慢消化椰油乳液系列體系的構(gòu)建及其微流變特性和體外消化特性對(duì)比

朱巧莎,侯占群,段盛林,張敬軒,郭 峰,牟德華,*

(1.河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,河北石家莊 050000;2.內(nèi)蒙古乳業(yè)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司,北京 100020;3.中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司,北京 100015;4.河北省食品質(zhì)量與安全檢測(cè)技術(shù)創(chuàng)新中心,河北石家莊 051130)

肥胖是一個(gè)日益增長(zhǎng)的健康問(wèn)題,在過(guò)去的25年里,全球肥胖率增加了一倍多。肥胖是眾多慢病如心腦血管疾病、糖尿病和癌癥的重要誘因,是導(dǎo)致心血管疾病的主因[1],因此體重管理刻不容緩。目前研究較多的體重管理策略為輕斷食體重管理體系,該體系在飲食方面提倡低熱量的食物,但低熱量食物口感較差,而高熱量食物特別是飽和脂肪酸對(duì)食物的色香味有很好的調(diào)節(jié)作用[2-4]?？蓸?gòu)建一種新型脂肪遞送體系,減少油脂在胃腸道中的消化,這樣新型油脂可用于調(diào)節(jié)低熱量食物的口感并且不增加熱量。

最近研究表明[5],載有蛋白質(zhì)顆粒的復(fù)合物界面能有效提高水包油(O/W)乳液在胃中的穩(wěn)定性。在Sarkar等[5]研究中,探索了陽(yáng)離子蛋白和不同種類的纖維素晶體之間的靜電引力,研究出穩(wěn)定性較好的具有復(fù)合蛋白-晶體界面的O/W乳劑。其中[6-9]高濃度(3 wt%)的纖維素晶體顆?？商岣叩鞍踪|(zhì)乳液的粘度近40倍,并且增加了界面蛋白對(duì)pH3條件下胃蛋白酶的抗性(胃消化后剩余60%完整的界面蛋白)。復(fù)合蛋白-纖維晶體界面層抑制胃相中的乳狀液液滴聚結(jié),這種液滴聚結(jié)在由蛋白單獨(dú)穩(wěn)定的乳液中自發(fā)地進(jìn)行,其中經(jīng)過(guò)胃消化后,幾乎沒(méi)有完整的界面蛋白。

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外科學(xué)家熱衷于通過(guò)包埋技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)體外脂質(zhì)的延遲消化[10]。接近70%～90%的脂質(zhì)消化發(fā)生在十二指腸,在健康成年人的小腸上部。脂質(zhì)消化本質(zhì)上是界面過(guò)程[9,11],其涉及脂肪酶和膽汁鹽在油滴表面上的復(fù)雜吸附現(xiàn)象。膽汁鹽是生物表面活性劑[12],競(jìng)爭(zhēng)性的吸附在油表面替換原有成分,進(jìn)而促進(jìn)胰脂舫酶-脂肪酶復(fù)合物對(duì)油脂的脂解。在過(guò)去的十年中,已經(jīng)研究了兩種方法來(lái)延遲脂肪分解,其延遲程度可通過(guò)檢測(cè)腸末端未消化的脂質(zhì)。第一種方法涉及調(diào)節(jié)乳液的界面參數(shù)[13-18],通過(guò)防止膽鹽對(duì)原始界面材料的競(jìng)爭(zhēng)性位移和脂肪酶的吸附,從而延遲脂肪酶/脂肪酶復(fù)合物作用于膽汁涂層的油滴。第二種方法通過(guò)將乳液液滴包封在凝膠體系內(nèi)[19-21],限制脂肪酶向乳化脂滴的轉(zhuǎn)運(yùn)。

目前有關(guān)單獨(dú)蛋白穩(wěn)定的脂肪乳液研究較多,但復(fù)合蛋白纖維素穩(wěn)定的乳液對(duì)脂肪消化的研究較少,需要進(jìn)一步的探索研究。另外,模擬體外消化過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng),體系較為復(fù)雜,若能將乳液體系的體外消化特性和流變學(xué)特性建立聯(lián)系,那么就可以通過(guò)流變學(xué)特性初步推測(cè)其體外消化特性,這樣節(jié)省了大量的時(shí)間和成本。本文旨在構(gòu)建慢消化椰油遞送體系,并建立乳液流變學(xué)特性和體外消化特性的聯(lián)系,為減肥飲品的研究提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

