当前位置：首页>行业聚焦

乳状液及其在功能食品中的应用研究进展

   消费者对于食品关注度的上升使得食品领域中出现了一种特殊的新型产品，这就是已为人们所熟知的“功能食品”。作为功能食品，必须有明确的天然功效成分即功能因子，并被科学证实具有调节人体生理功能的作用。显然，功能因子是在功能食品中真正起生理作用的成分，是生产功能食品的关键［1］。根据国家标准GB16740 －1997 《保健( 功能) 食品通用标准》［2］，能通过激活酶的活性或其他途径，调节人体机能的物质，称为功能因子。由于大多数食品体系都以水作为基质，因此水溶性的功能因子可以直接以溶液的形式添加于食品中并在食用过程中被人体吸收，因而也具有较好的生物利用率［3］。然而也有许多常用的功能因子是脂溶性的，如多不饱和脂肪酸、类胡萝卜素、脂溶性维生素等，这些物质在功能食品中的应用由于其溶解性而受到限制。乳状液则为这些物质在食品中的应用提供了一种新的途径。乳状液一般是由两种或两种以上不相溶的液体( 油相和水相) 相混合，其中一种液体以小液滴( 0. 1 ～ 100μm) 的形式分散于另外一种液体中形成的分散系［4］。根据两相之间的分散情况，乳状液一般被分为水包油型( O/W) 乳状液和油包水型( W/O) 乳状液。若油相以小油滴的形式分散于连续的水相中，则形成O/W 型乳状液，常见的有牛奶、奶油、色拉酱、蛋黄酱和各种汤等;若水相以小液滴的形式分散于连续的油相，则被称为W/O 型乳状液，包括人造奶油和黄油等［4］，这些都属于传统乳状液。在此基础之上，逐渐发展出了微乳、纳米乳液等受到广泛关注的功能因子传递系统，这主要是因为它们都可以以食品级材料为原料，通过相对简单的加工方式如混合、剪切和均质来进行制备［5］。在更为复杂的系统中，可以形成多层乳状液( W/O/W 或O/W/O) 或多重乳状液，主要被用于药物或功能性物质的靶向传递［6］。
    1· 乳状液的分类及简介
    1. 1 传统乳状液
    传统乳状液是将油相和水相混合，并在添加乳化剂后均质而成，由于其中的油和水分子之间的接触是不利于乳液稳定的，因此乳液是热力学不稳定体系，会随着贮存时间的延长而发生不稳定现象( 图1) ［7］，如重力分层、絮凝、聚结、奥斯瓦尔德熟化等［4］。传统乳状液颗粒粒径较大，在100nm 和100μm 之间，因此呈现出较为混浊或不透明的状态［4 － 5］。传统乳状液中应用较多的主要是O/W 型乳状液，多用于一系列生物活性油脂( 如ω － 3 脂肪酸) 的包埋和传递。但传统乳状液自身的物理稳定性低，在加热、冷却、冷冻、干燥、极端pH、高矿物质含量等条件下容易发生破乳现象，因而其在食品中的应用受到一定程度的限制［4］。
   
