CN113475707A - 一种基于果胶的乳液凝胶及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于果胶的乳液凝胶及其制备方法与应用。所述的制备方法通过钙离子诱导果胶直接与油相混合形成稳定的乳液凝胶。所述的制备方法利用果胶单一成分制备乳液凝胶，突破了传统与蛋白质等常见乳化剂协同使用的乳化方式；采用无毒钙离子诱导的方式，使果胶的乳化过程更简便和绿色环保。本发明拓宽了乳液凝胶的制备类型，丰富了果胶的应用形式。通过所述的制备方法得到的果胶乳液凝胶具有较强的乳化稳定性，乳液的平均粒径在20～50μm，在食品、保健品、医药或化妆品领域具有良好的应用潜力。
Description
技术领域
本发明属于果胶应用技术领域，具体涉及一种基于果胶的乳液凝胶及其制备 方法与应用。
背景技术
果胶是一种天然新型的、功能性的食品添加剂，在各行各业中有着广泛应用。 因其良好的凝胶作用，果胶在果酱、软糖和饮料中常作为凝胶剂广泛使用。同时 果胶具有良好的乳化特性和蛋白稳定性而作为乳化剂与分散稳定剂应用于果汁、 乳制品的生产中。果胶具备一定的生物医药活性，在医药方面具有深远的应用前 景。
果胶具备优良的凝胶特性，在一定条件下能在水溶液中形成胶体。根据酯化 度不同，果胶存在两种主要的凝胶机制，分别是酸糖凝胶机制和钙凝胶机制。此 外，果胶因为具有亲水性的羧基和疏水性的甲酯基和乙酰基而具备一定的乳化特 性。果胶的乳化能力受许多因素影响，如粘度、电荷量、分子量、疏水性基团数 量与分布等。
乳液凝胶是一种具有凝胶状网络结构的半固态乳液体系，主要通过聚集乳液 液滴或凝胶化连续相的方法将液态乳液转化为凝胶状乳液。在常见的食品应用体 系中，具有界面活性的蛋白质常被用于乳液凝胶的制备。乳液凝胶结合了乳液和 水凝胶的特性，在食品、化妆品和医药等领域有巨大的应用潜力。乳液凝胶具有 独特的流变特性和质地特性，可以作为动物脂肪的替代品。乳液凝胶因为凝胶连 续相的稳定性有利于控制生物活性成分的扩散与释放，保护活性成分在储存过程 避免光与热诱导的自由基氧化。
果胶作为具备凝胶特性与乳化特性的天然多糖，具有构建乳液凝胶的潜力。 但是果胶具备数量较多的亲水性羟基而疏水性的甲酯基和乙酰基数量少，因此大 多数果胶对油水界面的吸附能力无法与蛋白质相比。目前，常通过共价或非共价 键将蛋白质组分与果胶分子结合作为传统提高果胶乳化能力的方法，操作繁琐， 副反应多，产业化前景很低。因此，在不借助其他生物大分子的基础上提高果胶 的乳化能力是果胶应用技术领域一个具有研究意义的方向，有待研究解决。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于果胶的乳 液凝胶的制备方法。所述的方法简便，能显著提高果胶的乳化能力，使其在不添 加其他生物大分子情况下独立形成乳液凝胶。
本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法制得的基于果胶的乳液凝胶。
本发明的又一目的在于提供所述的制备方法或所述的基于果胶的乳液凝胶 的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种基于果胶的乳液凝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将果胶充分溶于水中，得到果胶溶液；
(2)调节果胶溶液的pH为弱酸性，加入油相；
(3)在步骤(2)得到的两相体系中加入钙离子溶液，高速分散，即获得所 述的基于果胶的乳液凝胶。
步骤(1)中所述的果胶可以是从不同植物原料提取得到的果胶，如从高等 植物的果实、根、茎、叶等提取得到的果胶；例如，柑橘类果胶、苹果果胶、甜 菜果胶等；优选为柑橘类果胶。
优选地，步骤(1)中所述的果胶是酯化度大于50％的高酯果胶；进一步优 选酯化度为50％～85％的高酯果胶；更进一步优选为酯化度55％～75％的高酯果 胶；最优选为酯化度58％～72％的高酯果胶。
优选地，步骤(1)中所述的果胶溶液的浓度为1.0～2.5％(w/w)；进一步优 选的浓度为1.5％(w/w)(注：1％(w/v)对应表示1g/mL)。
优选地，步骤(1)中所述的水为去离子水、蒸馏水或超纯水。
优选地，步骤(2)中所述的弱酸性是指pH为3.5～6；进一步优选指pH为 5。
优选地，步骤(2)中所述的调节果胶溶液pH所用的是0.5mol/L盐酸溶液 和0.5mol/L氢氧化钠溶液。
优选地，步骤(2)中所述的油相用的是植物油，例如大豆油、葵花籽油、 玉米油等；进一步优选为大豆油。
优选地，步骤(2)中所述的油相在混合体系中的质量分数为15～30％(w/w)； 进一步优选的质量分数为20％(w/w)。
优选地，步骤(3)中所述的钙离子溶液用的是0.5mol/L氯化钙溶液。
