本发明属于食品领域，具体涉及一种基于甘油二酯稳定的油包水型(w/o)高内相pickering乳液及其制备方法与应用。克服了目前多采用饱和氢化油、蜡或非食品级颗粒制备油包水型高内相乳液的难题。
背景技术：
：：高内相乳液通常是指分散相体积百分比大于74％的乳液体系，在食品、化妆品、医药等领域应用十分广泛。目前国内市场中的人造奶油、威化饼干等所用食品专用油脂多为饱和脂肪或氢化油，较高含量的饱和脂肪以及可能存在的反式脂肪易增加罹患动脉粥样硬化和心血管疾病的风险。高内相乳液外观和机械性能与人造奶油相似，有望成为传统塑性脂肪的替代品。通过高浓度的填充水相代替部分脂肪基质制备高内相w/o乳液，可有效降低产品脂肪含量，同时具有良好的塑性和稳定性，成为新一代的营养健康型低脂食品。同时，高内相w/o乳液可作为活性物质的递送体系，与普通乳液相比能包埋更多水溶性活性物质，并提高活性物质的稳定性和生物活性，或达到缓释的目的，在保健食品和药物递送等方面具有巨大的发展潜力。传统高内相w/o乳液通常由大量表面活性剂稳定。基于固体颗粒制备的pickering高内相乳液能够避免合成表面活性剂的大量使用，改善产品性能，目前应用于pickering乳液稳定的颗粒多为无机或有机合成颗粒，在食品、医药等行业应用受限。尽管已有报道一些食品级或生物来源的颗粒可用于pickering乳液稳定，但多用于稳定高内相水包油(o/w)乳液，而适用于食品级高内相油包水乳液的材料与制备方法较为有限。近年来，脂肪晶体在稳定pickering乳液方面展现出巨大潜力。甘油二酯是一种功能性油脂，属于油脂的天然成分，可通过化学或酶法大批量合成，食用安全。具有抑制体内脂肪沉积预防肥胖，降低餐后血清甘油三酯和血糖含量等作用。甘油二酯是甘油三酯中一个脂肪酸残基被羟基取代的结构脂质，有两种异构体，分别为1,3-甘油二酯和1,2-甘油二酯。其亲水亲油平衡(hlb)值介于2-5之间。由于同时拥有亲水基团和亲脂基团，与相同脂肪酸组成的甘油三酯相比，甘油二酯能更好地降低油-水界面张力。其中中长链甘油二酯是一种同时含有中链脂肪酸(c10～c12)和长链脂肪酸(c14～c24)的结构脂质，除具有长链甘油二酯的优点，还具有中链脂肪酸独特的快速供能和降低血脂的功能。甘油二酯的高熔点及营养特性为其在w/o高内相乳液中的应用提供了有力依据。目前，尚未有文献报道使用甘油二酯来稳定高内相油包水乳液。中国发明专利申请(cn102838773a)公开了一种以苯乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯三嵌段共聚物纳米粒子稳定的油包水型高内相乳液为前体，通过冷冻干燥制备超低密度聚合物多孔材料的方法。虽然该制备方法避免了表面活性剂的大量使用，但是所用原料非天然食品中可用原料。中国发明专利申请(cn106578335a)公开了一种稳定高内相凝胶状小麦醇溶蛋白pickering乳液的制备方法。此发明可以得到稳定性高、粘弹性好，能够包埋大量油脂的小麦醇溶蛋白pickering乳液，且在新型营养物质输送载体及食品结构修饰基料应用方面具有较好的前景。但该方法需要用到有机溶剂乙醇，制备过程较为复杂，且制备的是水包油型高内相乳液，内相为油相。中国发明专利申请(cn110946285a)公开了一种基于植物甾醇稳定的油包水型pickering乳液及其制备方法和应用。该方法与传统的油包水型颗粒稳定剂制备方法比较，无需添加表面活性剂或化学修饰即可生产出稳定性好的油包水型pickering乳液，但此方法最高仅能稳定70％的内相水含量。同时该发明所用植物甾醇颗粒是通过反溶剂沉淀法制备，需用到有机试剂乙醇。