一种由山茶油和茶枯饼提取物制备的高内相Pickering乳液的制作方法

一种由山茶油和茶枯饼提取物制备的高内相pickering乳液
技术领域
1.本发明属于制备高内相pickering乳液的技术领域，涉及一种由山茶油和茶枯饼提取物制备的高内相pickering乳液，具体涉及一种以茶枯饼提取物为稳定剂的新型山茶油高内相pickering乳液，尤其是涉及一种以从茶枯饼中提取蛋白质多糖混合物、再经凝胶化处理后作为稳定剂，包裹山茶油的高内相pickering乳液(水包油型)。


背景技术：

2.油茶(camellia oleifera abel.)隶属山茶科(theaceae)山茶属(camellia)，是我国重要的木本油料作物，适应能力强、耐干旱、耐贫瘠。山茶油是山茶籽的主要成分，占山茶籽干重的25％～35％。山茶油中含有75～80％的油酸(c18:1)、维生素a、维生素b、维生素e以及多种生物活性物质，不含天然反式脂肪酸，被称为“东方橄榄油”。山茶油为常见食用油品种之一，被用作功能性食品和食品补充剂，能够降低癌症风险，调节胆固醇，增强免疫系统，同时也被用于中药和化妆品。
3.从山茶籽中获取山茶油方法多样，主要包括压榨法和浸提法。根据压榨时榨膛温度条件，压榨法分为低温压榨法和高温压榨法，低温压榨法获得油品杂质少，色泽浅，是当前生产山茶油的主流工艺。根据提取溶剂组成不同，浸提法可分为有机溶剂提取法、水酶法和超临界提取法，相对压榨法，上述提取方法仍存在设备要求高，溶剂残留与工艺复杂等不足之处。
4.山茶籽榨取山茶油过程中会产生大量压榨残余物，即山茶压榨饼，又称茶枯饼，数量相当于茶油产量的3倍。茶枯饼主要成分为：多糖26.09％、粗蛋白质15.94％、皂苷12.8％、粗脂肪6.64％、粗纤维6％、可溶性糖4.3％、矿物质3.37％、鞣酸2％、维生素、多酚等，总能量约为19600kj/kg。对茶枯饼中蛋白质、多糖等物质进行提取分离后可以实现茶枯饼资源的充分利用。
5.pickering乳液是指由油水两相均不溶颗粒稳定的乳液，在近二十年内研究发展迅速，蛋白质、多糖等物质均可以作为pickering乳液稳定剂，经过简单乳化步骤便可得到具有优良稳定性的pickering乳液。当o/w型pickering乳液的油相体积分数在低于一定值时(由乳液体系决定)，具有良好的流动性。而在油相体积分数较高时，乳液发生凝胶化，此时乳液形态由液态转变为半固态，失去流动性并获得触变性和假塑性。这种性质广泛应用于日常饮食中，例如番茄酱、蛋黄酱等。


技术实现要素：

6.针对工业生产山茶油后总量巨大的茶枯饼，发明人尝试使用茶枯饼为原材料，首先从中提取蛋白质和多糖混合物。发明人尝试多种提取方法包括直接碱提酸沉法，乙醇处理后碱提酸沉法、乙醇处理后碱提醇沉法、超声辅助碱提酸沉法，以提取物得率和能否制备高内相pickering乳液稳定剂为标准进行选择比较，最终采用超声辅助碱提酸沉法。随后通过热处理将蛋白多糖混合物制备成凝胶颗粒作为高内相pickering乳液稳定剂。基于该稳
定剂，发明人使用具有多种健康益处的山茶油为油相，筛选出合适的制备条件与乳液配比，制备出性质稳定、形态规则的山茶油高内相pickering乳液，可作为新型可食用山茶油产品，具有巨大研究意义和市场前景。
7.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
8.一种由山茶油和茶枯饼提取物制备的高内相pickering乳液，它是以茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液为水相，以山茶油为油相，将水相与油相混合，经过高速均质乳化得到的稳定的高内相pickering乳液；其中，所述的茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液是以茶枯饼为原料，经超声辅助碱提酸沉法获得茶枯饼提取物，茶枯饼提取物经热处理得到的。
9.所述的高内相pickering乳液为水包油型乳液(o/w型)。
10.所述的水相与油相的体积比为1:3～1:5，优选为1:5，若增加油相的用量至水相与油相的体积比为1:6，则乳液不稳定。
11.所述的茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液的ph为7～11，优选为11；所述的茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液中凝胶颗粒浓度为0.5～2.5％(w/v)，优选为1.5％(w/v)。
12.所述的茶枯饼提取物凝胶溶液是由以下方法制得的：将茶枯饼提取物与去离子水混合，使茶枯饼提取物浓度为3％(w/v)，0～10℃静置过夜使茶枯饼提取物中蛋白质完全水化，得到茶枯饼提取物溶液；调节茶枯饼提取物溶液的ph至5～9，55～100℃热处理0.5～2h，得到茶枯饼提取物凝胶，3000～20000rpm高速剪切1～10min，得到茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液，再调节茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液的ph和凝胶颗粒浓度。
