紫蘇油乳液的制備及其穩定性研究

杜 艷 殷麗君 韓清華 劉海杰

(北京食品營養與人類健康高精尖創新中心；中國農業大學食品科學與營養工程學院1，北京 100083)(中國農業機械化科學研究院2，北京 100083)

紫蘇油乳液的制備及其穩定性研究

杜 艷1殷麗君1韓清華2劉海杰1

(北京食品營養與人類健康高精尖創新中心；中國農業大學食品科學與營養工程學院1，北京 100083)(中國農業機械化科學研究院2，北京 100083)

針對紫蘇油不飽和脂肪酸含量高，在儲存過程中易氧化等特點，以Tween 80和Span 80作為乳化劑，采用高壓均質法制備紫蘇油乳液。通過激光粒度儀和TURBISCAN穩定性分析儀來探究乳化劑用量、油水比例、高壓均質的壓力和循環次數及HLB值對紫蘇油乳液穩定性的影響，從而提供一種紫蘇油乳液制備方法，拓寬紫蘇油在食品中的應用范圍。結果表明，紫蘇油乳液粒徑主要分布在300～670 nm。當乳化劑質量分數由0.2%增加至1.2%時，乳液粒徑下降，穩定性提高；此時，乳液平均粒徑(d=513 nm)最小。隨油水比增加，紫蘇油乳液穩定性下降；高壓均質過程對乳液的穩定性有顯著影響，壓力越大，循環次數越高，乳液越穩定。與單一乳化劑(HLB=15)相比，復配乳化劑(HLB=8～14)可制得更穩定的乳液，且當HLB值為11時，紫蘇油乳液的平均粒徑(d=374 nm)最小。運用優化條件制備紫蘇油乳液，將其與紫蘇油同時置于50 ℃恒溫貯藏2周，比較二者過氧化值(POV)變化。結果表明，經過11 d的加速氧化，紫蘇油乳液的POV值僅為31.43 mmol/kg，遠小于純紫蘇油的POV值(88.76 mmol/kg)。

紫蘇油 乳液 穩定性 過氧化值

紫蘇(PerillafrutescensL Brit.)又名紅蘇、蘇子、蘇麻等，系唇形科紫蘇屬一年生草本植物，主要分布于喜馬拉雅山，在南亞、東亞以及美國、俄羅斯和歐洲也有所種植，于2 000多年前被引入我國并作為中藥材廣泛使用[1]。紫蘇油是紫蘇的精華，營養成分豐富，不僅含維生素E、植物甾醇、鯊烯等脂溶性功能成分，也是迄今為止發現的α-亞麻酸含量最高的植物油[2]，具有明顯的抑菌、抗過敏、抗衰老、降血脂等功能[3]。

紫蘇油中含大量不飽和脂肪酸，在工業生產、貯存及烹飪過程中，極易受到光照、溫度等因素影響，產生氧化變質問題，使產品不易保存，限制其在食品中的應用。因此，紫蘇油的緩釋對其在食品中的深度開發具有重要意義。

緩釋技術是指在一個特定的體系內，采取某些措施來減小某種目標物質的釋放速度，從而在某段時間內，體系中的目標物質可以維持有效濃度，以實現緩慢釋放或定時釋放，保持長效或減輕相互作用的目的。常見的緩釋系統有微膠囊系統、常規乳液系統和特殊乳液系統等。目前，對紫蘇油的緩釋主要集中在微膠囊化研究，而將其制備為乳狀液形式以提高功能性成分的穩定性卻鮮有報道。

乳狀液是一類由2種互不相溶的液體及表面活性劑組成的熱不穩定多分散體系，其中一相由液滴(分散相)組成，另一相稱為分散介質(連續相)，分散相粒子直徑一般在0.1～10 μm之間[4]。一般將乳狀液劃分為水包油和油包水型兩大類，不同類型的乳狀液在食品、化工、醫藥、農藥、化妝品和石油開采領域都有廣泛的應用。

