菜籽粕中的表面活性物質在牛脂乳液中的乳化特性研究

張　華，　梁成云

(延邊大學農學院食品科學系，吉林 延吉 133002)

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菜籽粕中的表面活性物質在牛脂乳液中的乳化特性研究

(延邊大學農學院食品科學系，吉林 延吉 133002)

摘要：以柱層析法過濾后的牛脂為油相，采用超臨界CO2萃取技術提取菜籽粕表面活性物質，通過差示掃描量熱法確定牛脂乳液保存溫度，再采用粒子大小變化和動力學方法對牛脂乳液進行穩定性研究并對菜籽粕在乳液中的氧化特性進行評價。結果表明：菜籽粕提取物乳化活性為1.53，在牛脂乳液中菜籽粕提取物適宜添加范圍為0.4%～0.5%；添加了菜籽粕表面活性物質的牛脂乳液30 d的過氧化值變化為2.06～8.12 mEq/L乳液。

關鍵詞：菜籽粕；提取物；牛脂；乳液；穩定性

食品乳化劑即表面活性物質可使互不相容的油水兩相降低界面張力，形成均勻分散體或乳化體[1]。但是隨著時間的推移，食品乳液會出現一系列的不穩定現象，包括油析和乳析，絮凝和聚結[2]。為降低食品乳液的不穩定現象，可選擇適當的表面活性劑，檢測其最適含量。常用食品乳化劑包括硬脂酰乳酸鈉(ssl)、硬脂酰乳酸鈣(csl)、雙乙酰酒石酸單甘油酯(datem)、蔗糖脂肪酯(se)、蒸餾單甘酯(dmg)、磷脂(lecithin)等，其中，磷脂是天然提取物，可廣泛應用于食品行業[3]。

磷脂是天然的乳化劑，但不是一種單純物質，包括磷脂酰膽堿、磷脂酰膽胺和神經鞘磷脂等。磷脂也是組成生物膜的主要成分，另外還具有促進脂肪代謝，防治脂肪肝，降低血清膽固醇，改善血液循環,預防心血管疾病的作用[4]。通常磷脂從蛋黃或大豆中獲取，蛋黃中提取的磷脂耐熱且pH適用范圍廣，但價格昂貴，應用在食品中受限制，因此，一般利用大豆磷脂[5]。除了大豆以外，植物磷脂大部分存在于油料種子，研究表明，菜籽粕油料中含有磷脂含量約1.5 wt%～3.6 wt%，與普遍應用的大豆中磷脂含量1.1%～3.0%相似[6]。

我國是油菜生產大國，而且我國雙底(低芥酸、低硫甙)油菜品種的產量也逐步提高。雙底菜籽除了應用在肥料或飼料以外，國外還利用于生物柴油的制作以及化妝品的原材料，應用于食品、醫藥及工業[7]。據研究表明，Temelli F[8]利用超臨界CO2研究了油菜中磷脂的提取方法，Kim[9]等人利用超臨界CO2和乙醇溶液，研究了如何提取脫脂油菜粕表面活性物質，并利用響應面方法推導最優條件，檢測了磷脂、糖脂、中性脂的含量。目前國內只有對菜籽中表面活性物質提取的研究，還沒有研究者對其乳化性質進行深入研究。因此，為提高菜籽粕附加值，利用超臨界CO2提取菜籽粕中的表面活性物質，該試驗研究了不同濃度菜籽粕提取物在牛脂乳液中的物理穩定性及化學穩定性。

1材料與方法

1.1材料與試劑

活性碳、氧化鋁、硅膠、Tween20均為市售，甲醇、丁醇、正己烷為分析純。硫氰酸銨，氯化鋇二水合物，三氯乙酸在sigma(美國)公司購買。

1.2儀器與設備

超臨界CO2萃取儀、高壓均質機(M-110Y，Microfluidics，美國)，Mastersizer S激光粒度分析儀(英國馬爾文儀器公司)，紫外分光光度計(UV-1700日本)，高速離心機(GT16-3，北京)，旋轉蒸發儀(RE-5250上海)，Turbiscan(Formulaction Co., 法國)。