对于制备食品级高内相油包水乳液的研究，lee等在论文中(lee.,tan.,ravanfar.,etal.ultrastablewater-in-oilhighinternalphaseemulsionsfeaturinginterfacialandbiphasicnetworkstabilization[j].acsappliedmaterials&interfaces,2019,11(29):26433-26441.)报道了采用乳化剂油酸单甘酯和凝胶剂蜂蜡制备高内相油包水乳液的方法，但并未涉及功能油脂甘油二酯在高内相乳液中的应用。同时该高内相乳液放置两天后便有大量水析出，稳定性较低，应用受到限制。鉴于此，我们发明了基于甘油二酯的高稳定性油包水型pickering高内相乳液的制备方法。技术实现要素：为解决上述现有技术的不足之处，开发更为营养健康的低脂食品，本发明的首要目的在于提供一种油包水型高内相pickering乳液的制备方法。本发明所提供的高内相乳液在储存和加工过程中具有良好的稳定性，甘油二酯的界面结晶和网络结晶特性同时起到固化内相的作用，乳化剂协同作用可降低液滴粒径，增加内相稳定性。内相也可采用多糖水凝胶填充，进一步增加高内相乳液的物理稳定性，所得高内相乳液在保持产品体积的同时大大降低脂肪含量，低饱和、无反式脂肪，且含功能性结构脂质甘油二酯，营养价值高。本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的甘油二酯高内相pickering油包水乳液。本发明的再一目的在于提供上述甘油二酯高内相pickering油包水乳液的应用。本发明所得乳液总脂肪含量低，富含不饱和脂肪，呈现半固体状，具有良好的可塑性、涂抹性和稳定性，适用于代替传统饱和脂肪和反式脂肪作为食品专用油脂用于食品中，也可用于荷载水溶性多酚、维生素等活性物质，赋予产品相应的功能性质与营养特性。本发明的目的通过下述技术方案实现：一种油包水型高内相pickering乳液的制备方法，包括以下步骤：(1)油包水型高内相乳液制备：向植物油中加入乳化剂和甘油二酯，加热搅拌使其充分溶解，获得油相；将水相以恒定的速度加入到油相中，用搅拌器进行预混，获得粗乳液；再将粗乳液进行高速剪切均质，得到水相体积百分比不低于75％的甘油二酯稳定的高内相油包水乳液；(2)降温冷却：均质结束后，冷却至室温，并低温储存。优选的，所述甘油二酯含10-18个碳原子，熔点范围为40-70℃，纯度不低于50％，甘油二酯中所含脂肪酸碳原子数为10-18，为癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸或硬脂酸的一种以上；所述乳化剂为聚甘油蓖麻醇酸酯(pgpr)；所述植物油为大豆油、玉米油、橄榄油、葵花籽油、花生油、茶籽油、棉籽油、米糠油、亚麻籽油中的至少一种。优选的，步骤(1)中所述甘油二酯可通过含10-18个碳原子脂肪酸的单甘酯和含10-18个碳原子的脂肪酸或相应的甘油三酯在脂肪酶的催化作用下酯化或酯交换制备，也可通过甘油和含10-18个碳原子的脂肪酸酯化制备；所述含10-18个碳原子的脂肪酸为癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸或硬脂酸中的一种以上。用分子蒸馏或溶剂法纯化粗产物，得到纯度不小于50％的甘油二酯。优选的，步骤(1)中油相和水相的体积比为15：85～25：75，向植物油中添加甘油二酯的量为油相的4～8wt％，乳化剂的量为水相的0.5～1.5wt％，油相由植物油、甘油二酯和乳化剂组成。优选的，步骤(1)中甘油二酯与植物油混合体系需搅拌5～15min，溶液温度达到50～85℃，保证甘油二酯融化并与油相混合均匀。优选的，步骤(1)中所述水相为水或多糖溶液中的一种，油相和水相的体积比为15：85～25：75；所述多糖为ι-卡拉胶、κ-卡拉胶、琼脂、结冷胶中的至少一种；多糖溶液质量浓度为0.5-1.5％，更优选为1％。