本研究擬選用食品中常用的非離子表面活性劑Span80和Tween80，通過高壓均質法制備水包油型紫蘇油乳液，以期提高紫蘇油的氧化穩定性和利用價值；并研究不同制備條件對紫蘇油乳液穩定性的影響，為適于食品烹制的紫蘇油產品研發提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫蘇油：吉安市華美香料油提煉廠，密度為0.917 7 g/cm3；Tween 80：北京北化永能化工有限公司，黃色黏稠液體，含水量≤1.0%；Span 80：天津市致遠化學試劑有限公司，棕色油狀液體，含水量≤1.0%。

1.2 儀器與設備

ESB-500實驗室高剪切均質乳化機：上海易勒機電設備有限公司；NS 1001L高壓均質機：意大利GEA Niro Soavi公司；TURBISCAN LAB Expert濃縮體系穩定性分析儀：法國Formulaction公司；LS230激光顆粒粒度分析儀：美國貝克曼儀器公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 紫蘇油乳液的制備

將適量乳化劑分別溶解于去離子水和紫蘇油；將油相轉入水相，邊加邊攪拌，待完全加入后，使用高剪切均質乳化機于11 000 r/min，均質2 min，得到粗乳液；經高壓均質機進一步均質乳化，制得紫蘇油乳液。本試驗采用二級加壓，二級均質壓力與總壓力的比值為1∶10。

1.3.2 試驗條件

1.3.2.1 乳化劑用量的選擇

改變Tween 80的質量分數分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%，在均質壓力為60 MPa，循環次數為2次，油水比為1∶9的條件下對紫蘇油乳化，并進行穩定性的檢測。

1.3.2.2 油水比的確定

根據優選的乳化劑用量，改變油水比分別為1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5，在均質壓力為60 MPa，循環次數為2次的條件下對紫蘇油乳化，并進行穩定性的檢測。

1.3.2.3 均質壓力與循環次數的選擇

根據上述優選的乳化條件，分別改變均質壓力為50、60、70 MPa，循環次數為0、1、2、3，對紫蘇油乳化，并進行穩定性的檢測。

1.3.2.4 紫蘇油乳化最佳HLB值的確定

用Span 80與Tween 80按照一定比例復配為HLB值分別為8、9、10、11、12、13、14的乳化劑，與單獨使用Tween 80進行對比，在均質壓力為60 MPa，循環次數為2次，乳化劑質量分數為1%，油水比為1∶9的條件下對紫蘇油乳化，并進行穩定性的檢測。

1.3.3 紫蘇油乳液穩定性檢測

1.3.3.1 乳液粒徑變化評價

利用貝克曼LS230激光顆粒粒度分析儀對新制的紫蘇油乳液進行粒徑分析。粒徑大小以d(diameter，單位μm)表示。試驗重復3次，取平均值。

1.3.3.2 TURBISCAN LAB Expert檢測樣品物理穩定性

取制備的紫蘇油乳液20 mL放入TURBISCAN的圓柱形玻璃測試室中，溫度設定為25 ℃，每30 min掃描1次，掃描6 h。測得穩定性掃描圖譜，并用ΔBS(t)值表示其穩定性。其中ΔBS(t)反映樣品的差值背散射光(Backscattering)量隨時間的動態變化[5]。

1.3.4 加速氧化過程中油脂POV值測定

1.3.4.1 紫蘇油的POV值測定

根據GB/T 5538—2005描述的方法測定：準確稱取1～2 g紫蘇油于250 mL錐形瓶；加入50 mL乙酸-異辛烷(3∶2)溶液，蓋上蓋子搖動至樣品溶解；加入0.5 mL碘化鉀飽和溶液，蓋上蓋子混勻1 min后置于暗處反應5 min；立即加入30 mL蒸餾水；用0.010 1 mol/L的硫代硫酸鈉標準溶液進行滴定，用力振搖至黃色幾乎消失時，加入0.5 mL淀粉溶液，繼續滴定至藍色消失為終點。空白不加樣品。

