司昀靈，胡招龍，鄒立強(qiáng)，劉 偉

(南昌大學(xué) 食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330000)

蛇油即蛇的脂肪經(jīng)加工精煉形成的油脂，其脂肪酸組成以不飽和脂肪酸居多。我國(guó)對(duì)蛇油的利用早有記載，幾百年前民間已經(jīng)開(kāi)始使用蛇油治療燙傷、皸裂、凍瘡、濕疹等皮膚問(wèn)題。Shirai等[1]對(duì)海蛇蛇油與魚(yú)油的降血糖、血脂功能進(jìn)行了探討和對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在二十二碳六烯酸(DHA)含量相同的條件下，蛇油降血糖、血脂的能力高于魚(yú)油。以海蛇蛇油制作的軟膠囊可提高記憶，增強(qiáng)學(xué)習(xí)能力以及預(yù)防骨質(zhì)疏松。此外，蛇油在抗炎、鎮(zhèn)痛、抗氧化，治療燙傷、凍傷、濕疹以及預(yù)防肌腱粘連方面效果顯著[2]。由于蛇油腥味較重，嚴(yán)重制約了其在食品行業(yè)的發(fā)展應(yīng)用。目前市面上蛇油制品多為膏霜狀，被廣泛應(yīng)用于護(hù)膚領(lǐng)域及某些皮膚問(wèn)題的預(yù)防。然而，膏霜類產(chǎn)品蛇油含量較低，因此只能用于日常護(hù)理，嚴(yán)重限制了其發(fā)展及應(yīng)用。

凝膠油是指由單一或復(fù)合凝膠因子通過(guò)自組裝或者結(jié)晶模式形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)而將液態(tài)油脂轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袩峥赡嫘缘念惞腆w脂肪物質(zhì)[3-4]。凝膠油具有半固態(tài)油脂黏彈性、低反式脂肪酸和低飽和脂肪酸等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、日化用品等領(lǐng)域[5-6]。常見(jiàn)的凝膠因子有脂肪醇、脂肪酸、天然蠟(小燭樹(shù)蠟、蜂蠟、米糠蠟)、單甘酯等。天然蠟的低成本、較強(qiáng)結(jié)合力等優(yōu)點(diǎn)使其具有廣泛的應(yīng)用，許多植物蠟被廣泛應(yīng)用于有機(jī)凝膠的形成[7-9]。蜂蠟主要成分有酸類、游離脂肪酸、游離脂肪醇和碳?xì)浠衔颷10]。由單一蜂蠟制備的凝膠油存在硬度過(guò)大，觸變性較差等問(wèn)題。而單甘酯是食品中常用的乳化劑、凝膠劑，以單甘酯為凝膠因子制備的凝膠油硬度較小，結(jié)合油的能力不強(qiáng)。因此，蜂蠟和單甘酯復(fù)配制備凝膠油是一種可行途徑，目前對(duì)于混合這兩種凝膠因子制備凝膠油的研究鮮有報(bào)道。本研究將蜂蠟和單甘酯作為凝膠因子使蛇油凝膠化，深入探究蜂蠟和單甘酯在不同質(zhì)量比時(shí)對(duì)凝膠油硬度、析油率、流變性以及凝膠結(jié)構(gòu)的影響，以期根據(jù)終端固體油脂產(chǎn)品的性質(zhì)、功能研發(fā)出更加完善的凝膠油產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

五步蛇蛇油，景德鎮(zhèn)陳鋒特種野生動(dòng)物科技開(kāi)發(fā)有限公司；蜂蠟，滄州康鑫蜂蠟?zāi)z業(yè)有限公司；單甘酯，廣州市林?；び邢薰尽?/p>

恒溫水浴鍋；AL204電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；TGL-16B離心機(jī)；TA-XT質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó)Stable Micro System公司；CKX41光學(xué)顯微鏡，日本Olympus公司；D8 Advance X-射線衍射儀，德國(guó)Bruker公司；TA DHR-2流變儀，美國(guó)TA Instruments公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 五步蛇蛇油基凝膠油的制備

固定總凝膠因子含量為8%，蜂蠟與單甘酯以不同質(zhì)量比組合(10∶0，8∶2，6∶4，4∶6，2∶8，0∶10)進(jìn)而得到含有6種凝膠因子的五步蛇蛇油樣品。所有樣品在80℃下磁力攪拌加熱10 min，使蜂蠟和單甘酯在五步蛇蛇油樣中完全溶解，取出油樣，置于室溫冷卻12 h備用。