优选的，步骤(1)中水相需预热至50～85℃，并以恒定的速度在3～6min内加入混合均匀的油相中，同时使用搅拌器以500～1000rpm的转速使水相与油相充分混合；水相全部加入后，继续在搅拌下混合3～6min得到粗乳液，混合过程中乳液温度维持在50～85℃；步骤(1)中粗乳液需立即在12000～15000rpm高速剪切均质3～6min，均质过程水浴保持温度维持在50～85℃左右。优选的，步骤(2)中，将所述乳液置于冰水浴中，同时用搅拌器以500～1000rpm的搅拌速率冷却至室温，之后放置于5℃保存。上述高内相油包水乳液使用功能油脂甘油二酯结晶作为稳定剂，利用甘油二酯的高熔点与pickering界面结晶特性实现高含量内相的固定化，通过少量乳化剂的协同作用实现脂肪晶体表面润湿性的调节及吸附能力的增强，制备的高内相乳液具有良好的涂抹性和储藏稳定性，脂肪含量大大降低，在食品或化妆品中具有广泛用途。例如，应用于烘焙产品，代替氢化植物油为主要成分的人造奶油；还可应用于低脂食品如巧克力产品、奶油制品或糖果等的制备，在保持体积不变的条件下大量的内相降低了产品脂肪用量；此外，高内相w/o乳液还具有封装和保护更多的水溶性生物活性物质(例如多酚类、维生素、矿物质、多肽)的优势，也可用于化妆品如乳液、护肤油、霜等产品中，制备工艺简单、易于操作。本发明与现有技术相比，优点和有益效果在于：(1)本发明使用的原料天然健康，营养价值高，生理活性强，甘油二酯作为一种功能性结构脂质，具有优异的生物活性和功能性，具有降血脂，抑制体重增加等作用。解决了以往高内相乳液多采用非食品级固体颗粒或涉及有机溶剂使用等安全问题。(2)本发明通过将添加甘油二酯、乳化剂的植物油与水相简单混合剪切均质形成粘弹性的乳液，可包裹75～85％的高内相水相或多糖溶液，乳液粒径较小，具有良好的储藏稳定性和柔软的塑性结构。体系富含不饱和脂肪酸，无反式脂肪酸，同体积的条件下大大降低了体系的脂肪含量，可替代含较多饱和脂肪的氢化植物油为主要成分的涂抹用人造奶油产品，或用于生产低热量的保健食品。(3)本发明中甘油二酯具有优异的表面活性和pickering界面结晶特性，可同时以界面结晶和网络结晶的稳定方式有效提高乳液的稳定性，并赋予乳液良好的机械性能和可塑性。界面吸附的甘油二酯脂肪晶体在水滴表面固化赋予抗凝聚特性，连续相中的脂肪晶体可最大程度地减少液滴间的碰撞，防止液滴絮凝聚结等造成的产品失稳，乳化剂pgpr的加入使得乳液具有更低的粒径，体系稳定性增加。可进一步优化制备过程，加入多糖形成的水凝胶促使内相结构化，延迟乳液液滴的运动，提高两相稳定性并降低乳液中的乳化剂用量。(4)本发明涉及的乳液制备过程所使用的原料均为食品级原料，不需要大型设备，环保无污染，成本低廉且不需要太复杂的工序，易于生产；产品具有较高的营养特性，不仅能够作为营养食品制品，还能作为水溶性活性物质的载体，广泛应用于低脂食品、功能食品或化妆品等的开发。附图说明图1是本发明的流程示意图。图2为实施例1制备得到的油包水型高内相乳液的外观和光学显微镜图。图3为实施例2制备得到的油包水型高内相乳液的外观和光学显微镜图。图4为实施例1和2制备得到的油包水型高内相pickering乳液的振幅扫描粘弹特性图。图5为实施例3制备得到的含有多糖琼脂水溶液为内相的油包水型高内相pickering乳液的外观图。图6为实施例4制备得到的油包水型高内相pickering乳液的外观图。图7为实施例5制备得到的油包水型高内相pickering乳液的外观图。图8是对比例1制备得到的不同水相体积比的油包水型pickering乳液外观图：从左至右水相体积比依次为10％、20％、30％、40％、50％、60％，上图为新鲜乳液，下图为放置30天之后的乳液。