過氧化值以毫摩爾每千克(mmol/kg)表示，計算公式如下：

式中：V為用于測定的硫代硫酸鈉標準溶液的體積/mL；V0為用于空白的硫代硫酸鈉標準溶液的體積/mL；c為硫代硫酸鈉標準溶液的濃度/mol/L；m為試樣的質量/g。

1.3.4.2 乳液中紫蘇油的提取

根據GB/T 5009.168—2003 描述的方法，稍加修改：取40 mL乳液于500 mL燒杯中，按照1∶4的比例加入正己烷；置于磁力攪拌器上攪拌24 h；再于4 000 r/min的條件下離心破乳10 min；合并上清液并于60 ℃旋轉蒸發，備用。

1.3.5 數據統計與處理

所有試驗均重復3次，所有測試均進行3次以上平行。采用SPSS 20.0軟件進行方差分析，試驗數值間以Duncan法(P<0.05)進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 乳化劑用量對平均粒徑的影響

據文獻[6]，Tween 80在25 ℃下的臨界膠束濃度為0.014 g/L，即為Tween 80分子在水中締合形成膠束的最低質量濃度；且在GB 2760—2014[7]中規定，Tween 80在復合調味料中的最大使用量為10%。因此選用質量分數分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%的Tween 80，研究紫蘇油乳液粒徑隨乳化劑質量分數的改變情況，結果如圖1所示。

圖1 乳化劑質量分數對Tween80制備的紫蘇油乳液粒徑的影響

由圖1可知，當Tween 80的質量分數從0.2%依次增加至0.8%，乳液粒徑越來越小，且具有顯著性差異(P<0.05)，而Tween 80的質量分數達0.8%以上時，其粒徑雖然仍呈現下降趨勢，但差異性并不顯著。

這與Roland等[8]的研究結果一致，表明了在乳化劑結構相同的情況下，乳化劑濃度對于乳液的形成及其穩定性有顯著影響。該現象與乳液制備時分散相液滴表面界面膜的緊密程度和強度有關。若乳化劑濃度過低，其液滴界面難以達到飽和吸附，不能形成緊密的界面膜，可能造成小型乳液顆粒聚集，從而獲得較大的粒徑[9]。

將制備好的乳液按要求裝入TURBISCAN分析儀專用的樣品瓶中，控制測量室溫度為(25+0.5)℃，進行背散射光隨時間變化情況的測量，結果如圖2所示。

圖2 乳化劑用量不同對紫蘇油乳液ΔBS(t)與時間的關系

由圖2可見，乳化劑質量分數為0.2%與0.4%時，乳液的ΔBS整體上波動較大，在0～30 min呈增大趨勢，在30～150 min內呈現不穩定的上下浮動，而在150～210 min內迅速下降，210 min后又略有回升；其他各組在0～60 min內均比較穩定，僅有少量的變化；質量分數為0.6%與0.8% 2組，在60 min之后出現明顯的波動，整體呈下降趨勢；而質量分數為1.0%及1.2% 2組波動范圍較小，整體上較為穩定。

在一定時間內ΔBS可以反映乳液的穩定性。ΔBS越小，表示乳液越穩定，其變化規律也可以反映乳液穩定性的變化規律[9]。由此可知，紫蘇油乳液的穩定性隨著乳化劑質量分數的增加逐漸提高，質量分數為0.2%和0.4%穩定性最差，而質量分數為1.0%和1.2%時穩定性相差不多，均較其他組好。結合圖1和圖2可知，紫蘇油乳液平均粒徑的大小與其穩定性在一定程度上呈負相關，因此選擇乳化劑質量分數為1.0%進行后續研究。

2.2 油水比對平均粒徑的影響

不同油水比例制得的紫蘇油乳液的粒徑大小如圖3所示。由圖3可以看出，在乳化劑濃度一定的條件下，油相在整個體系中的比例越高，紫蘇油新制乳液的平均粒徑越大。而油水比為1∶9和2∶8時，兩者平均粒徑并無顯著性差異(P<0.05)。這與通過肉眼觀察的乳液穩定性也是相符的。油水比為5∶5、4∶6及3∶7的3組，分別在乳液制備完成后的10 min、30 min、1 h之內，出現明顯的破乳現象，表面有油珠浮出，表明這3種狀況下的乳液并不穩定。