13.优选的，所述的茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液是由以下方法制得的：将茶枯饼提取物和去离子水混合，使茶枯饼提取物浓度为3％(w/v)，4℃静置过夜使茶枯饼提取物中蛋白质完全水化，得到茶枯饼提取物溶液；调节茶枯饼提取物溶液的ph至6，95℃热处理1h，得到茶枯饼提取物凝胶，10000rpm高速剪切5min，得到茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液，再调节茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液的ph和凝胶颗粒浓度。
14.优选的，采用1m naoh溶液或1m hcl溶液调节茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液的ph，采用去离子水调节茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液中凝胶颗粒浓度。
15.所述的茶枯饼提取物是采用超声辅助碱提酸沉法制得的：茶枯饼粉碎成茶枯饼干粉，茶枯饼干粉和去离子水按照质量体积比为1:10～1:100g/ml混合，调节ph至7～11，在超声辅助下进行碱提，离心，取上清液，调节上清液ph至2～6，进行酸沉；离心，沉淀用去离子水洗涤，再加入去离子水分散沉淀，调节ph＝7～10使茶枯饼提取物全部溶解，冷冻干燥得到茶枯饼提取物。
16.优选的，茶枯饼干粉和去离子水的质量体积比为1:20g/ml。
17.优选的，采用1m naoh溶液调节ph至7～11。
18.优选的，所述的碱提的温度为30～60℃，提取时间为0.5～4h；超声频率40khz，超声功率200w。碱提后离心的转速是4000rpm，离心时间是10min。
19.优选的，采用1m hcl溶液调节ph至2～6。
20.优选的，所述的酸沉为4～30℃静置过夜，优选为4℃静置过夜。酸沉后离心的转速是4000rpm，离心时间是10min。
21.优选的，沉淀用去离子水洗涤三次。
22.所述的冷冻干燥的温度为
‑
50℃。
23.本发明的另一个目的是提供一种所述的茶枯饼凝胶颗粒为稳定剂的山茶油高内相pickering乳液的制备方法，包括：以茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液为水相，以山茶油为油相，将水相与油相混合，经过一步高速均质乳化得到由茶枯饼凝胶颗粒稳定的高内相pickering乳液。
24.本发明采用1m naoh溶液或1m hcl溶液调节ph。
25.所述的高速均质的条件为5000～20000rpm乳化20～180s，优选为10000rpm乳化90s。
26.本发明的有益效果：
27.1、本发明以茶枯饼作为原料，在不需要精细设备与复杂流程的情况下，用超声辅助碱提法获得茶枯饼提取物，用简单热处理获得茶枯饼提取物凝胶颗粒，该颗粒可作为高内相pickering乳液稳定剂。
28.2、本发明仅用山茶油和茶枯饼提取物凝胶颗粒就能制备出高内相pickering乳液，油相体积分数至少为75％，可高达83.3％；高内相pickering乳液外观均匀，无油滴析出；颜色为乳黄色，形态为半固态，倒置不流动。
附图说明
29.图1为原料茶枯饼外观照片
30.图2为冷冻干燥后茶枯饼提取物外观照片。
31.图3为实施例2均质前山茶油和茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液照片；上层为山茶油，下层为茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液。
32.图4为不同ph下茶枯饼提取物凝胶颗粒粒径大小。
33.图5为不同ph下茶枯饼提取物凝胶颗粒电位。
34.图6不同ph茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液与山茶油制备的乳液外观。
35.图7为不同ph茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液与山茶油制备的乳液稀释静置2h后外观。
36.图8为不同ph茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液与山茶油制备的乳液采用对应ph去离子水稀释后的显微图像与液滴直径分布图。
具体实施方式
37.下面通过实施例对本发明的技术方法作进一步说明。
38.实施例采用工业冷榨法得到的茶枯饼为原料，采用粉碎机将茶枯饼磨成茶枯饼干粉，以触摸没有颗粒感为准。
39.采用1m naoh溶液或1m hcl溶液调节ph。
40.茶枯饼提取方法的考察