椰油 益海嘉里食品營(yíng)銷有限公司;乳清分離蛋白(Whey Protein Isolate,WPI)、微晶纖維素(Microcrystalline cellulose,MCC) 丹尼斯克(中國(guó))有限公司;纖維素納米晶體(Cellulose Nanocrystals,CNC) 桂林奇宏科技有限公司;羧甲基纖維素鈉(CMC)、殼聚糖(Chitosan,CNI)、黏液蛋白、胃蛋白酶、胰酶、膽汁鹽 美國(guó)Sigma-Aldrich公司;濃鹽酸、氫氧化鈉、磷酸氫二鈉、氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂、磷酸二氫鉀 北京化工廠;試劑均為分析純。

BS210S型電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;T25基本型ULTRA-TURRAX分散機(jī) 德國(guó)IKA公司;Homelab型高壓均質(zhì)機(jī) 意大利FBF公司;S3500激光粒度分析儀 美國(guó)麥奇克有限公司;CKX41型倒置顯微鏡 日本奧林巴斯株式會(huì)社;Nano-ZS90激光粒度電位分析儀 馬爾文儀器有限公司;907自動(dòng)電位滴定儀 瑞士萬(wàn)通中國(guó)有限公司;Rheolaser Master光學(xué)法微流變儀 北京朗迪森科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品的制備

1.2.1.1 單層椰子油乳液的制備 準(zhǔn)確稱取4 g的乳清分離蛋白溶于176 g去離子水中,高速攪拌使其充分溶解,將溶液以800 r/min的速度攪拌30 min以確保完全分散和溶解,配成蛋白溶液。蛋白溶液高速剪切,剪切過(guò)程中緩慢加入20 g椰子油形成粗乳狀液,再經(jīng)高壓均質(zhì)機(jī)(一級(jí)均質(zhì)壓力25 MPa,二級(jí)均質(zhì)壓力5 MPa)均質(zhì)2 次,制得單層椰子油乳液,并用鹽酸調(diào)pH為5備用。

1.2.1.2 四種雙層椰子油乳液的制備 準(zhǔn)確稱取2 g的乳清分離蛋白溶于88 g去離子水中,高速攪拌使其充分溶解,將溶液以800 r/min的速度攪拌30 min以確保完全分散和溶解,配成蛋白溶液,備用;準(zhǔn)確稱取2 g的纖維素(CNC,CMC,CNI,MCC)溶于pH3的醋酸鹽緩沖液(88 g)中,攪拌過(guò)夜,配成纖維素溶液,備用。蛋白溶液高速剪切,剪切過(guò)程中緩慢加入20 g椰子油形成粗乳狀液,纖維素溶液高速剪切,并緩慢加入粗乳狀液,再經(jīng)高壓均質(zhì)機(jī)(一級(jí)均質(zhì)壓力25 MPa,二級(jí)均質(zhì)壓力5 MPa)均質(zhì)2 次,制得四種雙層椰子油乳液,并用鹽酸調(diào)pH為5備用。

1.2.2 五種椰子油乳狀液的微觀流變學(xué)研究

1.2.2.1 椰子油乳狀液的均方位移(mean square displacement,MSD)曲線 采用Rheolaser Master光學(xué)法微流變儀對(duì)乳液的流變學(xué)特性進(jìn)行分析。將準(zhǔn)備好的透明石英樣品瓶(乳液約20 mL)放入25 ℃的等溫室中,經(jīng)實(shí)時(shí)多次的激光光源(波長(zhǎng)650 nm)掃描,得到乳液的強(qiáng)度去相關(guān)函數(shù),接著得到粒子的均方位移。

1.2.2.2 椰子油乳狀液的彈性因子(elasticity,EI) 彈性因子根據(jù)MSD平臺(tái)區(qū)高度的倒數(shù)計(jì)算，計(jì)算公式見(jiàn)式(1)。

EI=1/(MSD)

式(1)

1.2.2.3 椰子油乳狀液的宏觀粘度因子(macroscopic viscosity index,MVI) 宏觀粘度因子根據(jù)MSD曲線斜率的倒數(shù)計(jì)算，計(jì)算方程為式(2)。

MVI=1/(MSD Slope)

式(2)

