯基存在的证明，此处亚麻籽油的吸收峰最大，其余3 个样品的响应值均小于亚麻籽油的峰，说明乳液的包埋效果良好；3010 cm -1 处和710 cm -1 处的吸收峰与双键有关，特别是710 cm -1 处可以观察到3 种粉末样品吸收峰明显小于亚麻籽油的吸收峰，说明乳液的包埋效果良好。

  脂质氧化会影响产品的保质期，损害产品的质量。氧化反应若发生，它就会产生自由基并在链式反应中传播。为了研究亚麻籽油在纳米乳液中的氧化稳定性，本研究分别用PV和TBARS值表征初级和次级氧化产物的生成量。

  从图5A能够准确的看出，NS和HS的初始氧化状态的PV（（0.29±0.04）mg/kg和（0.12±0.01）mg/kg）明显高于散装油样品。据推测，是因为超声处理过程中发生了氧浸润，并促进了脂质氧化。超声乳化的作用机制是空化机制，空化过程中产生的空化泡崩溃时会产生局部高温和高压，这可能会加速体系的氧化反应，因此导致纳米乳液的PV更高。如图5A所示，NS的PV波动最剧烈，在加速氧化过程的第3天达到峰值（（7.72±0.47）mg/kg），远高于散装油样品的PV（（1.68±0.03）mg/kg）。说明单一乳化剂的纳米乳液反而促进了氧化，油乳液中脂质氧化通常比散装油更早、更快，因为界面区域促进了油与氧气的接触。在纳米乳液中单位界面面积较大，增加了油相对水相中溶解氧的可及性，从而促进了氧化。在加速氧化过程中，HS的PV明显低于散装油（第1～3天）。LS的PV（（1.30±0.03）mg/kg）在第1天明显低于散装油（（1.99±0.05）mg/kg），但在第3天无显著差异。这些现象表明，SSOS作为单一乳化剂能够在一定程度上促进纳米乳液的氧化，而SPI作为共乳化剂的加入可以剂量依赖性地增加纳米乳液的氧化稳定性。除HS外，其他纳米乳液的PV随氧化时间的延长而先增加然后减小。PV的降低可能是由于初级氧化产物（氢过氧化物）的不稳定性和进一步的氧化形成次级氧化产物造成。随着共乳化剂SPI的加入，氧化作用的减少可能归因于防止亚麻籽油获取氧自由基。在油水界面添加了SPI后，乳液的PV和TBARS值均有显而易见地下降，推测为SPI和SSOS产生了某种相互作用并形成了复合界面。单一乳化剂时，纳米乳液由于比表面积较大，增加了亚麻油与油水界面氧气接触的机会，促进了氧化。而加入SPI后，SPI通过氢键等非共价键作用力与SSOS形成共聚物水化膜，降低了氧气透过性，抑制了亚麻油与水的接触，从而减缓氧化；此外聚合物层降低了油-水界面处的界面张力，从而抑制液滴聚集，防止亚麻籽油渗出乳液体系，起到稳定乳液的作用。

  与PV相似，NS和LS的TBARS值随着氧化时间的延长而先增加，然后减小（图5B）。而HS组和散装油组的TBARS值则持续不断的增加。NS的TBARS值波动最明显，在第3天达到峰值（（41.84±9.62）mmol/kg），远高于同一天的散装油样品（（4.43±0.41）mmol/kg）。这也表明，用SSOS封装的纳米乳液具有促进氧化的作用。在次级氧化产物的生成阶段，HS和LS的TBARS值均低于NS。HS（（4.03±2.08）mmol/kg）和LS（（2.98±0.24）mmol/kg）的最高TBARS值均低于散装油的最高TBARS值（（5.70±0.14）mmol/kg）。TBARS的根据结果得出，加入SPI可以减缓氧化速率，这与PV的结果一致。

  研究确定了不同比率乳化剂和共乳化剂在气-水界面上的接触角。SSOS接触角在70.30 ° ～71.59 ° 之间（图6A），而SPI接触角在92.6 ° ～94.8 ° 之间（图6B），表明SPI的疏水性优于SSOS，两者均可作为乳液稳定剂。通过改变SSOS与SPI的比值，能调整混合乳化剂的接触角。随着SPI的增加，混合乳化剂的接触角分别从70 ° ～72 ° 增加到79.7 ° ～80.0 ° 和83.8 ° ～86.4 ° 。随着SPI的加入，SPI通过氢键等非共价键作用力吸附在SSOS表明产生水化膜，随着混合乳化剂的疏水性增加，有效阻止了氧自由基从水相环境向乳液内部的传质递送，从而防止了氧自由基与亚麻籽油的接触，从而大幅度的提升了油的氧化稳定性。

  以SSOS为乳化剂，SPI为共乳化剂，采用超声乳化法制备了亚麻籽油纳米乳液。超声功率、芯壁比、处理时间对纳米乳液的分布都有影响，最佳条件为超声功率600 W、芯壁比1∶1.5、脉冲模式8 s、处理时间20 min。扫描电镜、DSC和FTIR分析根据结果得出，亚麻籽油包埋效果良好。随着SPI的加入，纳米乳液的氧化稳定性大幅度的提升。这是因为随着SPI的加入，混合乳化剂的疏水性增加，防止了亚麻籽油接触氧自由基，来提升了亚麻籽油在纳米乳液中的氧化稳定性。本研究为提高亚麻籽油的水溶性和氧化稳定性提供了一条新的途径。延长了亚麻籽油货架期，促进亚麻籽油工业化开发和其他应用领域拓展。