41.直接碱提酸沉法：茶枯饼干粉和去离子水按照质量体积比为1:20g/ml混合，调节ph至11，恒温水浴震荡(温度55℃、转速100rpm)2h，4000rpm离心，取上清液；调节上清液ph至3.5，4℃静置过夜进行酸沉，4000rpm离心，沉淀用去离子水洗涤三次，再加入去离子水分散，调节ph＝8使提取物全部溶解，
‑
50℃冷冻干燥后得到茶枯饼提取物。
42.茶枯饼含有皂苷，而皂苷有降低水溶液表面张力的作用，其水溶液经常强烈振摇
能产生持久性泡沫，不因加热而消失。这就导致直接碱提酸沉法在酸沉时出现大量乳化层，影响蛋白质的沉淀析出，导致提取物得率较低。
43.乙醇处理后碱提酸沉法：茶枯饼干粉和90％乙醇按照质量体积比为1:10g/ml混合，恒温水浴震荡(温度30℃、转速100rpm)1h，抽滤，收集滤渣于烘箱，50℃干燥；干燥后的滤渣和去离子水按照质量体积比为1:20g/ml混合，调节ph至11，恒温水浴震荡(温度55℃、转速100rpm)提取2h，4000rpm离心，取上清液；调节上清液ph至3.5，4℃静置过夜进行酸沉，4000rpm离心，沉淀用去离子水洗涤三次，再加入去离子水分散，调节ph＝8使提取物全部溶解，
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50℃冷冻干燥后得到茶枯饼提取物。
44.与直接碱提酸沉法相比，乙醇处理后碱提酸沉法在酸沉时出现乳化层减少，提取物得率相对于直接碱提酸沉法有所提高。
45.乙醇处理后碱提醇沉法：茶枯饼干粉和90％乙醇按照质量体积比为1:10g/ml混合，恒温水浴震荡(温度30℃、转速100rpm)1h，抽滤，收集滤渣于烘箱，50℃干燥；干燥后的滤渣和去离子水按照质量体积比为1:20g/ml混合，调节ph至11，恒温水浴震荡(温度55℃、转速100rpm)提取2h，4000rpm离心，取上清液；往上清液中加入4倍体积的无水乙醇，4℃静置过夜沉淀，4000rpm离心，沉淀用去离子水洗涤三次，再加入去离子水分散，调节ph＝8使提取物全部溶解，
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50℃冷冻干燥后得到茶枯饼提取物。
46.乙醇处理后碱提醇沉法在酸沉时不出现乳化层，提取物得率最高。
47.超声辅助碱提酸沉法：将茶枯饼干粉和去离子水按照质量体积比为1:20g/ml混合，用1m naoh溶液调节ph＝11，置于超声机中，设置温度40℃，超声频率40khz，超声功率200w，提取1h；4000rpm离心10min，取上清液；用1m hcl调节上清液ph至3.5，4℃静置过夜进行酸沉，4000rpm离心10min，收集沉淀，沉淀用去离子水洗涤三次，再加入去离子水分散，用1m naoh溶液调节ph为8使提取物全部溶解，
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50℃冷冻干燥48h得到茶枯饼提取物。
48.采用超声辅助碱提酸沉法，能够利用超声波破碎细胞组织，促进蛋白、多糖成分的释放和提取，提高提取率。更重要的是，利用超声的破乳作用可减少提取过程中产生的乳化层，在酸沉时乳化层减少，提取物得率高于直接碱提酸沉法和乙醇处理后碱提酸沉法，但低于乙醇处理后碱提醇沉法。
49.取上述四种提取方法制得的茶枯饼提取物，考察能否制备高内相pickering乳液稳定剂，方法如下：
50.将茶枯饼提取物和去离子水混合，使茶枯饼提取物浓度为3％(w/v)，4℃静置过夜使茶枯饼提取物中蛋白质完全水化，得到茶枯饼提取物溶液；调节茶枯饼提取物溶液的ph至6，95℃热处理1h，得到茶枯饼提取物凝胶，10000rpm高速剪切5min，得到茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液。用1m naoh溶液或1m hcl溶液调节茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液ph为7，加水调节凝胶颗粒浓度(c)，通过调节水相与油相(山茶油)的体积比控制乳液中油相体积分数(山茶油，φ)，采用高速均质器，10000rpm均质1.5分钟，制备高内相pickering乳液，结果见表1。
51.表1.高内相pickering乳液稳定性
[0052][0053][0054]
注：表示水相与油相的体积比为1:3；表示水相与油相的体积比为1:4；表示水相与油相的体积比为1:5。
[0055]
直接碱提酸沉法和乙醇处理碱提酸沉法可获得蛋白质为主的提取物，按照本发明方法能够制备出稳定的高内相pickering乳液，但提取物得率过低；乙醇处理后碱提醇沉法可获得大量多糖为主的提取物，采用本发明方法无法制备出稳定的高内相pickering乳液。超声辅助碱提酸沉法增加了蛋白质为主提取物得率，且能够制备出稳定的高内相pickering乳液。综上，超声辅助碱提酸沉法是最优的方法。
[0056]
实施例1
[0057]
