CN113558223A - 一种双重乳液的制备方法及其在虾青素载运中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高稳定性的双重乳液的制备方法及在虾青素载运中的应用。以含有凝胶类物质的溶液为内水相W1，以含有聚甘油蓖麻醇酸酯(PGPR)的甘油酯为油相O，在剪切乳化的条件下得到W1/O乳液。向初步获得的W1/O乳液加入有酪蛋白酸钠溶解的水相W2，经过高剪切处理得到W1/O/W2双重乳液，在形成的双重乳液最外层加入凝胶溶液再次进行剪切处理，得到最终的高稳定双重乳液。本发明可以使双重乳液具有更好的稳定性，进而使其在食品、药品、化妆品等领域中应用更广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种双重乳液的制备方法。具体地说是一种用于虾青素载运的高稳定性水包油包水(W/O/W)双重乳液的制备方法，属于食品制备技术领域。
背景技术
双重乳液又称多重乳液，是一种比较复杂的分散体系，由三相组成。常见的为亲水性W/O/W乳液、疏水性O/W/O乳液两种。双重乳液有许多优点使其在食品等领域具有潜在价值。包括：(1)包封香料、色素、维生素、营养物质、益生菌、酶等敏感性物质，可以利用其亲水或疏水能力、掩盖异味、提高其稳定性、增加其活性，以及有针对性的控制它们的释放；(2)与传统简单的O/W乳液相比，降低了W/O/W乳剂中的脂肪含量，可以应用于低脂食品中，符合现代人饮食追求低脂的理念。
双重乳液由于其热力学的不稳定性而在应用时受到限制。包括(1)水分子在内外水相之间的扩散；(2)水和油滴的聚集、絮凝、聚结(发生在内相和双乳液滴之间)，双重乳液有分解的趋势；(3)双重乳液内外相之间渗透压差异；(4)组分在内部和外部水相之间的迁移。
为了提高稳定性，可以调节一些参数，包括界面表面活性剂的类型和浓度、油的性质水相之间的渗透压、溶解在水相中的分子之间的扩散能力、内外水相以及油相的体积分数。Andés L.Márquez等认为(参考文献：Marquez,A.L.,et al.,Effect of calcium saltsand surfactant concentration on the stability of water-in-oil(w/o)emulsionsprepared with polyglycerol polyricinoleate.J Colloid Interface Sci,2010.341(1):p.101-8.)，使W/O/W乳液更稳定的第一步应该使W/O乳液稳定，他们以聚甘油蓖麻醇酸酯为油相乳化剂制成O/W乳液包埋钙离子发现乳液的聚集和沉降稳定性得到了提高。Kerstin Frank等通过在内外水相中加入果胶使得内水相更加稳定来稳定双重乳液(参考文献：Frank,K.,et al.,Stability of Anthocyanin-Rich W/O/W-Emulsions Designedfor Intestinal Release in Gastrointestinal Environment.Journal of FoodScience,2012.77(12):p.N50-N57)。Jonathan O’Regan通过用酪蛋白酸钠溶液作为最外层亲水乳化剂来稳定双重乳液(参考文献：Regan,J.O.and D.M.Mulvihill,Water solubleinner aqueous phase markers as indicators of the encapsulation properties ofwater-in-oil-in-water emulsions stabilized with sodium caseinate.FoodHydrocolloids,2009.23(8):p.2339-2345.)。Chen等采用两步法用明胶、小麦醇溶蛋白，玉米油(PGPR为亲脂乳化剂)构建的双重乳液，通过对以明胶为水相的pH的调节来稳定乳液。大多数学者通过加入亲水或疏水乳化剂来防止水和油滴之间发生聚集，或者在内水相中加入凝胶类物质防止内水相中水分子的迁移来稳定双重乳液(参考文献：Chen,X.,et al.,Coencapsulation of(-)-Epigallocatechin-3-gallate and Quercetin in Particle-Stabilized W/O/W Emulsion Gels:Controlled Release and Bioaccessibility.JAgricFood Chem,2018.66(14):p.3691-3699.)。