1.2.2.4 椰子油乳狀液的固液平衡值(soild-liquid-balance,SLB) SLB值根據(jù)MSD彈性平臺(tái)區(qū)的斜率計(jì)算。固液平衡值的計(jì)算方程為式(3)。

SLB=MSD Slope plateau

式(3)

1.2.3 五種椰子油乳狀液的體外消化過(guò)程 參考Minekus等[22]分別制備不同離子濃度的口腔消化液(SSF)、胃消化液(SGF)和小腸消化液(SIF)備用,具體組分如表1。

表1 消化液的組成Table 1 The constituent of simulated digestion fluids

口腔消化階段階段:取30 mL乳狀液于燒杯中,加入21 mL SSF(含粘蛋白0.9 g),用NaOH調(diào)pH=7,37 ℃恒溫水浴震蕩(150 r/min)10 min。

胃消化階段:取30 mL口腔消化后的乳狀液于燒杯中,加入21 mL SGF,加入胃蛋白酶3 mL(10.67 mg/mL),用HCl調(diào)pH=3,37 ℃恒溫水浴震蕩(150 r/min)40 min。

小腸消化階段:取30 mL胃消化后乳狀液于燒杯中,加入21 mL SSF(含膽汁鹽0.28 g),加入胰脂肪酶3 mL(10 mg/mL),用NaOH調(diào)pH=7,使用激光粒度電位分析儀檢測(cè)體系pH,并用0.2 mol/L NaOH溶液滴定以維持體系pH恒為7,37 ℃恒溫水浴震蕩(150 r/min)2 h。

1.2.4 椰子油乳狀液消化過(guò)程脂肪酸釋放率測(cè)定 參考Yuan等[23]方法并進(jìn)行修改。使用式(4)計(jì)算釋放的游離脂肪酸(FFA)的百分比。

式(4)

式中:VNaOH:滴定消耗NaOH體積(L);mNaOH:NaOH溶液濃度(mol/L);Mlipid:樣品相對(duì)分子質(zhì)量(g/mol);Wlipid:樣品質(zhì)量(g)。

1.2.5 椰子油乳狀液在體外消化過(guò)程中物理性質(zhì)的變化

1.2.5.1 倒置顯微鏡觀察椰子油乳狀液消化液微觀結(jié)構(gòu) 采用倒置顯微鏡對(duì)消化前后的椰子油乳狀液進(jìn)行觀察,取1滴椰子油乳狀液,將其放于載玻片上,調(diào)節(jié)顯微鏡焦距,當(dāng)視野畫(huà)面清晰后進(jìn)行拍照。放大倍數(shù)為40×10倍。

1.2.5.2 椰子油乳狀液消化液粒徑的測(cè)定 采用激光粒度分析儀對(duì)消化前后的椰子油乳狀液進(jìn)行粒徑和粒徑分布的測(cè)定,應(yīng)用濕法分析,其中折光率設(shè)為1.59。粒徑大小以體積平均粒徑(D43)表示。

1.2.5.3 椰子油乳狀液消化液電位的測(cè)定 采用Nano-ZS90激光粒度電位分析儀對(duì)消化前后的椰子油乳狀液進(jìn)行電位測(cè)量,折光率設(shè)為1.45,由原乳液稀釋500倍后放入電位池中測(cè)量電位。

家長(zhǎng)在實(shí)施助教的過(guò)程中，教師應(yīng)遵循一定的指導(dǎo)原則進(jìn)行指導(dǎo)，把教育理念貫穿于指導(dǎo)過(guò)程中，并能根據(jù)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)提供幫助和調(diào)整，既不要嚴(yán)管高控，也不能放任自流。應(yīng)針對(duì)家長(zhǎng)的具體情況采用相應(yīng)的指導(dǎo)方法和策略，提高指導(dǎo)的針對(duì)性、實(shí)效性和科學(xué)性。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次,采用DPS 7.5軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并采用Origin 8.5軟件進(jìn)行作圖。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 椰子油乳狀液流變學(xué)特性分析

Xu等[24]發(fā)現(xiàn)殼聚糖的添加導(dǎo)致WPI-FG穩(wěn)定的葉黃素乳液的宏觀粘度和彈性指數(shù)增加,而且殼聚糖還增加了乳液中葉黃素的化學(xué)穩(wěn)定性,以防止降解。Kyujeory等[25]還使用動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)進(jìn)行了微流變學(xué)測(cè)量用來(lái)表征纖維素納米原纖維懸浮液的粘彈性,表明含有高濃度鹽的纖維素納米原纖維懸浮液顯示更多類固體行為。在此基礎(chǔ)上,在WPI穩(wěn)定的椰油乳液中分別添加CMC、CNI、MCC、CNC制備椰油乳液并對(duì)其流變學(xué)特性進(jìn)行研究。