1.2.2 析油率測(cè)定

稱取離心管質(zhì)量記為a，將熔化的五步蛇蛇油基凝膠油置于離心管中，室溫下靜置24 h，稱取其總質(zhì)量記為b。將五步蛇蛇油基凝膠油于10 000 r/min離心15 min，離心結(jié)束將離心管倒置15 min，將不能結(jié)合的油脂完全析出，稱取其總質(zhì)量記為c。持油性以離心后吸油量表示[11]。析油率根據(jù)以下公式計(jì)算。

1.2.3 硬度測(cè)定

質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)：探頭P 0.5R，測(cè)前速率2 mm/s，測(cè)試中速率1 mm/s，測(cè)后速率2 mm/s，探頭感受到5.0 g力后下壓5.00 mm，取下壓過(guò)程峰值為硬度值[12]。

1.2.4 流變性測(cè)定

1.2.4.1 頻率掃描

頻率掃描前應(yīng)進(jìn)行應(yīng)變掃描，掃描條件：測(cè)試溫度25℃，平板直徑40.0 mm，板間距1 000 μm，掃描范圍0.001～1 000 Pa；固定頻率1 Hz。通過(guò)應(yīng)變掃描確定線性黏彈區(qū)選取應(yīng)變值，在0.1～100 Hz進(jìn)行頻率掃描，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)20個(gè)，測(cè)量有機(jī)凝膠的儲(chǔ)能模量(G′)和損耗模量(G″)[13]。

1.2.4.2 黏度恢復(fù)值測(cè)定

各樣品剪切方法為0.1 s-1、10 min，10 s-1、10 min，0.1 s-1、10 min。通過(guò)比較剪切各周期的最終黏度，計(jì)算黏度恢復(fù)值[14]。

1.2.5 晶體形態(tài)分析

采用光學(xué)顯微鏡對(duì)凝膠油晶體分子微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。取適量凝膠油放置于載玻片上，蓋上蓋玻片，使樣品均勻分布，放大400倍對(duì)結(jié)晶形態(tài)進(jìn)行觀察，并獲取形態(tài)學(xué)照片。

1.2.6 晶型分析

采用X-射線衍射法對(duì)凝膠油晶型進(jìn)行分析。測(cè)試條件：測(cè)試溫度25℃，Cu靶(電壓40 kV，電流40 mA)，狹縫寬度1.0 mm，接受狹縫0.1 mm，掃描速率2(°)/min，掃描范圍5°～50°[15]。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定3次，利用SPSS 19進(jìn)行顯著性分析(P<0.05)，比較各組間的顯著性。用Origin 8.6進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比對(duì)五步蛇蛇油基凝膠油硬度和析油率的影響(見(jiàn)圖1)

凝膠油的硬度和持油性反映了凝膠因子的固化能力和對(duì)油脂的攔截能力，硬度越大其固化能力越強(qiáng)，但并非硬度越大越好，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)所需產(chǎn)品的性質(zhì)選擇合適的硬度。由圖1A可知，6種條件下均能形成凝膠結(jié)構(gòu)。由圖1B可知，少量單甘酯的存在對(duì)體系的析油率幾乎無(wú)影響，但大量單甘酯的存在會(huì)增加凝膠油體系的析油率，降低其穩(wěn)定性。因此，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)保持蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比大于等于4∶6，此時(shí)析油率小于2%，屬于可接受范圍。圖1C硬度分析結(jié)果表明僅由蜂蠟形成的凝膠油體系硬度高達(dá)371 g，此時(shí)持油性最高，僅由單甘酯制備的凝膠油硬度最低，僅為81 g，說(shuō)明蜂蠟較單甘酯有著更突出的油脂固化能力。整體而言，隨著蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比的降低，凝膠油硬度并非呈現(xiàn)簡(jiǎn)單的下降，而是一個(gè)降低-升高-降低的過(guò)程，這可能是由于凝膠油的結(jié)晶尺寸、結(jié)晶形狀以及結(jié)晶度的改變引起的。值得注意的是在蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比為4∶6時(shí)凝膠油體系的硬度值為242 g(約2.3 N)，這與劉日斌等[16]報(bào)道的凝膠油最佳制備工藝的硬度條件相一致。此外，研究結(jié)果表明凝膠油的持油性與體系硬度無(wú)顯著關(guān)聯(lián)，并非硬度越大持油性越好。

圖1 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比下五步蛇蛇油基凝膠油的照片(A)、析油率(B)、硬度(C)

2.2 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比對(duì)五步蛇蛇油基凝膠油流變性的影響

2.2.1 頻率掃描

在頻率掃描前，通過(guò)應(yīng)力掃描確定6種凝膠樣品應(yīng)變值在0.01%時(shí)處于線性黏彈區(qū)內(nèi)，因此選取應(yīng)變值為0.01%進(jìn)行頻率掃描。不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比所形成凝膠油的頻率掃描曲線如圖2所示。