虾青素具有极强的抗氧化能力，可以有效清除自由基，有效的抑制自由基引起的脂质过氧化作用，在保健食品中具有广阔的应用前景。但是虾青素的不稳定性限制了其在食品工业中的应用。因此，采用双重乳液稳定虾青素在保健食品领域具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是提高双重乳液的稳定性，并使其能够稳定负载虾青素。
为了达成上述目的，本发明的设计思路是在双重乳液内水相和外水相中加入凝胶类物质，使得内水相和外水相形成凝胶网络状结构。固定内外水相中的组分，降低水分子在内外水相之间的扩散以及组分在内外水相的迁移，使得内水相和外水相各自稳定，进而提高双重乳液的稳定性，制备一种高稳定性的双重乳液，并将之应用到虾青素的载运中。
因此，本发明选择在油相加入疏水乳化剂，外水相加入亲水乳化剂，并且同时在内水相和外水相加入凝胶类物质，使得双重乳液达到更好的稳态效果。
本发明公开一种双重乳液的制备方法。以含有凝胶类的物质的溶液为内水相W1，以含有聚甘油蓖麻醇酸酯的甘油酯为油相O，在剪切乳化的条件下得到W1/O乳液。向初步获得的W1/O乳液加入有酪蛋白酸钠溶解的水相W2，经过剪切处理得到双重乳液，最后加入凝胶类的溶液再次剪切形成高稳定的双重乳液。具体包括如下步骤：
S1、水相W1的制备：将凝胶物质A溶于去离子水形成质量分数3～15％的溶液，得到水相W1；
S2、油相O的制备：将聚甘油蓖麻醇酸酯与甘油酯混合搅拌，待聚甘油蓖麻醇酸酯完全溶解后，得到油相O；
S3、W1/O型初级乳液的制备：将步骤S1获得的水相W1与步骤S2获得的油相O按照比例混合，通过剪切处理获得W1/O型初级乳液；所述剪切处理的剪切速率为8000～15000r/min，剪切时间为5～14min；
S4、水相W2的制备：将酪蛋白酸钠溶解于去离子水，进行搅拌，形成溶液浓度为0.1～5wt％的水相W2；
S5、凝胶溶液的制备：将凝胶物质B溶于去离子水，进行加热搅拌直至溶解，制成质量分数0.5％～10％的凝胶溶液；
S6、W/O/W乳液的制备：向步骤S3所获得的W1/O型初级乳液加入步骤S4获得的水相W2，经过剪切处理得到W/O/W乳液；所述剪切处理的剪切速率为8000～15000r/min，剪切时间为5～14min；
S7、稳定W/O/W乳液的制备：将步骤S5获得的凝胶溶液加入步骤6所获得的W/O/W乳液中，经过剪切处理制备得到稳定W/O/W乳液；所述剪切处理的剪切速率为8000～15000r/min，剪切时间为5～14min。
优选的是，所述凝胶物质A与所述凝胶物质B包括明胶、果胶、结冷胶、阿拉伯胶和海藻酸钠。
优选的是，所述步骤S2中，所述甘油酯包括大豆油、葵花籽油、花生油、芝麻油、玉米油和海藻油。
优选的是，所述步骤S2包括将所述聚甘油蓖麻醇酸酯与所述甘油酯混合后在55～70℃条件下搅拌5～30min，待所述聚甘油蓖麻醇酸酯完全溶解后，得到所述油相O；所述聚甘油蓖麻醇酸酯与所述甘油酯质量比为2～8％。
优选的是，所述步骤S3中，W1/O型初级乳液中水相与油相的体积比为1:9～5:5。
优选的是，所述步骤S6中，所述水相W2与所述W1/O初级乳液体积比为9:1～5:5。
优选的是，所述步骤S7中，所述W/O/W乳液与加入凝胶溶液体积比为5:1～5:5。
一种根据所述双重乳液的制备方法制备的W/O/W乳液在虾青素载运中的应用。
本发明的有益效果如下：
本发明制备的双重乳液，其内水相冷却后可形成凝胶状网络，可用来包埋不稳定的水溶性物质，外水相中的酪蛋白酸钠可在双重乳液液滴表层形成保护层，提高乳液稳定性。外水相最终加入的凝胶溶液也会形成凝胶状包裹在双重乳液外表面，固定液滴，使双重乳液的稳定性更好。相比只有酪蛋白酸钠稳定外水相的双重乳液以及只有内水相添加凝胶溶液的双重乳液，本发明的稳定性有明显的提高(图1)，30天的贮藏期间未发生相分离。相同条件下的贮存期间通过乳液负载的虾青素(ASTE)比单独油溶解的虾青素(AST)的衰减率更低，贮藏3天时的乳液中虾青素衰减率仅为12.32％，而油中虾青素衰减率达到33.20％；当贮藏7天后，乳液中虾青素的衰减率略有增加，但油相中未被乳液负载的虾青素衰减率高达79.87％。本发明可提高虾青素的稳定性，拓展双重乳液在保健食品中的应用。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的双重乳液的30天贮存外观图。