圖3 油水比例對紫蘇油乳液粒徑的影響

發生該現象的原因可能與Tween 80的分子結構有關。Tween 80即失水山梨醇單油酸酯聚氧乙烯醚，其親油基為碳鏈—C17H33，親水基為3個醚基—(OCH2CH2)xOH。油水比例越大，則分散相濃度越高，一方面使得原有用量的乳化劑不足以將全部的油相包埋；另一方面也使乳液顆粒之間距離較近，易于發生碰撞而合并，又由于油的密度比水小，從而發生上浮，不利于乳液的穩定。

2.3 均質壓力及循環次數對平均粒徑的影響

圖4顯示了不同的均質壓力和循環次數下紫蘇油乳液的平均粒徑情況。由此可見，高壓均質過程對紫蘇油乳液的粒徑具有很大的影響：不同均質壓力下的紫蘇油乳液隨著循環次數的增高粒徑減小顯著(P<0.05)[10]。選取均質壓力為60 MPa，循環次數為3次即可制得理想的乳液。

圖4 均質壓力和循環次數對紫蘇油乳液粒徑的影響

2.4 HLB值對平均粒徑的影響

HLB值即為乳化劑的親水-親油平衡值，它是以表面活性劑分子中親水基團與親油基團的相對百分比為基礎的，通常在0～20之間。HLB值越大，表示乳化劑的親水性越強[4]。不同應用目的所需的HLB值范圍如下表1所示。

表1 表面活性劑HLB范圍及應用類型

在乳化劑濃度、油水比、均質壓力和循環次數均相同的情況下，使用Span 80與Tween 80復配出不同HLB值的乳化劑，制得的紫蘇油乳液粒徑大小如圖5所示。

圖5 HLB值對紫蘇油乳液粒徑的影響

從圖5中可以看到，HLB值對紫蘇油乳液的平均粒徑有影響；首先，在乳化劑濃度相同的條件下，使用單一乳化劑Tween 80(HLB=15)和使用Tween 80與Span 80復配乳化劑得到的乳液粒徑大小有顯著性差異(P<0.05)。HLB值為8～11時，乳液粒徑隨著HLB值的增加，呈現減小的趨勢；HLB值為11，平均粒徑達到最小；在HLB值為11～15的范圍內，粒徑隨著HLB值的增加而增大，各組之間差異性顯著(P<0.05)。

這與Tween 80及Span 80的分子結構有關：Tween 80是由Span 80與環氧乙烷在堿催化下發生加成反應而得到的衍生物，兩者結構相似。因此在混合使用時，其碳氫分子鏈會相互吸引，使得小分子Span 80插入到大分子Tween 80當中，在界面上吸附形成排列緊密、強度較高的膜，能很好地防止乳滴顆粒聚結，從而提高乳液的穩定性[11]。

使用TURBISCAN分析儀對紫蘇油乳液穩定性的評價結果與以上結論相符，如圖6所示。

圖6 HLB值不同對紫蘇油乳液ΔBS(t)與時間的關系

根據圖6可知，HLB值為15時乳液的ΔBS波動范圍遠大于其他各組；這表明，乳化劑復配比使用單一乳化劑對乳液穩定性的提高具有顯著作用。

HLB值為11的復配乳化劑制備的紫蘇油乳液在6 h內，經TURBISCAN掃描得到的透射光和背散射光隨時間的動態變化可反映乳液的穩定性，結果如圖7所示。

從圖7可見，在0～6 h之內，樣品中部的透射光和背散射光均無明顯變化，僅在樣品瓶的頂部和底部分別出現了上升和下降的現象。這表明，在整個存放過程中，紫蘇油乳液僅發生了由分散相與連續相的密度差引起的顆粒上浮現象，并未發生粒徑上的變化。這可能是由于Tween 80和Span 80均為非離子乳化劑，在乳液中不存在因電荷作用引起的顆粒之間的吸附或排斥[12]。因此在后續的試驗中可以考慮加入阿拉伯膠等多糖作為增稠劑，增加空間位阻，以提高乳液的穩定性。

