高壓微射流制備生姜精油納米乳化醬油的工藝研究

張培旗，王世豪，縱偉

(鄭州輕工業大學 食品與生物工程學院，鄭州 450002)

醬油是人們日常生活中不可缺少的調味品，醬油除了用于烹調菜肴外，還經常和其他調味料一起用于制備調味汁[1,2]；生姜精油香氣溫辛，甜而濃厚，又具有一定的生理活性功能[3,4]，常被用于和醬油等配制調味汁，但由于生姜精油和醬油互不相溶，因此，生姜精油醬油一般是現調現用，為方便消費者，開發即食的生姜精油醬油具有較好的市場前景。納米乳液是一種液相以液滴形式分散于第二相的膠體分散體系，具有抗沉降和乳析的動力學穩定特性[5,6]，將生姜精油制備為納米乳液，可以提高生姜精油和醬油之間的水溶解性、穩定性；高壓微射流技術是近年來發展起來的一種新型食品加工技術[7]。在高壓微射流技術處理過程中，乳液在高壓(100～1000 MPa)下通過碰撞、剪切等作用力 ，可實現超微化、微乳化和均一化效果。因此，其在納米乳液的制備上得到應用[8]，但用生姜精油和醬油制備納米乳液，目前還少見報道。因此，本文以生姜精油為主要原料，對超高壓微射流制備生姜精油納米乳化醬油的生產工藝進行優化，通過正交試驗探討生姜精油用量、大豆卵磷脂用量、超高壓微射流壓力、處理溫度對乳化醬油穩定性的影響，為制備生姜精油納米乳化醬油提高了理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

生姜精油：鄭州雪麥龍食品香料有限公司；大豆卵磷脂：上海國藥集團；醬油：加加食品集團股份有限公司。

Bench-top高壓納米均質機 英國SFP公司；GJB500-60型普通高壓均質機 常州市均質機械有限公司；HC-3618R高速冷凍離心機 安徽中科中佳科學儀器有限公司；ES35B磁力攪拌器 北京萊伯泰科儀器股份有限公司；納米粒度和Zeta電位及分子量分析儀 英國Malern儀器公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 納米乳液制備

選用生姜精油為油相，大豆卵磷脂為乳化劑，按一定比例將生姜精油和大豆卵磷脂用磁力攪拌器在1000 r/min 下混合均勻，然后加入一定量的醬油，再以2000 r/min混合2 min，得到粗乳液。將粗乳液采用普通高壓均質機、高壓納米均質機進行均質，得到納米乳液。

1.2.2 生姜精油納米乳液離心穩定性測定

取30 mL的生姜精油納米乳液加入到50 mL離心管中，加蓋密封，室溫10000 r/min離心20 min，觀察相分離情況。

1.2.3 生姜精油納米乳液的粒徑分析

（3）該井在投產初期出砂量較多，混合液最高含砂量達到2%，折合地層產液含砂量為26.4%，隨著油井生產時間的延長含砂量逐漸減少。

將生姜精油納米乳液預先用蒸餾水稀釋10倍，然后利用激光粒度儀在90°散射角、25 ℃條件下采用激光納米粒度儀測定粒徑。

1.2.4 生姜精油納米乳液穩定性研究

取10 mL生姜精油納米乳液放入加蓋試管中，用鋁箔包裹后，放在25 ℃條件下儲存28 d，每隔7 d測定一次粒徑。

2 結果與分析

2.1 大豆卵磷脂用量對納米乳液粒徑的影響

以不同的大豆卵磷脂用量，添加8%的精油，在25 ℃、160 MPa條件下處理3次后，不同大豆卵磷脂用量對納米乳液粒徑的影響見圖1。

圖1 大豆卵磷脂用量對納米乳液粒徑的影響Fig.1 Effect of soybean lecithin dosage on particle size of nanoemulsion

在生姜精油納米乳液制備過程中，需要添加表面活性劑，大豆卵磷脂是一種天然表面活性劑，通過添加大豆卵磷脂，可降低界面張力，減少納米乳液形成所需要的彎曲能，調節表面活性劑的HLB值、界面張力，改變體系的密度、黏性等理化特性[9]。由圖1可知，隨著表面活性劑用量的增加，表面活性劑可包裹更多的油滴，減小油滴之間的相互聚集，但當表面活性劑用量達到一定濃度后，油滴已經基本被表面活性劑包裹，因此，粒徑變化不大，差異不顯著(P>0.05)。因此，選擇大豆卵磷脂用量1%為適宜的用量。

2.2 均質壓力對納米乳液粒徑的影響

添加8%的精油和1%的大豆卵磷脂，25 ℃、不同壓力下處理3次后，不同均質壓力對納米乳液粒徑的影響見圖2。

圖2 均質壓力對納米乳液粒徑的影響Fig.2 Effect of homogenization pressure on particle size of nanoemulsion

由圖2可知，隨著均質壓力的增加，粒徑快速減小，但達到160 MPa后，粒徑隨壓力的增加反而增加。這是由于壓力的增加，顆粒將液滴破碎，但顆粒減小后，比表面積增加，表面活性劑對顆粒的覆蓋減弱，當壓力達到160 MPa后，表面活性劑不足以覆蓋顆粒表面，導致表面顆粒之間的聚集作用增加，此外，過高的壓力，使均質的機械能轉化為熱能，導致乳液溫度升高，部分乳液因為溫度升高導致相轉變，影響乳液粒徑[10]。因此，選擇均質壓力160 MPa為適宜的壓力。