1.3方法

1.3.1菜籽粕表面活性物質提取

根據Lee等的方法設定，以超臨界CO2提取條件：壓力35 MPa，溫度65 ℃，輔助溶劑為乙醇250 g，二氧化碳的流速6 L/min，時間2 h，提取表面活性劑，其次利用旋轉蒸發儀除去溶劑[10]。

1.3.2柱層析法脫除生育酚

20 g原料油稀釋于80 mL正己烷，通過3.5 g活性炭-20 g氧化鋁-20 g硅膠自制柱子，除去單甘脂、甘油二酯及生育酚。通過薄層板(展開溶劑為正己烷∶乙醚∶冰醋酸=50∶50∶1)確認無單甘脂、甘油二酯[11]，利用氣相分析了通過活性炭-氧化鋁-硅膠柱前后原料油的脂肪酸組成[12]，生育酚含量利用高校液相分析[13]。

1.3.3差示掃描量熱法(differential scanning calorimetry，DSC)

稱取樣品6～7 mg，放置DSC儀器，先升溫至80 ℃并保溫10 min，再極冷10 ℃/min內至-60 ℃保持10 min，再以5 ℃/min升溫至80 ℃，畫出固體脂肪系數(Solid fat index，SFI)曲線。

1.3.4乳液制備

油相使用了通過活性炭-氧化鋁-硅膠柱的牛脂，水相使用了20 mM bis-tris緩沖溶液(pH值7)，乳化劑利用Tween20和菜籽粕表面活性物質，氧化劑使用兒茶素進行對照試驗。先將菜籽粕表面活性物質在沸水浴中溶于油相和水相，待完全溶解后，在乳化均質機下(5 000 r/min)預乳化，再經高壓均質機均質2次(2 000 psi-500 psi)，制成乳液(表1)。

表1　制作牛脂乳液條件

1.3.5乳液物理穩定性測定

乳液粒子大小測定：利用激光粒度分析儀檢測粒子表面平均面積d32/μm。牛脂乳狀液粒徑變化率/%=[(d1-d0)/d0]×100越大，乳狀液越不穩定[14]。

d32=∑di3ni/∑di2ni

式中，di:直徑；ni：粒子個數。

乳化劑的活性(EA)和牛脂乳液的穩定性(ES)根據Lima[15]等的方法測定。乳化劑活性是制作牛脂乳化系統后0 min的吸光度(540 nm)。牛脂乳化系統穩定性是在3 000 r/min離心機中離心1 h，每15 min取1次樣，用5 mL緩沖溶液稀釋20 μL牛脂乳液樣品，在540 nm紫外分光光度計吸光值，以速度式計算出的斜率。

d(EA)/dt=-kd(EA)

In(EA/EA0)=-Kd×t

式中，t為時間；kd為濁度變化常熟。

ES=-1/kd

Turbiscan分析儀檢測不同條件制作牛脂乳液溫度控制在45 ℃，獲得探測器透過樣品的投射光和被樣品反射的反射光，基于Lambert-Beer定律、米氏理論和Stokes公式衍生的沉淀定律，可以得到濃縮液體系中顆粒的遷移速率。

1.3.6乳液氧化特性

測定乳液一級氧化產物的方法可利用Mei等的方法[16]。先提取乳液里的氫過氧化物，根據氫過氧化物在酸性條件下可將Fe2+氧化成Fe3+，Fe3+再與硫氰酸鹽反應生成紅色的硫氰酸鐵絡合物的原理通過測定硫氰酸鐵的吸光度直接確定乳狀液的一級氧化產物。