    1. 2 纳米乳液
    纳米乳液也是热力学不稳定体系，主要由油、表面活性剂以及水组成［5］。纳米乳液又被称为“迷你乳液”，组成纳米乳液的液滴( 粒径＜100nm) 远远小于( 10 倍或以上) 普通乳状液中的液滴，因此纳米乳液是呈透明或轻微混浊状态的［5，8］。近年来，纳米乳液由于具有更好的物理稳定性、透光率和生物利用率，因此在保护和传递脂溶性功能成分方面得到了迅速的发展，有逐渐取代传统乳状液的趋势。另外，还有研究表明纳米乳液可以提高脂溶性生物活性化合物( 如β －胡萝卜素) 的生物利用率［9］。
    近年来还出现了一些由纳米乳液发展而来的新型胶体传递系统也被很好地应用于食品中。例如，固体脂质纳米粒( SLN) 最初是医药行业中发展出来的一种新型的传递系统，主要用于亲油性生物活性化合物的传递。SLN 是由结晶化的纳米乳液组成的，而这种纳米乳液的分散相则由一种固体脂质载体和生物活性成分的混合物组成。SLN 的核是由固体脂质组成的，生物活性成分分散在固体脂基质中，这种颗粒由单一表面活性剂或者多种表面活性剂混合形成的表面活性剂层进行稳定。SLN 的物理和化学稳定性由两个不同的方面控制，即SLN 悬浮液保持均一状态的能力( 悬浮液稳定性) 和结晶态基质抵抗重结晶的能力( 基质稳定性) ［10］。目前，SLN 在功能食品行业中多用于类胡萝卜素、ω － 3 脂肪酸或植物甾醇等生物活性成分的传递。
    1. 3 微乳液
    与传统乳状液不同，微乳液是各向同性、热动力学稳定、光学透明的液态体系，其中，两种不相溶的液体( 如水和油) 通过适当的表面活性剂或者表面活性剂－ 助表面活性剂混合物融合在一起形成均一的体系［11］。微乳具有比可见光的波长( λ = 390 ～ 750 nm) 更小的颗粒粒度( 粒径＜ 50nm) ，这说明其光散射能力比较弱，因此微乳也表现出比较透明或者轻微混浊的状态［12］。微乳一般比纳米乳液和传统乳状液更容易制备，但需要更高的表面活性剂浓度［5］。Ｒozner 等人［13］已经通过实验证实了微乳在传递脂溶性分子( 如药物或营养物质) 的过程中可以与膳食混合胶束在小肠中相互作用形成一种新型的混合胶束，从而使这些脂溶性分子被人体吸收。由于微乳和纳米乳液在外观上的这种透明或轻微混浊的状态，因此它们主要被应用于亲油活性成分在透明的水相基质食品中或饮料中的传递，如一些营养强化水、软饮料、调味汁和蘸料等［14］。
    1. 4 多层乳状液
    多层乳状液是通过层层( layer － by － layer，LbL) 静电沉积的原理，使用多步法进行制备而成的( 图2) ［6， 17］: 首先在水相与油相的混合物中加入乳化剂制备第一层乳状液，即带电荷的乳液液滴悬浮液; 然后在已经制备好的单层乳状液中加入一种带相反电荷的生物聚合物( 如多糖) ，通过与乳液液滴间的静电吸附作用在液滴表面形成一层界面膜，即成为双层乳状液; 如果再在制备好的双层乳状液中加入另外一种与第二层乳液所带电荷相反的生物聚合物，则通过同样的原理可形成三层乳状液。这种多层乳状液中常用的带电荷的生物聚合物一般是大分子物质如蛋白质和多糖等。由于这些生物大分子层为乳液液滴提供了更强的静电排斥作用和空间位阻作用，因此这样制备而成的多层乳状液相比于单层乳状液而言具有更好的稳定性，从而可以更好地抵抗外界环境中pH、温度以及离子强度等条件的变化［18］。多层乳状液作为一种新型的传递系统，近年来在食品领域中也得到了一定的发展，如Mao 等人［19］制备了乳清分离蛋白－ 果胶的多层乳状液，并研究了pH、离子强度以及人工唾液等因素对乳液稳定性的影响; Hou 等人［20 － 21］研究了由大豆溶解性多糖－ 壳聚糖制备的β － 胡萝卜素乳液的理化稳定性、流变性质以及壳聚糖分子量对乳液稳定性和流变性质的影响。
   
    1. 5 多重乳状液
    多重乳状液是一种O/W 和W/O 型乳液共存的复杂体系，主要有水包油包水( W/O/W) 和油包水包油( O/W/O) 2 种类型，其中W/O/W 型更为常见［22］。多重乳状液通常使用两步法进行制备( 图3) ［23］:
    