2.1.1 椰子油乳狀液的均方位移(MSD)曲線 MSD曲線表示樣品中的顆粒在給定的去相關(guān)時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的平均面積。MSD曲線反應(yīng)樣品的粘彈性特征,在純粘性流體(牛頓流體)中,粒子MSD曲線與時(shí)間呈線性增長(zhǎng);而在一個(gè)粘彈性流體中,粒子的均方位移受到限制,粒子被困在三維微觀結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中,從而在MSD曲線與時(shí)間的關(guān)系曲線中形成一個(gè)平臺(tái)區(qū)。

圖1表示五種椰子油乳液的MSD曲線,WPI 與WPI-CMC乳液的MSD曲線為線性曲線,所以WPI和WPI-CMC為純牛頓流體,在相同的去相關(guān)時(shí)間內(nèi),WPI-CMC乳液的MSD值較WPI組低,運(yùn)動(dòng)的距離較短說(shuō)明CMC的加入增加了乳液的粘彈性;WPI-CNI、WPI-MCC、WPI-CNC乳液 MSD曲線分為開(kāi)始階段、平臺(tái)區(qū)(三維微觀結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò))、結(jié)束階段,因?yàn)槌霈F(xiàn)平臺(tái)區(qū),為粘彈性流體;WPI-MCC乳液的MSD曲線不平滑,說(shuō)明儀器未能很好的捕捉到顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡,乳液中顆粒運(yùn)動(dòng)并不規(guī)律,因此該乳液體系并不穩(wěn)定;WPI-CNC和WPI-CNI均出現(xiàn)了彈性平臺(tái)區(qū),WPI-CNC曲線的斜率幾乎為0,但WPI-CNI平臺(tái)區(qū)并不明顯,WPI-CNC乳液的彈性平臺(tái)區(qū)較WPI-CNI乳液的低,說(shuō)明WPI-CNC乳液體系在彈性平臺(tái)區(qū)運(yùn)動(dòng)的平均面積較少,粒子的位移受到限制,乳液表現(xiàn)出更多的彈性特征,突破平臺(tái)區(qū)后,WPI-CNC乳液的MSD曲線斜率明顯增高,且與去相關(guān)時(shí)間成線性關(guān)系,說(shuō)明粒子的運(yùn)動(dòng)速度增加。綜合來(lái)看,WPI和WPI-MCC穩(wěn)定的椰油乳液為純牛頓流體,乳液中粒子的運(yùn)動(dòng)是完全的自由運(yùn)動(dòng),WPI-MCC乳液體系穩(wěn)定性較差,WPI-CNC穩(wěn)定的椰油乳液體系有明顯的粘彈性特征。

圖1 椰子油乳液的MSD曲線Fig.1 MSD curve of coconut oil emulsion

2.1.2 椰油乳狀液的彈性因子(EI) 圖2表示五種椰子油乳液的彈性因子(EI),EI用于評(píng)價(jià)樣品彈性特征,EI與傳統(tǒng)機(jī)械流變學(xué)中G′的物理意義相同,EI隨著彈性增加而增加。如圖2所示,與WPI穩(wěn)定的椰油乳液體系相比,WPI與CNC復(fù)配后穩(wěn)定的椰油乳液彈性因子較高,說(shuō)明其彈性較好,這樣EI的升高通常歸因于較高的液滴間阻力,CNC的存在會(huì)導(dǎo)致致密的凝膠液滴的網(wǎng)絡(luò)形成和空間重排[24]。WPI-CNC的穩(wěn)定的椰油乳液彈性因子最大(P<0.05),說(shuō)明CNC的加入顯著增加了乳液的彈性,而彈性因子的值越大,乳液中的粒子可自由運(yùn)動(dòng)的空間越小。

圖2 椰油乳液的彈性因子Fig.2 Elasticity index of coconut oil emulsion注:*表示與WPI組相比有顯著性差異(P<0.05);圖3～圖4同。