1.3.7統計分析

采用F檢驗法以及SPSS16.0軟件中的Duncan檢驗對差異顯著的數據進行多重比較(P<0.05)。

2結果與分析

2.1牛脂脂肪酸組成和生育酚含量

表2表示制作牛脂乳液時使用的油相通過活性炭-氧化鋁-硅膠柱前后的脂肪酸組成和生育酚含量。柱層析前油相脂肪酸含量為4.2%肉豆蔻酸(C14∶0)、1.4%肉豆蔻烯酸(C14∶1)、26.7%棕櫚酸(C16∶0)、5.8%棕櫚烯酸(C16∶1)、12.8%硬脂酸(C18∶0)、48.1%油酸(C18∶1)、1.0%亞油酸(C18∶2)，主要脂肪酸為亞油酸。柱層析后不飽和脂肪酸含量為56.7%，飽和脂肪酸含量為43.3%，與過柱前不飽和脂肪酸含量(56.3%)，飽和脂肪酸含量(43.7%)有微小的變化，但沒有顯著性差異(P>0.05)。結果表明，經活性炭-氧化鋁-硅膠柱層析對脂肪酸組成沒有影響。為正確判斷菜籽粕提取物物理化學性能，本試驗脫除了油相中具有抗氧化性能的生育酚衍生物，由0.9 mg/100 mg減少到0 mg/100 mg。

表2　原料牛脂脂肪酸組成變化和生育酚含量變化

注：對于脂肪酸含量和生育酚含量變化，每行中數據上標字母完全不同表示數據間存在顯著性差異(P<0.05)。

2.2牛脂固體脂肪系數

由圖1可知，牛脂在0 ℃固體脂肪含量為69.5%，15 ℃固體脂肪含量為41.1%，30 ℃固體脂肪含量為14.4%，44 ℃固體脂肪含量為0，可以確定牛脂在44 ℃下完全融化無固體脂肪，因此，制作的牛脂乳液保存在45 ℃進行了物理化學穩定性試驗。

圖1　牛脂固體脂肪指數

2.3乳液粒子大小

根據制作條件不同，牛脂乳液代號為1～6的乳液粒子大小變化率分別為2.5%，15.0%，1.4%，-15.4%，14.1%，63.4%(表3)。試驗結果主要以乳滴顆粒大小的增大或減小解釋現象，增大變化率為正值，減小變化率為負值，添加了Tween 20(乳液1和2)和添加0.3%(乳液3)，0.5%(乳液5)，0.6%(乳液6)菜籽粕提取物的牛脂乳液表現為正值，只有添加0.4%菜籽粕提取物的牛脂乳液表現為負值。其中，添加0.6%菜籽粕提取物的牛脂乳液乳滴大小變化率最大。乳液粒子增大是因為乳液中的粒子不斷因布朗運動界面被破壞乳液粒子絮凝或凝聚。相反，乳液粒子減小可能是Ostwald成熟的推動力界面能的作用，由于小顆粒消溶，大顆粒長大，檢測到小顆粒乳滴的原故[17]。

表3　不同條件制備的乳液0和7 d粒子大小與變化率

注：對于粒徑或多分散系數，每列中數據上標字母完全不同表示數據間存在顯著性差異(P<0.05)。

2.4乳化劑活性和乳液穩定性

乳化劑活性為形成乳液的能力，也與粒子大小密切相關，乳液的濁度高，說明乳化劑活性優秀[18]。本試驗只使用了Tween 20和菜籽粕提取物2種乳化劑，因此，以乳液1和3為代表進行了比較。圖2為牛脂乳液1和3 的乳化劑活性比較圖，平均值為1.43和1.53，沒有顯著性差異(P>0.05)，但是圖3中牛脂乳液1和3的穩定性比較值為26.4和15.8，有顯著性差異(P<0.05)，表明添加Tween 20的牛脂乳液1比添加了0.3%菜籽粕提取物的牛脂乳液3穩定。這可能是由于制作牛脂乳液時初始粒子大小不同的原因。牛脂乳液2、4、5、6穩定性計算值分別為26.0，17.5，17.4，14.8 min。速度式計算出的斜率的倒數越大表明乳液更加穩定。因此，添加0.3%～0.6%菜籽粕提取物的牛脂乳液中，菜籽粕提取物添加量以0.4%～0.5%為宜。