    ( 1) 初次均质: 将油相和水相( W1) 混合并加入脂溶性乳化剂进行均质，制成W/O 型乳状液;
    ( 2) 二次均质: 将第一步中制成的W/O 型乳状液与第二种水相( W2) 混合，加入一种水溶性乳化剂后进行均质，即制成W/O/W 型多重乳状液。最终制备的W/O/W 型多重乳状液结构如图3 所示，由包含水相( W1) 液滴的油滴分散于水相连续相( W2) 中组成［4］。W/O/W 型多重乳状液目前在食品领域中主要应用于食品脂质含量的改善、功能性成分包括矿物质、维生素、类胡萝卜素等物质的传递以及盐含量的控制等［24］。
    
    2·乳状液在功能因子传递中的应用
    由于乳液中油相和水相可以均匀分散，因此多用于水溶性和脂溶性功能因子的传递，如维生素、多酚、植物甾醇等。乳液可以以液态的形式直接使用，也可以将制备好的乳液进行干燥( 喷雾干燥、滚筒干燥或冷冻干燥) 成为粉体形式使用［25］。乳液在应用过程中最关键的两点是要保持良好的稳定性并使功能因子具有较好的生物利用率，可以被人体消化吸收。目前在以乳液作为传递系统对功能因子进行传递的研究中，维生素E、多酚和β － 胡萝卜素这几种物质受到最为广泛的关注。
    2. 1 维生素E 的传递
    维生素E 具有抗氧化功能和其它非抗氧化生物活性，是一种非常重要的微量营养素，被广泛用作食品、药品和化妆品中的功能成分。然而，由于维生素E 的化学不稳定性、低水溶性和生物利用率的可变性，增加了其在商业化产品中应用的难度。其中α － 生育酚形式是在食品中最常用的，但这种形式具有高度的氧化不稳定性，因此可能在产品的加工、贮藏和消费利用过程中由于化学降解而损失。另外维生素E 分子的低水溶性使其不能直接溶解于食品的水相介质中［26］，因而也限制了其在食品工业中的应用。这些问题可以通过以乳液作为维生素E 的传递系统来解决，使维生素E 可以稳定存在于食品体系中。
    目前，关于乳液作为维生素E 的传递系统这一领域的研究主要集中于维生素E 的生物利用率方面。一般来说，维生素E 在消化吸收过程中必须首先从食品基质中释放出来，然后合并成为混合胶束，之后穿过黏液层，最后被小肠中的上皮细胞吸收［26］。Mayer 等人［27］研究了不同乳液制备方法( 相转变法与微射流法) 、表面活性剂与油的比例( SOＲ) 对维生素E 生物利用率的影响，用胃肠道( GIT) 模型模拟了维生素E 乳液在口腔、胃和小肠中的消化吸收情况。结果表明，不同乳液制备方法对油脂的消化吸收和维生素E 的生物利用率影响不大，SOＲ 值只对油脂的消化吸收产生一定影响，而不会影响维生素E 的生物利用率，并且所有样品中的维生素E 醋酸酯的生物利用率都在95%以上。因此，乳液作为维生素E 的一种传递系统，无论是在维生素E 的化学稳定性方面还是在其生物利用率方面，都是具有较大优势的。
    2. 2 多酚的传递
    近年来，多酚由于其对人体健康潜在的益处，因而在功能食品、营养品和药品领域的研究和应用受到较多关注。然而，多酚的实际效用取决于其活性成分的稳定性、生物活性和生物利用率的保留情况。另外，大多数多酚化合物的异味也限制了其在食品工业中的应用［25］。乳液作为多酚的一种传递系统为这一系列问题提供了很好的解决方案。美国一项名为“功能乳液”的专利［28］，是将多酚溶解于添加了聚甘油油酸酯的乙醇中，然后加入植物油进行均质乳化，最终得到“油包乙醇”( E /O) 型或“水包油包乙醇”( E /O/W) 型乳液。这些乳液可以作为多酚的传递系统应用于药品、营养品或食品工业。目前关于多酚乳液的研究主要致力于减少脂质的氧化或者增加乳液中油脂的稳定性。最近的一项研究［29］通过在石榴汁中添加橄榄油和多酚并制备成乳液，最终制作出了一种富含多酚的调味汁，这种调味汁多酚含量高，抗氧化效果较好。另外，多酚添加到含鱼油、不饱和脂肪酸等易被氧化的油脂的乳液中作为抗氧化剂，也是目前研究的热点。