2.1.3 椰子油乳狀液的宏觀粘度因子(MVI) 圖3表示五種椰子油乳液的宏觀粘度因子,宏觀粘度因子用于評(píng)價(jià)樣品的粘性特征,其物理意義與傳統(tǒng)機(jī)械流變中使用G″相同,宏觀粘度因子隨著粘度增加而增加。與單一蛋白體系相比,WPI與纖維素(MCC、CNC)復(fù)配后穩(wěn)定的椰油乳液粘性因子均高于單一的蛋白乳液,說(shuō)明復(fù)配體系的粘度大。與剪切流變學(xué)相比,光學(xué)微流變儀沒(méi)有提供任何類型的乳液改性,它監(jiān)測(cè)液滴的布朗運(yùn)動(dòng),并用微觀流變學(xué)對(duì)其進(jìn)行解釋[26]。從微觀角度來(lái)看,粘度從側(cè)面反映了顆粒流動(dòng)克服外力所需消耗的能量,液滴表面的粘性影響著能量消耗,粘性越高,對(duì)于剪切應(yīng)力從連續(xù)相傳達(dá)到液滴的速度越慢,液滴的流動(dòng)性越差,由此可見(jiàn),WPI與纖維素(MCC、CNC)復(fù)配后穩(wěn)定的椰油乳液液滴具有較低的粘性,較差的流動(dòng)性。另外,WPI與CNC穩(wěn)定的椰油體系存在架橋絮凝[27],粘度顯著升高。綜合來(lái)看,WPI穩(wěn)定的椰油乳液粘性最小,WPI-CNC穩(wěn)定的椰油乳液粘性最大(P<0.05)。

圖3 椰油乳液的粘性因子Fig.3 Macroscopic viscosity index of coconut oil emulsion

2.1.4 椰子油乳狀液的固液平衡值(SLB) 圖4表示五種椰子油乳液的固液平衡值,固液平衡值用于評(píng)價(jià)樣品的固液狀態(tài)。SLB=0.5時(shí),樣品的固體特征和液體特征是相等的,SLB值越低,樣品表現(xiàn)出更多的固體特征。由圖4得,椰油乳液的固液平衡值大小順序?yàn)閃PI-CNC

圖4 椰油乳液的固液平衡值Fig.4 Solid-liquid-balance of coconut oil emulsion

2.2 不同乳液體系對(duì)椰子油乳狀液小腸體外消化釋放率的影響

圖5 不同乳液體系對(duì)腸脂肪酸釋放率的影響Fig.5 Effect of different emulsion systems on intestinal fatty acid release rate

從圖5可以看出WPI-CNC乳液在小腸中脂肪酸釋放比較緩慢,半數(shù)釋放時(shí)間最長(zhǎng)(表2),且最大釋放率較其他組低,為23.51%(表2),這可歸因?yàn)閃PI-CNC乳液的粘彈性較高(圖2、圖3),乳液中的粒子可自由運(yùn)動(dòng)的空間小,這就減少了乳液液滴與胰酶和膽汁鹽的接觸面積,暴露的酶接觸位點(diǎn)減少[30],從而抑制椰油的體外消化;乳液的SLB值低,乳液中粒子運(yùn)動(dòng)的速率低,減緩了乳液中脂滴與酶和膽汁鹽的接觸速度,因而椰油乳液中脂肪酸釋放比較緩慢。另外,有研究表明[5]可能是高濃度的CNC能夠螯合膽汁鹽,通過(guò)限制膽汁鹽向乳化脂質(zhì)的緊密附近運(yùn)輸,減少脂滴的乳化,進(jìn)而阻礙了脂肪酶酶解作用,降低了脂肪酸的釋放率。但之前未有研究員探究過(guò)乳液的體消化特性和與流變學(xué)特性之間的聯(lián)系。

與僅WPI穩(wěn)定的椰油乳液相比,WPI-CNI與WPI-MCC組FFA釋放率略有降低(圖1)。WPI-CNI和WPI-MCC穩(wěn)定的椰油乳液的粘彈性較WPI組要高,乳液中的粒子可自由運(yùn)動(dòng)的空間小,因此最終的FFA釋放率較低;WPI-MCC穩(wěn)定的椰油乳液穩(wěn)定性差,更容易被酶破壞,因此半數(shù)釋放時(shí)間較短(表2)。另外有研究表明[31],在溶液中帶正電荷的CNI抑制油脂消化可歸因于其在胃腸道內(nèi)具備誘發(fā)陰離子膠體顆粒和其它消化液組分聚集的能力,對(duì)于CNI分子參與構(gòu)建的大型聚集體,一般結(jié)構(gòu)緊湊,脂肪酶分子難以順利與暴露在乳液液滴表面的三酰甘油分子剪切位點(diǎn)接觸,因此可減慢脂肪消化的速度。