a 透射光掃描圖

b 背散射光掃描圖

圖7 復配乳化劑制備的紫蘇油乳液TURBISCAN掃描圖

2.5 紫蘇油及其乳液在50 ℃貯藏期間POV值變化

對紫蘇油及其乳液在50 ℃恒溫條件下進行加速氧化試驗[13]，每隔2 d測定1次樣品的POV值，0～14 d POV值隨時間的變化如圖8所示。

由圖8可以看出，加速氧化2周內，紫蘇油乳液的POV從13.33 mmol/kg增加到38.89 mmol/kg，仍符合GB 2716—2005國家食用植物油衛生標準中對POV值的規定；而紫蘇油的POV值迅速上升，11 d內已由13.33 mmol/kg增加到88.76 mmol/kg，接著稍有下降。可見，將紫蘇油作為油相乳化之后，紫蘇油的氧化穩定性可以提高1倍以上。

圖8 紫蘇油及其乳液在50 ℃貯藏過程中過氧化值的變化

3 結論

本研究表明，乳化劑用量、油水比、均質壓力和循環次數對紫蘇油乳液的粒徑大小和穩定性均有影響。隨Tween 80用量增加，乳液粒徑呈現下降趨勢，增至0.8%以上，粒徑減小不明顯；油水比為1∶9及2∶8時，制得的乳液穩定性高于其他各組，平均粒徑隨著油水比增加而增加；平均粒徑隨著均質壓力和循環次數的增加而下降，穩定性也相應提高。在此基礎上，Tween 80與Span 80復配后制備的紫蘇油乳液穩定性均高于單獨使用Tween 80時制得的；當復配乳化劑的HLB值為11時，制備的乳液最穩定。對紫蘇油乳液在6 h內的TURBISCAN掃描圖進行分析，得出紫蘇油乳液失穩的主要原因是密度差引起的上浮，對進一步改善紫蘇油乳液的穩定性提供了依據。最后根據優選的條件制備紫蘇油乳液，并對比該乳液與紫蘇油在50 ℃貯藏條件下POV值的變化情況，表明將紫蘇油制備成乳液可以使紫蘇油的氧化穩定性大幅提高。

[1]Seungduk U, Shiva R B, Nam-Hoon K, et al. Characterization of lipophilic nutraceutical compounds in seeds and leaves of Perilla frutescens[J]. Korean Journal of Horticultural Science and Technology, 2013, 31(2): 231-238[2]Suk Hoo Yoon·Siwon Noh. Positional distribution of fatty acid in Perilla (PerillafrutescensL.) oil [J]. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 2011, 88: 157-158

[3]Li Taoyi, Jing Li, Di Geng, et al. Essential oil of Perilla frutescens-induced change in hippocampal expression of brain-derived neurotrophic factor in chronic unpredictable mild stress in mice [J]. Journal of Ethnopharmacology, 2013, 147: 245-253

[4]梁文平. 乳狀液科學與技術基礎[M]. 北京: 科學出版社, 2001 Liang Wenping. Science and technology of emulsions[M]. Beijing: Science Press, 2001

[5]Menguai O, Meunier G, Cayre I, et al. TURBISCAN MA 2000: multiple light scattering measurement for concentrated emulsion and suspension instability analysis[J]. Talanta, 1999, 50: 445-456

[6]劉程, 李江華, 劉博, 等. 表面活性劑應用手冊[M]. 北京: 化學工業出版社, 1995 Liu Cheng, Li Jianghua, Liu Bo, et al. Surfactants application manual[M]. Beijing : Chemical Industry Press, 1995

[7]GB 2760—2014,食品添加劑使用標準[S] GB 2760—2014, National Food Safety standards and Food Additives Standards[S]

[8]Roland I, Piel G,Daletirel B L，et al. Systematic characterization of oil-in-water emulsions for formulation design [J]. International Journal of Pharmaceutics, 2003(263):85-94