优选地，步骤(3)中所述的钙离子溶液的用量按钙离子在混合体系中的浓 度为4～7mmol/L计；进一步优选的浓度为5mmol/L。
优选地，步骤(3)中所述的高速分散转速为10000～20000rpm，时间为2～ 5min。
一种基于果胶的乳液凝胶，通过上述制备方法制得。
所述的乳液凝胶的平均粒径为20～50μm。
所述的乳液为水包油型乳液。
上述基于果胶的乳液凝胶的制备方法或基于果胶的乳液凝胶在制备食品、保 健品、药品或化妆品中的应用。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明打破传统的与蛋白质协同等乳化手段，通过添加钙离子显著提 高果胶的乳化能力，使其可以单独作为乳化剂稳定乳液。果胶作为水溶性多糖， 其分子量上具有大量的亲水性羟基，而疏水性基团如甲酯基和乙酰基较少。钙离 子的添加可以使果胶分子发生交联，增大乳液连续相的粘度，增大油滴表面果胶 吸附层的厚度，增大空间位阻，从而显著增强果胶的乳化能力和油滴稳定能力。
(2)本发明创新性地制备了多糖类乳液凝胶，丰富了乳液凝胶的应用类型。 乳液凝胶在食品行业和活性成分运输领域中应用广泛，而具有界面活性的蛋白质 常被用于乳液凝胶的制备。果胶作为天然的功能性多糖，在食品、医药等强调人 体安全的领域具有先天优势。利用果胶独立制备乳液凝胶，不仅拓宽了乳液凝胶 的制备类型，也丰富了果胶的应用形式。
(3)本发明中乳液凝胶的制备方法简便易操作、绿色环保，未引入有机试 剂。采用钙离子诱导果胶制备乳液凝胶，所采用的钙离子用量少，且属于人体必 需元素，具备高度食品安全性，其在食品和医药领域中有不容忽视的应用潜力。
(4)本发明制备的乳液凝胶具有良好的乳化活性和乳化稳定性。钙离子诱 导的果胶乳液凝胶性质稳定，长期储藏中未出现分层或破乳现象。
附图说明
图1为本发明方法制备的果胶乳液凝胶的乳化稳定性测定结果图。
图2为本发明方法制备的果胶乳液凝胶的粒径测定结果图。
图3为本发明方法制备的果胶乳液凝胶的流变特性测定结果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于 此。
以下实施例中涉及的测定方法：
(1)乳化稳定性测定：取一定量的乳液凝胶于离心管中，在3000rpm下离 心10min，观察和记录乳液凝胶分层的情况。
(2)粒径测定：荧光显微镜观察方法是取一定量的乳液凝胶于载玻片上， 轻轻盖上盖玻片避免产生气泡，置于荧光显微镜下，以10×和40×倍数观察液滴 并拍照。随机挑选3张不同位置拍摄的乳液凝胶荧光显微镜图片，并从每张图片 不同位置随机选取特定区域，利用Nano Measure1.3软件测量对显微镜图片进行 测量分析，并计算其表面积平均粒径(d3,2＝Σnidi 3/nidi 2)，测定油滴数量在150～ 1500之间。
(3)流变特性测定：取一定量的乳液凝胶于哈克流变仪测试平板中进行应 力扫描，设置间隙为1mm，测试温度为25℃，扫描范围为0.1～100Pa，频率为 1Hz。
以下实施例中所使用的柑橘类果胶购于广州市莱檬生物科技有限公司。
实施例1
取酯化度为72％果胶充分溶解于水中，获得1.5％(w/w)果胶溶液。调节 pH至3.5。取8mL果胶溶液加入15mL西林瓶中，加入一定体积氯化钙溶液至 体系钙离子浓度分别5mmol/L，加入大豆油至油相占比达20％(w/w)。在15000 rpm下高速剪切2min。所制备的乳液凝胶命名为E72-Ca，并进行乳化稳定性测 定、粒径测定和流变特性测定。
对比实施例1
取酯化度为72％果胶充分溶解于水中，获得1.5％(w/w)果胶溶液。调节 pH至3.5。取8mL果胶溶液加入15mL西林瓶中，加入与实施例1中氯化钙溶 液相同体积的水，加入大豆油至油相占比达20％(w/w)。在15000rpm下高速剪 切2min。所制备的乳液凝胶命名为E72，并进行乳化稳定性测定、粒径测定和流 变特性测定。
实施例2
取酯化度为67％果胶充分溶解于水中，获得1.5％(w/w)果胶溶液。调节 pH至5.0。取8mL果胶溶液加入15mL西林瓶中，加入一定体积氯化钙溶液至 体系钙离子浓度分别5mmol/L，加入大豆油至油相占比达20％(w/w)。在20000 rpm下高速剪切4min。所制备的乳液凝胶命名为E67-Ca，并进行乳化稳定性测 定、粒径测定和流变特性测定。
对比实施例2
取酯化度为67％果胶充分溶解于水中，获得1.5％(w/w)果胶溶液。调节 pH至5.0。取8mL果胶溶液加入15mL西林瓶中，加入与实施例2中氯化钙溶 液相同体积的水，加入大豆油至油相占比达20％(w/w)。在20000rpm下高速剪 切4min。所制备的乳液凝胶命名为E67，并进行乳化稳定性测定、粒径测定和 流变特性测定。
实施例3