采用超声辅助碱提酸沉法制备茶枯饼提取物：以茶枯饼(图1)为原料，将茶枯饼粉碎得到茶枯饼干粉，将茶枯饼干粉和去离子水按照质量体积比为1:20g/ml混合，用1m naoh溶液调节ph＝11，置于超声机中，设置温度40℃，超声频率40khz，超声功率200w，提取1h，4000rpm离心10min，取上清液；用1m hcl溶液调节上清液ph至3.5，4℃静置过夜进行酸沉，4000rpm离心10min，收集沉淀，沉淀用去离子水洗涤三次，沉淀呈团块状，若直接冻干影响效果，因此再加入去离子水分散沉淀，用1m naoh溶液调节ph为8使提取物全部溶解，
‑
50℃冷冻干燥48h，得到茶枯饼提取物(图2)，茶枯饼提取物中主要成分和含量：蛋白质30.05％，多糖7.55％，水分8.16％。
[0058]
茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液的制备：取茶枯饼提取物，加入去离子水，使提取物浓度为3％(w/v)，4℃静置过夜使蛋白质完全水化；1m naoh溶液或1m hcl溶液调节提取物溶液的ph为6，95℃热处理1h，冷水冲淋容器速冷至室温得茶枯饼提取物凝胶，经高速剪切机(10000rpm，5min)破碎细化得茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液，茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液中凝胶颗粒的浓度为3％(w/v)。
[0059]
实施例2
[0060]
山茶油高内相pickering乳液的制备：取实施例1制得的3％(w/v)茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液，用1m naoh溶液或1m hcl溶液调节ph＝11，加水调节凝胶颗粒浓度为1.5％(w/v)。取1ml ph＝11、凝胶颗粒浓度为1.5％(w/v)的茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液，加入5ml山茶油，采用高速均质器，在转速为10000rpm下均质1.5分钟，得到均匀的乳白色半固体，即为高内相pickering乳液，乳液中油相体积分数为83.3％。
[0061]
本实施例高内相pickering乳液属于水包油型乳液，颜色为乳黄色，表面光滑平整质地均匀，倒置容器时维持不流动状态；向去离子水中滴入高内相pickering乳液，可观察到高内相pickering乳液在去离子水中分散迅速。
[0062]
实施例3
[0063]
参照实施例2，调整实施例1茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液的ph＝9、凝胶颗粒浓度为
1.5％(w/v)；取1ml ph＝9、凝胶颗粒浓度为1.5％(w/v)的茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液，加入5ml山茶油，采用高速均质器，在转速为10000rpm下均质1.5分钟，制得高内相pickering乳液。
[0064]
本实施例高内相pickering乳液属于水包油型乳液，颜色为乳黄色，表面光滑平整质地均匀，倒置容器时维持不流动状态；向去离子水中滴入高内相pickering乳液，可观察到高内相pickering乳液在去离子水中分散迅速。
[0065]
实施例4
[0066]
参照实施例2，调整茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液的ph＝7、凝胶颗粒浓度为1.5％(w/v)；取1ml ph＝7、凝胶颗粒浓度为1.5％(w/v)的茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液，加入5ml山茶油，采用高速均质器，在转速为10000rpm下均质1.5分钟，制得高内相pickering乳液。
[0067]
本实施例高内相pickering乳液属于水包油型乳液，颜色为乳黄色，表面光滑平整质地均匀，倒置容器时维持不流动状态；向去离子水中滴入高内相pickering乳液，可观察到高内相pickering乳液在去离子水中分散迅速。
[0068]
实施例5
[0069]
参照实施例2，调整茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液的ph＝5、提取物凝胶颗粒浓度为1.5％(w/v)，取1ml ph＝5、提取物凝胶颗粒浓度为1.5％(w/v)的茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液，加入5ml山茶油，采用高速均质器，在转速为10000rpm下均质1.5分钟，乳液表面可见油滴聚集，倾斜容器时乳液随之流动，说明未制得油高内相pickering乳液。
[0070]
向去离子水中滴入本实施例乳液，可观察到乳液在去离子水中不能迅速分散，在液面处聚集，属于油包水型乳液。
[0071]
实施例6
[0072]