WPI-CMC穩(wěn)定的椰油乳液的最大釋放率為44.18%(表2),與僅WPI包覆的乳液相比脂肪酸釋放率有了明顯的降低,可能是WPI在等電點(diǎn)以上時(shí)通過(guò)Ca2+與CMC復(fù)合成穩(wěn)定的復(fù)合體系,一方面膽汁鹽不易將CMC進(jìn)行置換,進(jìn)而減少了膽汁鹽與脂滴的界面面積,阻礙了脂滴的乳化,抑制了脂肪的完全消化[32]。

表2 不同乳液體系的腸最大釋放率及半數(shù)釋放時(shí)間Table 2 Maximal intestinal release rate and half release time of different emulsion systems

2.3 不同乳液體系在體外消化過(guò)程中物理性質(zhì)的變化

2.3.1 椰子油乳狀液消化液微觀結(jié)構(gòu) 由圖6可以看出除WPI-MCC乳液外,其他乳液的脂滴相對(duì)較小且在整個(gè)混合物中均勻分布,WPI-MCC乳液中出現(xiàn)絮凝,可能是MCC的溶解性差,乳化效果不佳,出現(xiàn)耗盡絮凝;進(jìn)入口腔階段后,WPI乳液和WPI-CNC乳液無(wú)明顯變化,WPI-MCC乳液的絮凝現(xiàn)象減弱,WPI-CMC乳液在口腔中出現(xiàn)輕微的液滴的聚集,可能是由于粘液蛋白的耗盡絮凝現(xiàn)象[23],WPI-CNI乳液在口腔中出現(xiàn)聚集可能是CNI在中性環(huán)境中不穩(wěn)定,出現(xiàn)絮凝現(xiàn)象[33],與之前不同pH對(duì)不同乳液粒徑的影響中的結(jié)果相一致;進(jìn)入胃消化階段,乳液均出現(xiàn)不同程度的絮凝現(xiàn)象,說(shuō)明界面蛋白收到蛋白酶的破壞,出現(xiàn)損耗絮凝現(xiàn)象,油滴發(fā)生聚集[5]。僅WPI乳液在胃中的聚集現(xiàn)象較其他組明顯,說(shuō)明纖維素對(duì)蛋白有保護(hù)作用,可以減少蛋白酶對(duì)蛋白的破壞。WPI-MCC乳液的聚集程度與WPI乳液相比,無(wú)明顯差異,說(shuō)明MCC對(duì)蛋白的保護(hù)作用較弱,WPI-CNC乳液聚集程度輕微,說(shuō)明MCC經(jīng)處理后制成的CNC能有效減少蛋白的破壞,可能是CNC與WPI之間的作用力較強(qiáng),不易被破壞[34]。另外,WPI-CMC的聚集現(xiàn)象相對(duì)于WPI、WPI-MCC、WPI-CNI乳液較輕微;進(jìn)入小腸階段后,乳液液滴整體較胃階段減少,可能是部分被油滴被分解,同時(shí),WPI-MCC、WPI-CNI、WPI-CMC乳液的聚集現(xiàn)象更加明顯,乳液變得不太穩(wěn)定。

圖6 椰油乳液消化液的微觀結(jié)構(gòu)(400×)Fig.6 Microstructure of different emulsion digestive juices(400×)

2.3.2 椰子油乳狀液消化液的粒徑分析

2.3.2.1 椰子油乳狀液消化液的平均粒徑 如圖7所示,WPI-MCC乳液的粒徑較高,與顯微鏡中的觀察到微觀結(jié)構(gòu)保持一致;到口腔后,由于乳液的pH高于原液,MCC在口腔的中性環(huán)境中較原液的酸性環(huán)境穩(wěn)定,液滴分散性較好,因此粒徑較小。

圖7 椰油乳液消化液的平均粒徑Fig.7 Average particle size of coconut oil digestive emulsion注:原液、口腔、胃、腸的pH分別為5、7、3、7。