图2为本发明实施例1制备的双重乳液微观图。
图3为本发明实施例1制备的双重乳液扫描电镜图。
图4为本发明实施例2制备的双重乳液的30天贮存外观图。
图5为本发明实施例2制备的双重乳液微观图。
图6为本发明实施例2制备的双重乳液扫描电镜图。
图7为本发明实施例3制备的双重乳液的30天贮存外观图。
图8为本发明实施例3制备的双重乳液微观图。
图9为本发明实施例3制备的双重乳液扫描电镜图。
图10为本发明实施例4制备的虾青素负载的双重乳液微观图和表观图。
图11为本发明对比例1制备的双重乳液微观图和表观图。
图12为本发明对比例2制备的双重乳液微观图和表观图。
图13为本发明制备的乳液与未添加凝胶乳液的双重乳液稳定性对比的外观图。
图14为本发明实施例1制备的负载虾青素的双重乳液以及未负载的虾青素油在相同贮藏条件下衰减率的对比图。
具体实施方式
以下通过若干实施例进一步详细说明本发明的技术方案。然而，所选的对比例和实施例仅用于说明本发明，而不限制本发明的范围。
本发明主要通过分散机(IKA,T18 ULTRA digital TURRAX)制备乳液，主要试剂为酪蛋白酸钠、明胶、聚甘油蓖麻醇酸酯和结冷胶，实验用水均为去离子水。
实施例1
一种双重乳液的制备方法，具体步骤如下：
1、取0.8g明胶溶于10mL去离子水中，浸泡45min，在70℃水浴下搅拌溶解作为内水相W1，冷却后备用。在60℃，将4％(w/v)聚甘油蓖麻醇酸酯与大豆油10mL混合搅拌20min，聚甘油蓖麻醇酸酯完全溶解后得到油相O。水相W1和油相O按照体积比1:4的比例进行剪切，剪切条件为15000r/min，7min。剪切后得到初级乳液W1/O。
2、取1.5g酪蛋白酸钠加入50mL去离子水中，搅拌12h后形成的溶液作为外水相W2。
3、取初级乳液1mL在13000r/min剪切速率下缓慢加入2.4mL外水相W2，即按照体积比2:3的比例进行剪切7min，获得双重乳液。
4、取3mL上述制备的双重乳液，加入2％wt的结冷胶溶液0.6mL，再次进行剪切，剪切条件为13000r/min，5min。剪切后的到最终稳定的双重乳液。
本实施例中所得双重乳液稳定性较好(图1)，经过染色后可以看到黑色部分为水相，水包油包水双重结构清晰(图2)，通过扫描电镜图像(图3)可以看到清晰的内部乳液液滴，凝胶溶液的加入使得内外层形成了凝胶网络状结构固定内外水相内的水分子，防止其在两相间迁移，使得双重乳液更稳定。
实施例2
一种双重乳液的制备方法，具体步骤如下：
1、取1g明胶溶于10mL去离子水中，浸泡45min，在70℃水浴下搅拌溶解作为内水相W1，冷却后备用。在55℃，将5％(w/v)聚甘油蓖麻醇酸酯与大豆油10mL混合搅拌30min，表面活性剂完全溶解后得到油相O。水相W1和油相O按照体积比1:4的比例进行剪切，剪切条件为14000r/min，7min。剪切后得到初级乳液W1/O。
2、取1.5g酪蛋白酸钠加入50mL去离子水中，搅拌12h后形成的溶液作为外水相W2。
3、取初级乳液2mL在10000r/min剪切速率下缓慢加入3mL外水相W2，即按照体积比2:3的比例进行剪切10min，获得稳定的双重乳液。
4、取4mL上述制备的双重乳液，加入3％wt的结冷胶溶液0.8mL，再次进行剪切，剪切条件为13000r/min，5min。剪切后的到最终稳定的双重乳液。
本实施例中所得双重乳液稳定性较好(图4)，乳液的双重结构比较清晰(图5)，通过扫描电镜图像(图6)可以看到清晰的内部乳液液滴，在内水相和外水相中加入凝胶溶液使得内外层形成了凝胶网络状结构，使得内外水相固化，提高了双重乳液的稳定性。
实施例3
一种双重乳液的制备方法，具体步骤如下：
1、取1g明胶溶于10mL去离子水中，浸泡45min，在70℃水浴下搅拌溶解作为内水相W1，冷却后备用。在60℃，将4％(w/v)聚甘油蓖麻醇酸酯与大豆油10mL混合搅拌20min，聚甘油蓖麻醇酸酯完全溶解后得到油相O。水相W1和油相O按照体积比1:4的比例进行剪切，剪切条件为13000r/min，7min。剪切后的到初级乳液W1/O。