2.3 均質溫度對納米乳液粒徑的影響

圖3 均質溫度對納米乳液粒徑的影響Fig.3 Effect of homogenization temperature on particle size of nanoemulsion

由圖3可知，在50 ℃前，隨著溫度的增加，粒徑降低；但達到50 ℃后，粒徑變化不顯著(P>0.05)。這是由于隨著溫度的增加，分子之間的運動速率增加，體系的粘度降低，有利于顆粒的破裂，但溫度的增加導致分子之間的碰撞幾率增加[11]，50 ℃后兩種作用達到平衡。因此，選擇均質溫度50 ℃為適宜的溫度。

2.4 處理次數對納米乳液粒徑的影響

添加1%的大豆卵磷脂，在25 ℃、160 MPa條件下處理不同次數，不同處理次數對納米乳液粒徑的影響見圖4。

圖4 處理次數對納米乳液粒徑的影響Fig.4 Effect of treatment times on particle size of nanoemulsion

由圖4可知，處理次數增加時，乳液的平均粒度降低，但達到4次后，處理次數對粒徑變化的影響不顯著。處理次數少，并非所有的液滴都會受到同樣強烈的均勻化能量，因此一部分粗乳液的尺寸沒有實質性的減少，但超過4次后，由于有足夠的乳化劑包裹在油滴的表面，液滴直徑保持恒定，繼續均質不能產生更小的液滴。因此，選擇處理次數4次為適宜的次數。

2.5 高壓微射流制備生姜精油納米乳化醬油的工藝優化

在單因素試驗基礎上，選取大豆卵磷脂用量(A)、處理壓力(B)、處理溫度(C)、處理次數(D)4個因素，以粒徑Y為指標，對乳液制備工藝條件采用L9(34)正交試驗方法進一步優化，正交試驗因素與水平見表1，正交試驗方案及結果見表2。

表1 正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

表2 正交試驗方案及結果Table 2 Design and results of orthogonal test

根據方差R值可以得出，影響乳化液粒徑的各因素作用主次順序是：大豆卵磷脂用量(A)>處理壓力(B)>處理次數(D)>處理溫度(C)，通過 k 值比較得到本試驗最佳因素組合為A2B2C2D2，在此條件下進行3 次平行驗證試驗，試驗產品粒徑(Y)為90.21 nm，RSD為81.32%，表明該最優工藝條件穩定可行，重復性良好。因此，優化的乳液制備工藝條件為：大豆卵磷脂用量1.0%、超高壓微射流壓力160 MPa、處理溫度50 ℃、處理4次。采用正交設計軟件進行方差分析，結果見表3。

表3 方差分析Table 3 The variance analysis

依據各因素F值和顯著性水平判斷，因素大豆卵磷脂用量對粒徑的影響顯著，處理壓力、處理次數、處理溫度對粒徑的影響不顯著。

2.6 生姜精油納米乳化醬油穩定性

2.6.1 離心試驗

將生姜精油納米乳化醬油在10000 r/min的轉速下離心20 min，納米乳化液離心前后效果見圖5。

圖5 離心對生姜精油納米乳化液的影響Fig.5 Effect of centrifugation on ginger essential oil nanoemulsion

由圖5可知，離心后仍然未產生分層、破乳現象。粒徑測定結果表明，離心前后乳液的平均粒徑變化在10 nm以內，可判斷生姜精油納米乳化醬油離心后仍能保持穩定。

2.6.2 稀釋穩定性試驗

將生姜精油納米乳化醬油分別稀釋100倍和1000倍，結果見圖6。

圖6 稀釋對生姜精油納米乳化液的影響Fig.6 Effect of dilution on ginger essential oil nanoemulsion

由圖6可知，生姜精油納米乳化醬油以較高比例與水混溶后未觀察到油水分層現象，表明生姜精油納米乳化醬油具有良好的稀釋穩定性。

2.6.3 生姜精油納米乳化醬油貯藏穩定性

在25 ℃條件下儲存28 d，每隔7 d測定一次粒徑，結果見圖7。

圖7 生姜精油納米乳化液顆粒隨時間的變化Fig.7 Changes in particle size of ginger essential oil nanoemulsion with time

由圖7可知，隨著貯藏時間的延長和溫度的升高，生姜精油納米乳化醬油的粒徑整體上呈現增大的趨勢，不同貯藏時間和貯藏溫度下的納米乳化液粒徑具有顯著性差異(P<0.05)，這是由于貯藏條件的變化導致納米乳發生聚集現象[12,13]，使得乳液的穩定性下降。但在貯藏28 d內，乳液的顆粒仍然保持在160 nm以內，無浮油、聚沉現象，表現出明顯的穩定性。

3 結論

采用高壓微射流制備生姜精油納米乳化醬油，優化的乳液制備工藝條件為：大豆卵磷脂用量1.0%、超高壓微射流壓力160 MPa、處理溫度50 ℃、處理4次，可得到平均粒徑較小、穩定性好的生姜精油納米乳化醬油，在25 ℃條件下儲存28 d以上無浮油、聚沉現象。表明超高壓微射流是制備生姜精油納米乳化醬油適宜的方法。