WPI-CNI乳液在進(jìn)入口腔后粒徑迅速上升,與之前的微觀結(jié)構(gòu)保持一致;WPI、WPI-CMC、WPI-CNC乳液隨著體外消化的進(jìn)行粒徑逐漸增大,說(shuō)明消化過(guò)程中的酶對(duì)乳液液滴界面進(jìn)行了不同程度的破壞。WPI-CNC乳液在口腔和胃中的粒徑差別不大,可能的原因一是WPI-CNC在pH為3的環(huán)境中粒徑較pH為7要小,二是在胃中CNC與WPI作用力較強(qiáng),WPI的界面面積較小,不易被蛋白酶破壞,乳液在胃中相對(duì)較穩(wěn)定[32]。而進(jìn)入小腸后,膽汁鹽將乳液界面中的部分CNC進(jìn)行置換,蛋白的界面面積增加,被之前加入的胃蛋白酶所分解。部分油滴暴露在乳液體系中,出現(xiàn)耗盡絮凝,乳液粒徑增加。

2.3.2.2 椰子油乳狀液消化液的粒徑分布 如圖8所示,大多數(shù)WPI乳液液滴的粒徑范圍是0.2～2 μm,且只有單峰,說(shuō)明乳液較為均一,和顯微鏡中觀察到的微觀結(jié)構(gòu)相一致;乳液進(jìn)入口腔后,液滴的粒徑范圍為0.3～20 μm,出現(xiàn)雙峰,且與原液相比,分布在0.2～2 μm的液滴峰面積減少,說(shuō)明部分原乳液液滴出現(xiàn)了聚集,可歸因?yàn)槟M中粘蛋白分子引起的耗竭或架橋效應(yīng)[23];進(jìn)入胃后,液滴出現(xiàn)多峰,且粒徑分布在2～20 μm之間,說(shuō)明大部分乳液液滴出現(xiàn)了絮凝;進(jìn)入小腸后,粒徑分布在2～30 μm,且最大的峰集中分布在6～30 μm之間,說(shuō)明乳液出現(xiàn)絮凝現(xiàn)象,與膽汁鹽的置換作用相關(guān)[35]。綜合來(lái)看,消化對(duì)僅有蛋白包被的椰油乳液的粒徑影響較大,對(duì)乳液的穩(wěn)定性有破壞作用。

圖8 椰油乳液消化液的粒徑分布Fig.8 Particle size distribution of coconut oil emulsion digest

WPI-CMC乳液的粒徑分布在0.3～10 μm之間;進(jìn)入口腔后粒徑分布仍在0.3～10 μm之間,但其中最大的峰范圍為0.7～4 μm,分布相對(duì)較為集中,粒徑整體分布右移,少量乳液液滴發(fā)生絮凝;進(jìn)入胃消化后,乳液的粒徑分布在2～11 μm,分布明顯右移,說(shuō)明乳液發(fā)生聚集,可能因?yàn)槲钢衟H為3,WPI帶正電,CNC帶正電,加上胃蛋白酶對(duì)WPI蛋白的分解,WPI的量不足以中和CNC的負(fù)電荷,出現(xiàn)了架橋絮凝。進(jìn)入小腸后粒徑分布變化不大,但峰向左移,歸因于脂酶對(duì)脂質(zhì)小滴的消化。

WPI-CNC乳液粒徑分布在0.3～11 μm之間,其中主峰分布在1～3 μm之間,分布相對(duì)集中;進(jìn)入口腔后,分布范圍沒(méi)有顯著變化,但出現(xiàn)了雙峰,部分乳液發(fā)生絮凝;在胃中粒徑分布為1～11 μm,為單峰,分布相對(duì)較集中;進(jìn)入小腸階段后,出現(xiàn)了多峰的現(xiàn)象,且峰向右移,這些樣品的多峰分布可能是由于消化物中存在不同類型的膠體顆粒,例如不溶性鈣鹽[36]。

WPI-CNI乳液的粒徑分布2～12 μm;在口腔階段,粒徑分布為10～1000 μm,分布范圍廣,且出現(xiàn)了明顯的右移,一方面可歸因?yàn)檎车鞍椎男跄蚣軜蜃饔肹37],另外口腔pH為7,在等電點(diǎn)之上,WPI帶有強(qiáng)負(fù)電荷,CNI具有強(qiáng)正電荷,出現(xiàn)了CNI架橋效應(yīng),與電位測(cè)定結(jié)果保持一致。在胃階段,粒徑分布為2～200 μm,粒徑分布左移,可能原因是pH為3,WPI帶正電,架橋作用減弱,另一方面部分WPI被胃蛋白酶水解;進(jìn)入小腸階段,粒徑分布變化較小。