2、取1.5g酪蛋白酸钠加入50mL去离子水中，搅拌12h后形成的溶液作为外水相W2。
3、取初级乳液4mL在13000r/min剪切速率下缓慢加入6mL外水相W2，即按照体积比2:3的比例进行剪切10min，获得稳定的双重乳液。
4、取3mL上述制备的双重乳液，加入3％wt的结冷胶溶液2.4mL，再次进行剪切，剪切条件为10000r/min，7min。剪切后的到最终稳定的双重乳液。
本实施例中所得双重乳液稳定性较好(图7)，水相与油相结构清晰(图8)，如图9所示，通过扫描电镜图像可以看到清晰的内部乳液液滴，在内水相中添加凝胶溶液使内部水分子固化，稳定内水相，外水相添加凝胶溶液再次固化，并且形成凝胶网络结构，减少水分子在两相间迁移，使得双重乳液更稳定。
实施例4
一种虾青素载运的双重乳液的制备方法，具体步骤如下：
1、取1g明胶溶于10mL去离子水中，浸泡45min，在70℃水浴下搅拌溶解作为内水相W1，冷却后备用。在65℃，将5％(w/v)聚甘油蓖麻醇酸酯与大豆油10mL混合搅拌30min，聚甘油蓖麻醇酸酯完全溶解后，冷却至室温，加入0.2g虾青素，搅拌至全部溶解得到油相O。水相W1和油相O按照体积比1:4的比例进行剪切，剪切条件为13000r/min，7min。剪切后的到初级乳液W1/O。
2、取1.5g酪蛋白酸钠加入50mL去离子水中，搅拌12h后形成的溶液作为外水相W2。
3、取初级乳液4mL在12000r/min剪切速率下缓慢加入6mL外水相W2，即按照体积比2:3的比例进行剪切12min，获得稳定的双重乳液。
4、取3mL上述制备的双重乳液，加入2％wt的结冷胶溶液1.4mL，再次进行剪切，剪切条件为8000r/min，7min。剪切后的到最终稳定的双重乳液。
如图10所示，本实施例中所得双重乳液稳定性较好，在内水相和外水相中加入凝胶溶液使得内外层形成了凝胶网络状结构固定内外水相内的水分子，防止其在两相间迁移，使得双重乳液更稳定。虾青素被负载于双重乳液中，可以减少其分解，提高利用率，负载率可以达到58.63％。
负载率(EE)计算如下：
其中，C0为添加到乳液中的原始虾青素浓度，CAST为乳液中释放出的虾青素浓度。
将实施例4的微观图(图10)与实施例1、2、3的微观图(图2、5、8)进行对比也可以看到：随着外水相结冷胶溶液添加量和浓度的增加，图中粒径呈现一个减小的趋势，稳定性也进一步增强。
对比例1
本对比例只在内水相中添加凝胶类物质制备双重乳液。
一种双重乳液的制备方法，具体步骤如下：
1、取0.5g明胶溶于10mL去离子水中，浸泡45min，在70℃水浴下搅拌溶解作为内水相W1，冷却后备用。在60℃，将5％(w/v)聚甘油蓖麻醇酸酯与大豆油10mL混合搅拌20min，聚甘油蓖麻醇酸酯完全溶解后得到油相O。水相W1和油相O按照体积比1:4的比例进行剪切，剪切条件为13000r/min，7min。剪切后的到初级乳液W1/O。
2、取1.5g酪蛋白酸钠加入50mL去离子水中，搅拌12h后形成的溶液作为外水相W2。
3、取初级乳液2mL在13000r/min剪切速率下缓慢加入3mL外水相W2，即按照2:3的比例进行剪切10min，获得双重乳液。
本对比例中所得双重乳液稳定性较差(图11)，虽然有双重乳液的典型微观结构，没有破乳，只有内部形成凝胶网络结构，但制备完毕第一天就已经分层，说明只有在内水相中添加凝胶类溶液不能使双重乳液变得稳定。
对比例2
本对比例只在外水相中添加凝胶类物质制备双重乳液。
一种双重乳液的制备方法，具体步骤如下：
1、在60℃，将4％(w/v)聚甘油蓖麻醇酸酯与大豆油10mL混合搅拌20min，聚甘油蓖麻醇酸酯完全溶解后得到油相O。以去离子水为水相，水相W1和油相O按照体积比1:4的比例进行剪切，剪切条件为13000r/min，7min。剪切后的到初级乳液W1/O。
2、取1.5g酪蛋白酸钠加入50mL去离子水中，搅拌12h后形成的溶液作为外水相W2。
3、取初级乳液2mL在13000r/min剪切速率下缓慢加入3mL外水相W2，即按照体积比2:3的比例进行剪切10min，获得稳定的双重乳液。