注：空心符號(hào)代表G″，實(shí)心符號(hào)代表G′。圖2 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比所形成凝膠油的頻率掃描曲線

由圖2可知，所有樣品的G′均大于G″，表明所有樣品均形成了凝膠結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出固體性質(zhì)，主要發(fā)生彈性形變[17]。單純由蜂蠟制備的凝膠油具有較高的G′，少量單甘酯的存在(蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比8∶2)增大了凝膠油的G′，隨著單甘酯所占比例的進(jìn)一步增加，凝膠油的G′下降，其中以蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比6∶4時(shí)下降幅度最顯著。結(jié)果表明，凝膠油黏彈性是由蜂蠟與單甘酯的質(zhì)量比決定的。此外，6種凝膠油體系的G′隨著掃描頻率的增加而略有增加，說(shuō)明膠體在較高剪切速率下產(chǎn)生的凝膠比低剪切速率下產(chǎn)生的凝膠彈性更大，反映凝膠油內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)是由非共價(jià)“物理”交聯(lián)組成[18]。

2.2.2 觸變性(見(jiàn)圖3)

注：0～600 s，剪切速率0.1 s-1；600～1 200 s，剪切速率10 s-1；1 200～1 800 s，剪切速率0.1 s-1。

圖3 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比所形成凝膠油的觸變性曲線(A)及黏度恢復(fù)曲線(B)

觸變性即剪切去除后的結(jié)構(gòu)恢復(fù)，具有觸變性的凝膠在撤去高剪切速率后，至少會(huì)有部分恢復(fù)至最初結(jié)構(gòu)，理想情況下黏度恢復(fù)值達(dá)到70%被認(rèn)為具有良好的觸變性[19]。由圖3A可以看出，在第一階段所有樣品均在0.1 s-1下剪切10 min，各樣品黏度隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低。樣品在經(jīng)過(guò)600 s的剪切后其黏度值被認(rèn)為是初始黏度值n1。僅由蜂蠟或者蜂蠟與單甘酯以一定質(zhì)量比形成的凝膠油的起始黏度顯著高于僅由單甘酯形成的凝膠油。第二階段(600 s

由圖3B可以看出，僅由蜂蠟制備的凝膠油黏度恢復(fù)值低于僅由單甘酯制備的凝膠油。少量單甘酯的存在(蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比8∶2)降低了黏度恢復(fù)值，此時(shí)頻率掃描也顯示凝膠油的G′升高G″ 降低(見(jiàn)圖2)。隨著蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比的降低凝膠油黏度恢復(fù)值顯著上升，當(dāng)蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比為4∶6、2∶8時(shí)黏度恢復(fù)值分別達(dá)到37%、45%。表明蠟基形成的凝膠油黏度恢復(fù)值較差，單甘酯的存在(蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比小于等于6∶4)可顯著提高蠟基凝膠油的黏度恢復(fù)值。Okuro等[14]對(duì)蠟基凝膠油的黏度恢復(fù)值進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)在總凝膠因子7%條件下加入卵磷脂可顯著提高果蠟的黏度恢復(fù)值。根據(jù)凝膠油黏度恢復(fù)值結(jié)果并結(jié)合其硬度、析油率的結(jié)果，表明當(dāng)蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比為4∶6時(shí)凝膠油性能良好，此時(shí)五步蛇蛇油基凝膠油的析油率為1.8%，硬度為242 g，黏度恢復(fù)值為37%。

2.3 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比對(duì)五步蛇蛇油基凝膠油結(jié)晶形態(tài)的影響(見(jiàn)圖4)

由圖4可以看出，僅由蜂蠟制備的凝膠油呈現(xiàn)長(zhǎng)枝狀網(wǎng)絡(luò)，而僅由單甘酯制備的凝膠油形成了顆粒狀結(jié)晶。Yilmaz等[20]研究發(fā)現(xiàn)僅由蜂蠟形成的凝膠油晶體結(jié)構(gòu)為針狀物，而僅由單甘酯形成的凝膠油晶體結(jié)構(gòu)為球粒狀，這與本文的結(jié)果相一致。研究表明長(zhǎng)枝晶狀結(jié)構(gòu)可以很好地使晶體之間交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而截留更多的液態(tài)油脂[21]。這或許可以解釋隨著蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比的降低凝膠油體系持油性下降的現(xiàn)象。結(jié)合硬度結(jié)果僅由蜂蠟形成的凝膠油硬度最大，而僅由單甘酯形成的凝膠油硬度最小，說(shuō)明固體顆粒的結(jié)晶形狀會(huì)影響其硬度，長(zhǎng)枝狀結(jié)晶硬度顯著大于顆粒狀結(jié)晶。然而，蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比8∶2時(shí)凝膠油長(zhǎng)枝狀結(jié)晶變長(zhǎng)，但硬度降低。隨著蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比的降低凝膠油的長(zhǎng)枝狀網(wǎng)絡(luò)逐漸變短、變細(xì)、變少直至消失，在蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比4∶6時(shí)其長(zhǎng)枝狀結(jié)晶變少、變短，但其硬度較蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比8∶2出現(xiàn)了明顯上升，這可能是由于顆粒間的相互作用、結(jié)晶度等因素引起的。研究指出,在解釋有機(jī)凝膠硬度增加的原因時(shí)，必須考慮固體顆粒的平均大小和形狀、固液表面能量、顆粒間相互作用以及固相的三維組織[22]。微觀結(jié)果表明,蜂蠟、單甘酯兩種凝膠因子并非獨(dú)立的系統(tǒng)，二者共同存在會(huì)相互影響、相互作用。凝膠晶體在凝膠油中的形成和形狀與凝膠類型、凝膠劑的配比有關(guān)。