[9]孫術國, 高彥祥, 麻成金, 等. TURBISCAN分析儀快速評價β-胡蘿卜素乳狀液的穩定性[J]. 食品科學, 2008, 29 (10): 93-96 Sun Shuguo, Gao Yanxiang, Ma Chengjin, et al. Rapid evaluation on stability of β-carotene emulsion by TURBISCAN Analyzer[J]. Food science, 2008, 29 (10): 93-96[10]Floury, J.Desrumaux, A. Lardi eres, J. Effect of high-pressure homogenization on droplet size distributions and rheological properties of model oil-in-water emulsions[J]. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 2000, 1: 127-134

[11]鮑艷,吳成蘭,馬建中.乳化方式及助乳化劑對蓖麻油乳化液性能的影響[J].日用化學工業.2012,42 (1):39-42 Bao Yan, Wu Chenglan, Ma Jianzhong. Effect of emulsion method and co-emulsifier on performance of castor oil emulsion[J]. China Surfactant Detergent & Cosmetics, 2012, 42, (1): 39-42

[12]毛立科, 許朵霞, 楊佳, 等. 不同乳化劑制備β-胡蘿卜素納米乳液研究[J]. 食品工業科技, 2008(4): 64-67 Mao Like, Xu Duoxia, Yang Jia, et al. Research on preparation of β-carotene nanoemulsions with different emulsifiers[J]. Science and Technology of Food Industry, 2008(4): 64-67

[13]Yun Shao, Chuan Hetang. Characteristics and oxidative stability of soy protein-stabilized oil-in-water emulsions: Influence of ionic strength and heat pretreatment[J]. Food Hydrocolloids, 2014, 37: 149-158.

Factors Affecting the Preparation ofPerillaOil Emulsion and Its Stability

Du Yan1Yin Lijun1Han Qinghua2Liu Haijie1
(Beijing Advanced Innovation Center for Food Nutrition and Human Health；College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University1, Beijing 100083)(Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences2, Beijing 100083)

Aiming at the high content of unsaturated fatty acid and being oxidized easily in the storage process features of perilla oil, the perilla oil emulsions were produced by using Tween 80 and Span 80 as emulsifier with the method of high pressure homogenization. In order to explore the effects of emulsifier concentrations, oil-water ratios, high homogenization pressures, numbers of circulation and HLB values on the stability of perilla oil emulsions by means of laser particle analyzer and TURBISCAN, thus, provided a preparation method of perilla oil emulsion and expanded the applied rang of the perilla oil in food industry. The test results showed that perilla oil emulsion particle diameter are mainly distributed between 300 ～ 670 nm and the stability of emulsions was improved with the mass fraction of emulsifier increased from 0.2% to 1.2%. and the decreased emulsion particle diameter. By this time, the average particle diameter (d=513 nm) of emulision was the smallest. With increasing oil-water ratio, the stability of perilla oil emulsion decreases; high pressure homogeneous process has an obvious influence on the stability of emulsion.With a higher pressure and more numbers of circulation, the emulsions tended to be more stable. Compared with single emulsifier (HLB=15), composite emulsifier (HLB=8～14) could produce more stable emulsion and when HLB equaled to 11, the average particle diameter (d=347 nm) of perilla oil emulsion was the smallest. The optimized condition was used to prepare perilla oil emulsions, and stored it together with perilla oil at constant temperature 50 ℃ for 2 weeks,and then compared with the changes of their peroxide value (POV). The results showed that, after an accelerated oxidation process, the POV ofperillaoil emulsion was only 31.43 mmol/kg at 11 d, which was far lower than the POV value (88.76 mmol/kg) of pureperillaoil.

perilla oil, emulsions, stability, peroxide value

“十二五”國家科技支撐計劃(2014BAD04B00)

2015-09-28

杜艷，女，1992年出生，碩士，食品科學與工程

劉海杰，女，1973年出生，副教授，食品科學與工程

TS 225.6

A

1003-0174(2017)04-0087-06