4、取3mL上述制备的双重乳液，加入2％wt的结冷胶溶液0.6mL，再次进行剪切，剪切条件为13000r/min，5min。剪切后得到双重乳液。
本对比例中所得双重乳液稳定性较差(图12)，虽然有双重乳液的微观结构，没有破乳，但制备完毕后第一天就已经分层；说明只有在外水相中添加凝胶类溶液不能使双重乳液变得稳定。
图13为添加不同浓度凝胶溶液和未添加凝胶溶液制备的双重乳液稳定性的对比，相比于未添加凝胶溶液的双重乳液，本发明方法制备的双重乳液(即添加凝胶溶液)的稳定性有明显的提高，在30天的贮藏期间未发生相分离。
图14表明相同条件下的贮存期间通过乳液负载的虾青素(ASTE)比单独油溶解的虾青素(AST)的衰减率更低，贮藏3天时的乳液中虾青素衰减率仅为12.32％，而油中虾青素衰减率达到33.20％；当贮藏7天后，乳液中虾青素的衰减率略有增加，但油相中未被乳液负载的虾青素衰减率高达79.87％。本发明可提高虾青素的稳定性，拓展双重乳液在保健食品中的应用。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为是对本发明的限制。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的基础上，凡是在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种双重乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、水相W1的制备：将凝胶物质A溶于去离子水形成质量分数3～15％的溶液，得到水相W1；
S2、油相O的制备：将聚甘油蓖麻醇酸酯与甘油酯混合搅拌，待聚甘油蓖麻醇酸酯完全溶解后，得到油相O；所述聚甘油蓖麻醇酸酯与所述甘油酯质量比为2～8％；
S3、W1/O型初级乳液的制备：将步骤S1获得的水相W1与步骤S2获得的油相O混合，通过剪切处理获得W1/O型初级乳液；所述剪切处理的剪切速率为8000～15000r/min，剪切时间为5～14min；
S4、水相W2的制备：将酪蛋白酸钠溶解于去离子水，进行搅拌，形成溶液浓度为0.1～5wt％的水相W2；
S5、凝胶溶液的制备：将凝胶物质B溶于去离子水，进行加热搅拌直至溶解，制成质量分数0.5～10％的凝胶溶液；
S6、W/O/W乳液的制备：向步骤S3所获得的W1/O型初级乳液加入步骤S4获得的水相W2，经过剪切处理得到W/O/W乳液；所述剪切处理的剪切速率为8000～15000r/min，剪切时间为5～14min；
S7、稳定W/O/W乳液的制备：将步骤S5获得的凝胶溶液加入步骤S6所获得的W/O/W乳液中，经过剪切处理得到稳定W/O/W乳液；所述剪切处理的剪切速率为8000～15000r/min，剪切时间为5～14min。
2.根据权利要求1所述的双重乳液的制备方法，其特征在于，所述凝胶物质A与所述凝胶物质B包括明胶、果胶、结冷胶、阿拉伯胶和海藻酸钠。
3.根据权利要求1所述的双重乳液的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述甘油酯包括大豆油、葵花籽油、花生油、芝麻油、玉米油和海藻油。
4.根据权利要求1所述的双重乳液的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括将所述聚甘油蓖麻醇酸酯与所述甘油酯混合后在55～70℃条件下搅拌5～30min，待所述聚甘油蓖麻醇酸酯完全溶解后，得到所述油相O。
5.根据权利要求1所述的双重乳液的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，W1/O型初级乳液中水相与油相的体积比为1:9～5:5。
6.根据权利要求1所述的双重乳液的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中，所述水相W2与所述W1/O初级乳液体积比为9:1～5:5。
7.根据权利要求1所述的双重乳液的制备方法，其特征在于，所述步骤S7中，所述W/O/W乳液与加入凝胶溶液体积比为5:1～5:5。
8.一种根据权利要求1～7中任一权利要求所述双重乳液的制备方法制备的W/O/W乳液在虾青素载运中的应用。
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