参照实施例2，调整茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液的ph＝3、提取物凝胶颗粒浓度为1.5％(w/v)，取1ml ph＝3、提取物凝胶颗粒浓度为1.5％(w/v)的茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液，加入5ml山茶油，采用高速均质器，在转速为10000rpm下均质1.5分钟，乳液表面可见油滴聚集，倾斜容器时乳液随之流动，说明未制得含高内相pickering乳液。
[0073]
向去离子水中滴入本实施例乳液，可观察到乳液在去离子水中不能迅速分散，在液面处聚集，属于油包水型乳液。
[0074]
实施例7
[0075]
考察ph对茶枯饼提取物凝胶溶液结构与性质影响
[0076]
将茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液用对应ph值去离子水(1m naoh或1m hcl调节去离子水的ph分别为3、5、7、9、11)稀释至提取物凝胶颗粒浓度为0.3％(w/v)，采用纳米粒度zeta电位分析仪(zen3690,malvern)测定茶枯饼提取物凝胶粒径(size)、电位大小(potential)。检测角度：175
°
，温度：25℃；material ri：1.48，material absorbtion：0.001；dispersant ri：1.330。
[0077]
不同ph下茶枯饼提取物凝胶颗粒粒径大小见图4，结果表明随着ph从3升高到7，茶枯饼提取物凝胶颗粒粒径从1μm减少到300nm；在ph 9时略有增加，为394nm；随后在ph 11时再次降低至197nm。不同ph下茶枯饼提取物凝胶颗粒电位大小见图5，结果表明随着ph从3升高到5，茶枯饼提取物凝胶颗粒电位显著降低，从
‑
25.5mv降低到
‑
73.5mv；随后ph升高，电位逐渐降低，分别为
‑
76.4mv，
‑
77.9mv，
‑
88.1mv。结合粒径变化和电位变化可知，二者存在相
关。茶枯饼提取物酸沉条件为ph＝3.5，结合图5可知提取物凝胶颗粒等电点在ph＝2～3，在ph＝3时，提取物凝胶颗粒电位值绝对较低，意味着弱静电相互作用力，提取物凝胶颗粒容易发生聚集，导致粒径增大。随着ph逐渐增高远离等电点，电位绝对值增大，静电作用力增强，促使提取物凝胶颗粒在溶液中均匀分散，保持较小粒径。
[0078]
实施例8
[0079]
考察不同ph茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液对乳液稳定性的影响
[0080]
不同ph的枯饼提取物凝胶颗粒溶液与山茶油制备的乳液(实施例2
‑
实施例6)外观见图6。明显的，在茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液ph分别为3和5时，不能形成稳定的高内相pickering乳液，在制备过程中会发生转相。导致这一现象的原因可能是在此条件下，茶枯饼提取物凝胶颗粒粒径过大，不能均匀分布在相界面构成紧密的界面膜维持乳液体系稳定。
[0081]
将实施例2
‑
实施例6所制备的乳液用对应ph去离子水稀释(体积比1:10)，静置2h后外观如图7所示。明显的，ph为11茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液制备的高内相pickering乳液，经稀释静置后仍保持稳定的乳液结构，液滴均匀分散在溶液中，未出现分层和油析等不稳定现象。相反，在ph3～9时，各实施例乳液稀释后乳液出现油析和分层，这意味着ph为11的茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液与山茶油制备的高内相pickering乳液有着最优的稳定性相对于其它条件。除粒径大小外，茶枯饼提取物凝胶颗粒的亲疏水性质同样可能影响高内相pickering乳液的稳定性。
[0082]
实施例9
[0083]
考察不同ph茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液对乳液结构的影响
[0084]
将实施例2
‑
实施例6所制备的高内相pickering乳液用对应ph去离子水稀释(体积比1:10，即实施例2制得的高内相pickering乳液，用ph为11的去离子水稀释，类推其他实施例)，观察乳液微观结构，显微图像与液滴直径分布见图8。观察稀释后各实施例乳液的结构可知，在ph为11时，乳滴大小接近，结构规整，均匀分布在体系中；在ph为9、7、5、3时，出现大量直径在1μm左右小液滴和部分极大液滴，这可能是ostwald熟化效应导致的；同时，在ph为5、7、9时可以观察到部分复乳的形成(w/o/w)，这意味着乳液体系的不稳定，可能会导致转相与油析。乳液微观结构观察结果与上述稳定性试验结果一致，ph为11茶枯饼提取物凝胶颗粒溶液制备的高内相pickering乳液有着最优的稳定性。