注：a.10∶0；b.8∶2；c.6∶4；d.4∶6；e.2∶8；f.0∶10。

圖4 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比所形成凝膠油的光學(xué)顯微鏡照片

2.4 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比對(duì)五步蛇蛇油基凝膠油晶型的影響(見(jiàn)圖5)

由圖5可以看出,各凝膠樣品在不同區(qū)域出現(xiàn)了不同的衍射峰，說(shuō)明凝膠油存在同質(zhì)多晶現(xiàn)象[23]。衍射峰在0.42 nm為α型晶體的特征峰，0.38 nm和0.42 nm附近強(qiáng)衍射峰為β′型晶體的特征峰，0.46 nm附近強(qiáng)衍射峰為β型晶體的特征峰[24]。6種凝膠油在0.46 nm均出現(xiàn)了強(qiáng)的衍射峰，說(shuō)明6種凝膠樣品均含有較多的β型晶體。單獨(dú)由蜂蠟形成的凝膠油在0.42 nm處存在強(qiáng)的衍射峰，在0.37 nm處存在較強(qiáng)衍射峰，說(shuō)明蜂蠟形成的凝膠油含有較多的α、β以及β′型晶體。而單獨(dú)由單甘酯形成的凝膠油除β型晶體外，雖然在0.38 nm處檢測(cè)到衍射峰但其強(qiáng)度較弱，說(shuō)明β′型晶體較少。此外，蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比8∶2時(shí)制備的凝膠油的各衍射峰強(qiáng)度較蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比10∶0時(shí)明顯增加但黏度恢復(fù)值降低，這與微觀結(jié)構(gòu)中長(zhǎng)枝狀結(jié)晶變長(zhǎng)相符。隨著蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比的降低，凝膠油結(jié)構(gòu)的α型晶體衍射峰強(qiáng)度逐漸降低但黏度恢復(fù)值增加，這是由于蜂蠟含量逐漸減少所致。因此，可以推斷蜂蠟較單甘酯有著獨(dú)特的α型晶體，蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比會(huì)影響整個(gè)體系的晶型，且α晶型的存在可能會(huì)導(dǎo)致黏度恢復(fù)值降低。

注：a.10∶0；b.8∶2；c.6∶4；d.4∶6；e.2∶8；f.0∶10。圖5 不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比所形成凝膠油的X-射線衍射圖譜

3 結(jié) 論

不同蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比對(duì)五步蛇蛇油基凝膠油晶型、晶態(tài)、觸變性、硬度及析油率具有顯著影響，僅由蜂蠟形成的凝膠油具有很強(qiáng)的持油性，較低的黏度恢復(fù)值，結(jié)晶形態(tài)為長(zhǎng)枝狀結(jié)晶，存在較多的α、β以及β′型晶體，少量單甘酯(蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比8∶2)加入對(duì)析油性無(wú)影響，但增加了蜂蠟的長(zhǎng)枝狀結(jié)晶及各晶體的結(jié)晶度，降低了黏度恢復(fù)值；隨著單甘酯的進(jìn)一步增加(蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比6∶4)，凝膠油的持油性、結(jié)晶度以及長(zhǎng)枝狀結(jié)晶的數(shù)量降低，但其黏度恢復(fù)值顯著增加。當(dāng)單甘酯完全替代蜂蠟后，體系的持油性達(dá)到最低，結(jié)晶形態(tài)為顆粒狀，結(jié)晶形狀主要為β型以及少量的β′型晶體。因此，確定蜂蠟與單甘酯質(zhì)量比4∶6為最佳，此時(shí)五步蛇蛇油基凝膠油的析油率為1.8%，硬度為242 g，黏度恢復(fù)值為37%。