圖2　牛脂乳液添加Tween20和菜籽粕表面

圖3　不同條件制備的牛脂乳液穩定性比較

2.5利用Turbiscan分析牛脂乳液穩定性

如果△BS(%)小，越靠近基線反應乳狀液越穩定，其變化規律也反映乳液穩定性變化規律。圖4表示在48 h內1～6的牛脂乳液穩定性。

圖4不同條件制備的牛脂乳液穩定性比較

由圖4可知，添加Tween 20的牛脂乳液1和2比添加菜籽粕提取物的3～6牛脂乳液穩定，添加0.6%菜籽粕提取物的牛脂乳液6相對最不穩定，結果與圖3 相似。

2.6牛脂乳液氧化特性

1～6牛脂乳液30 d的一級氧化產物變化量如圖5。

圖5　不同條件制備的牛脂乳液氧化穩定性變化

只添加Tween 20乳化劑的牛脂乳液1的0 d過氧化值為3.59 mEq/L乳液，16 d為11.88 mEq/L乳液，30 d為106.06 mEq/L乳液，氧化值增加明顯。而使用Tween 20乳化劑并添加茶兒素的牛脂乳液2的30 d氧化值變化為3.47～15.06 mEq/L乳液，添加0.3%菜籽粕提取物的牛脂乳液3為3.00～7.53 mEq/L乳液，添加0.4%菜籽粕提取物的牛脂乳液4的氧化值為2.18～8.12 mEq/L乳液，添加0.5%菜籽粕提取物的牛脂乳液5的氧化值為2.06～7.00 mEq/L乳液，添加0.6%菜籽粕提取物的牛脂乳液6的氧化值為3.35～7.41 mEq/L乳液，30 d內添加了茶兒素的抗氧化性能對照組2號乳液與3～6號牛脂乳液過氧化值相對1號牛脂乳液變化不大。這表明菜籽粕表面活性物質中還含有芥子酸膽堿(sinapin)等抗氧化劑。菜籽粕中除了有菜籽蛋白、菜籽多糖，還含有菜籽多酚。菜籽多酚主要包括單寧和酚酸2大類，目前對菜籽單寧沒有深入研究，據了解菜籽酚酸由少量的游離態和大部分的結合態存在，包括安息香酸與苯乙烯酸衍生物[19]。

3結論

通過超臨界CO2提取的菜籽粕表面活性物質，不同劑量添加到牛脂乳液中與添加 Tween 20乳化劑和茶兒素抗氧化劑的乳液對照組進行了乳液穩定性和氧化特性評價，可見本試驗提取的菜籽粕表面活性物質具有較好的抗氧化性能，添加量適中時具有相對穩定的乳化性能。可提高菜籽粕利用價值，為天然乳化劑磷脂開發利用和水包油牛脂乳液系統的穩定性研究奠定基礎。

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Study of emulsifying properties from rapeseed meal extract at beef tallow emulsion

(.*)

(DepartmentofFoodScienceandEngineering,YanbianUniversity，YanjiJilin133002，China)

Abstract：Rapeseed meal surfactant was extracted by supercritical carbon dioxide extraction technique, using beef tallow as oil phase after filtration by column chromatography; the storage temperature of beef tallow was determined by differential scanning calorimetry; the stability of beef tallow emulsion was studied by observing drop size change and kinetic method; the oxidation properties of rapeseed meal in the emulsion were evaluated. The results showed that emulsifying activity of rapeseed supercritical carbon dioxide extract was 1.53; the reasonable addition range of rapeseed meal extract to beef tallow emulsion was 0.4-0.5%; lipid peroxides value of beef tallow emulsion added rapeseed meal extract was 2.06-8.12 mEq/L emulsion at 30 days.

Key words:rapeseed meal； extract; beef tallow; emulsion； stability

中圖分類號：TQ936.2

文獻標識碼：A

文章編號：1004-7999(2016)01-0075-06

DOI:10.13478/j.cnki.jasyu.2016.01.014

作者簡介：張華(1979—)，女(朝鮮族)，吉林延吉人，講師，博士，研究方向為結構脂及乳液穩定性。梁成云為通信作者，E-mail:cyliang@ybu.edu.cn

收稿日期：2016-03-01基金項目： 吉林省教育廳項目(吉教科合字[2014]第5號)