WPI-MCC乳液粒徑分布4～100 μm,分布較廣,乳液在pH為5時(shí)穩(wěn)定性較差;在口腔階段,粒徑分布在2～10 μm之間;在胃階段,粒徑分布為1.5～60 μm,出現(xiàn)雙峰并右移,可歸因于WPI的水解成多肽物質(zhì)以及絮凝或架橋效應(yīng);在小腸階段,出現(xiàn)三峰且出現(xiàn)右移,這些樣品的多峰分布可能是由于消化物中存在不同類型的膠體顆粒,例如不溶性鈣鹽[36]。

整體來(lái)看,口腔階段,除WPI-MCC乳液體系外,其他乳液體系進(jìn)入口腔后出現(xiàn)了峰右移或者雙峰現(xiàn)象;在胃階段,除WPI-CNI體系外,其他乳液體系出現(xiàn)峰右移現(xiàn)象;在腸階段,均出現(xiàn)了多峰現(xiàn)象。

2.3.3 椰子油乳狀液消化液的電位分析 如圖9所示,WPI乳液的電位為-42.2 mV,是因?yàn)閃PI在pH為7時(shí)大于等電點(diǎn),帶負(fù)電,當(dāng)其與CNI復(fù)配后,乳液轉(zhuǎn)變?yōu)檎娢?是因?yàn)镃NI在溶液中帶正電荷,CNI的正電荷通過(guò)靜電作用在WPI界面累積,使乳液呈現(xiàn)負(fù)電荷;WPI-MCC復(fù)配時(shí)電位-8.24 mV,接近0 mV,乳液不太穩(wěn)定,與之前的粒徑測(cè)定相一致。

圖9 椰油乳液消化液的電位分析Fig.9 Potential analysis of coconut oil digestive emulsion

口腔消化后,乳液的電位普遍減小,表面電位的降低可歸因于模擬唾液中礦物離子的靜電篩選以及粘蛋白吸附到脂滴表面的結(jié)合效應(yīng)[23,35]。

胃消化后,乳液的電位均減小,向0 mV靠近,可能是包覆在脂滴表面的蛋白質(zhì)(WPI)可能已被胃液中的蛋白酶部分消化,或蛋白質(zhì)分子在低于其等電點(diǎn)的低pH下帶正電荷(pI≈4.5),陰離子分子(來(lái)自模擬口腔階段的黏液蛋白)被吸收到陽(yáng)離子液滴表面,導(dǎo)致電荷中和。

腸消化后,與胃相(ζ=-13.43～-35.77 mV)相比,所有樣品在通過(guò)模擬小腸期(ζ=-24.50～-89.77 mV)后具有更高的負(fù)電荷。這種相對(duì)高的負(fù)電荷可歸因于各種類型的陰離子膠體包括膽鹽,甘油單酯,游離脂肪酸,多肽存在于模擬小腸液中[23,38-39]。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)的主要目的是構(gòu)建慢消化椰油遞送體系,并建立乳液微流變特性和體外消化特性之間的聯(lián)系,為設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)減肥產(chǎn)品提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。結(jié)果表明,WPI-CNC穩(wěn)定的椰油乳液體系粘彈性最高(P<0.05),乳液中的粒子不能自由運(yùn)動(dòng),乳液的固液平衡值最低(P<0.05),乳液中粒子運(yùn)動(dòng)的速率低;WPI-CNC穩(wěn)定的椰油乳液有最低的腸釋放率且釋放速率最為緩慢;除WPI-CNC穩(wěn)定的椰油乳液外,各乳液體系經(jīng)胃相消化后均出現(xiàn)明顯聚集,小腸消化后聚集程度增加;WPI、WPI-CNC、WPI-CMC穩(wěn)定的椰油乳液經(jīng)過(guò)口腔、胃、腸消化后平均粒徑依次增加,粒徑分布出現(xiàn)多峰現(xiàn)象;腸消化后,各乳液表面負(fù)電位增大。綜上,椰油乳液的流變學(xué)特性顯著影響其體外消化特性,WPI-CNC穩(wěn)定的椰油乳液體外消化程度最低且消化最慢,因此研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。