取酯化度为58％果胶充分溶解于水中，获得1.5％(w/w)果胶溶液。调节 pH至5.0。取8mL果胶溶液加入15mL西林瓶中，加入一定体积氯化钙溶液至 体系钙离子浓度分别5mmol/L，加入大豆油至油相占比达15％(w/w)。在 15000rpm下高速剪切4min。所制备的乳液凝胶命名为E58-Ca，并进行乳化稳定 性测定、粒径测定和流变特性测定。
对比实施例3
取酯化度为58％果胶充分溶解于水中，获得1.5％(w/w)果胶溶液。调节 pH至5.0。取8mL果胶溶液加入15mL西林瓶中，加入与实施例3中氯化钙溶 液相同体积的水，加入大豆油至油相占比达15％(w/w)。在15000rpm下高速剪 切4min。所制备的乳液凝胶命名为E58，并进行乳化稳定性测定、粒径测定和 流变特性测定。
实施例1-3与对比实施例1-3制备的乳液凝胶的乳化稳定性测定、粒径测定 和流变特性测定的结果分别如图1、图2和图3所示。从图1可以看到，未添加 钙离子的果胶乳液凝胶出现了明显的分层现象。而添加了钙离子的果胶乳液凝胶 在离心后未出现破乳或者分层现象，乳液凝胶上表面在离心后基本保持水平，表 明所形成的乳液凝胶乳化性质稳定。从图2可以看到，所制备的乳液凝胶为水包 油型，总体上添加钙离子的果胶乳液凝胶的油滴粒径更小，分布更为均匀，说明 钙离子提高了果胶的乳化性能。从图3可以看到，未添加钙离子的果胶乳液凝胶 的弹性模量(G’)＜粘性模量(G”)，说明其流变特性主要表现为粘度特性。添 加了钙离子的果胶乳液凝胶的G’＞G”，说明其形成了以弹性为主要流变特性的 凝胶。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施 例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于果胶的乳液凝胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将果胶充分溶于水中，得到果胶溶液；
(2)调节果胶溶液的pH为弱酸性，加入油相；
(3)在步骤(2)得到的两相体系中加入钙离子溶液，高速分散，即获得所述的基于果胶的乳液凝胶；
步骤(1)中所述的果胶是酯化度大于50％的高酯果胶。
2.根据权利要求1所述的基于果胶的乳液凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的果胶是酯化度为50％～85％的高酯果胶。
3.根据权利要求1所述的基于果胶的乳液凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的果胶是酯化度为55％～75％的高酯果胶。
4.根据权利要求1所述的基于果胶的乳液凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的油相为大豆油、葵花籽油或玉米油。
5.根据权利要求1～4任一项所述的基于果胶的乳液凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的果胶溶液的浓度为1.0～2.5％w/w；
步骤(2)中所述的弱酸性是指pH为3.5～6；
步骤(2)中所述的油相在混合体系中的质量分数为15～30％w/w；
步骤(3)中所述的钙离子溶液的用量按钙离子在混合体系中的浓度为4～7mmol/L计。
6.根据权利要求5所述的基于果胶的乳液凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的果胶溶液的浓度为1.5％w/w；
步骤(2)中所述的弱酸性是指pH为5；
步骤(2)中所述的油相在混合体系中的质量分数为20％w/w；
步骤(3)中所述的钙离子溶液的用量按钙离子在混合体系中的浓度为5mmol/L计。
7.根据权利要求1所述的基于果胶的乳液凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的果胶为柑橘类果胶、苹果果胶或甜菜果胶；
步骤(1)中所述的水为去离子水、蒸馏水或超纯水；
步骤(2)中所述的调节果胶溶液pH所用的是0.5mol/L盐酸溶液和0.5mol/L氢氧化钠溶液；
步骤(3)中所述的钙离子溶液用的是0.5mol/L氯化钙溶液；
步骤(3)中所述的高速分散转速为10000～20000rpm，时间为2～5min。
8.一种基于果胶的乳液凝胶，其特征在于：通过权利要求1～7任一项所述的制备方法制得。
9.根据权利要求8所述的基于果胶的乳液凝胶，其特征在于：
所述的乳液凝胶的平均粒径为20～50μm；
所述的乳液为水包油型乳液。
10.权利要求1～7任一项所述的制备方法或权利要求8所述的基于果胶的乳液凝胶在制备食品、保健品、药品或化妆品中的应用。
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