    2. 3 β － 胡萝卜素的传递
    乳液作为β － 胡萝卜素的传递系统也是近年来受到广泛关注的一个研究方向。β － 胡萝卜素、α － 胡萝卜素和隐黄素是维生素A 的天然类胡萝卜素前体物质，而维生素A 缺乏症( VAD) 在发展中国家是一个比较严重的问题。VAD 完全是一种可预防的疾病，却仍然导致67 万例儿童的死亡和25 － 50 万例儿童的失明，因此在这些国家增加β－ 胡萝卜素的摄入是非常重要的［30］。另外，β －胡萝卜素也是自然界中最为常见的色素之一，它作为一种天然着色剂在食品和营养品中的应用需要进行适当的复配。一方面保护其活性成分不被降解，另外一方面则可以改善由于其低水溶性而造成的较低的生物利用率［30］。因此，对人们的健康和产品的品质来说，β － 胡萝卜素在食品中的传递都是非常必要的。   β － 胡萝卜素作为一种膳食补充剂，在食品体系和人体中的传递受到限制，这主要是由于其在水相( 包括唾液和肠液) 中的不溶解性，而膳食油脂可以促进其溶解。对加入β － 胡萝卜素和油脂的水相系统进行乳化后，β － 胡萝卜素和油脂都可以被人体吸收。乳化的甘油三酯在体内被水解，β － 胡萝卜素则通过与胆汁酸和磷脂质形成混合胶束被运输到肠黏膜。β － 胡萝卜素的生物利用率受到油脂和乳化剂的类型和浓度［9， 31 － 32］以及乳液液滴大小［33］等因素的影响。在提高β － 胡萝卜素乳液的稳定性和生物利用率方面，众多学者进行了大量的研究。Xu 等人先后研究了乳清蛋白－ 甜菜果胶聚合物对β － 胡萝卜素乳液稳定性的影响［34］; pH、螯合剂、自由基清除剂及表面特性对乳清蛋白－ 果胶聚合物作为乳化剂制备的β － 胡萝卜素乳液抗氧化性的影响［35］; pH、EDTA、α － 生育酚以及乳清分离蛋白( WPI) 的氧化对WPI 作为乳化剂制备的β － 胡萝卜素乳液降解过程的影响［36］; 由WPI 和甜菜果胶制备的混合层和双层β － 胡萝卜素乳液的稳定性［37］; 以及乳清蛋白－ 甜菜果胶聚合物对β － 胡萝卜素乳液体外消化性的影响［38］。另外，Liu 等人还研究了β－ 胡萝卜素乳液在体外消化过程中生物利用率和微观结构的变化［32］。
    3 ·结论
    乳液作为脂溶性功能因子的传递系统在近年来得到了较为迅速的发展，并产生了纳米乳液、微乳、多层乳状液等新型乳液。另外，将乳液进行干燥制成固体粉末，以取得更好的稳定性和便捷性，也是该领域研究的热点。这些不同形式的乳液目前已广泛应用于水相溶液中生物活性成分的包埋，包括脂溶性维生素如维生素E、β － 胡萝卜素，以及多酚、植物甾醇等植物化学物。在这些物质的传递过程中，最主要的问题是要提高这些功能因子的生物利用率并使乳液保持较好的稳定性。目前在乳液的稳定性方面还有一些新的发展趋势，如在蛋白质作为乳化剂的乳液中加入多糖，通过蛋白质与多糖之间的静电作用使乳液保持稳定; 再如蛋白质－ 多糖－ 多酚组成的多层乳状液，都是目前较新的研究方向，并有望成为乳液作为胶体传递系统方面的一个研究热点。

附件：            

用户名：
密　码：
验证码：