图9为对比例2制备得到的油包水型高内相乳液的外观图。图10为对比例3制备得到的油包水型高内相乳液的外观图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式和保护范围不限于此。本发明实施例中的甘油二酯均可通过现有技术方法制备获得，在实施例中，甘油二酯的制备可按照现有技术已经报道的方法得到，可通过酯交换的方法(汪勇，谢小冬，张震。一种酶催化单甘酯与中链甘油三酯酯交换制备甘油二酯的方法，专利申请号201810320537.4，申请日：2018.04.11)或者酯化的方法(enzymaticpreparationandfacilepurificationofmedium-chain,andmedium-andlong-chainfattyaciddiacylglycerols[j].lwt-foodscienceandtechnology,2018,92,227–233)制备，并通过分子蒸馏或溶剂法纯化，但甘油二酯的获得方式不限于上述方式。实施例1(1)取含有硬脂酸和棕榈酸、纯度约为60％的长链甘油二酯，与一定量的乳化剂聚甘油蓖麻醇酸酯(pgpr)和菜籽油置于同一烧杯中，其中长链甘油二酯占油相总质量比为4％，pgpr占水相质量比为1％，油相和水相的体积比为25：75，磁力搅拌使油相温度达到85℃，然后将预热到85℃的水缓慢滴加入混合均匀的油相中，以700rpm使水相与油相充分混合5min得到水相体积百分比为75％的粗乳液。(2)将步骤(1)所得的粗乳液用高速分散机在15000rpm转速下剪切均质5min，乳化过程中同时水浴维持温度在85℃左右。最后将剪切后的乳液用磁力搅拌器以700rpm搅拌速率冷却结晶，得到稳定的高内相pickering乳液，置于5℃储存。经染色实验及光学显微镜观察，实施例1制备得到的是油包水型乳液。高内相乳液的塑性外观和微观结构如图2所示，加入1％的乳化剂pgpr和4％的长链甘油二酯可以稳定75％的水相，说明乳化剂与甘油二酯可协同增强高内相乳液的稳定性。实施例中乳液的流变学性质分析方法如下：采用tadhr-2型流变仪进行测试，平行板直径为20mm，测试温度为25℃，样品与平行板间的间隙为0.5mm。振幅扫描的条件为：频率控制为1hz，应变范围为0.01-100％的条件下记录粘弹性模量随应变的变化。振幅扫描的条件为：振幅变化范围为0.01-1000pa。实施例中乳液的微观结构通过光学显微镜观察，粒径分布通过image-proplus软件进行分析，乳液平均粒径为7μm左右，乳液站立性较好，外观性质及机械性能与人造奶油或沙拉酱相似，且乳液5℃放置3个月外观和粒径无明显变化，表明脂肪晶体颗粒和乳化剂共同增加液滴界面的覆盖率，增强高内相乳液的稳定性。采用olymbus偏光显微镜观察乳液液滴，发现液滴周围吸附有界面pickering结晶，表明甘油二酯具有良好的界面活性，在水滴周围形成紧密吸附界面层，增加界面强度和界面粘弹性，有利于提高乳液稳定性。通过振幅扫描测定所制得的乳液在线性粘弹区间内弹性模量g'均大于粘性模量g”(图4)，表现出粘弹性固体特征，具有较好的塑性。实施例2(1)参考实施例1的步骤和条件，不同之处在于步骤(1)中甘油二酯为中长链甘油二酯，含有中链月桂酸和长链硬脂酸，甘油二酯纯度约为70％；步骤(2)中乳化剂聚甘油蓖麻醇酸酯(pgpr)占水相质量比为0.5％，磁力搅拌使油相温度达到70℃，然后将预热到70℃的水缓慢滴加入混合均匀的油相中，以700rpm使水相与油相充分混合5min得到水相体积百分比为75％的粗乳液。乳化过程中同时水浴维持温度在70℃左右。制备出水相体积百分比为75％的高内相油包水乳液。实施例2制备得到的油包水型pickering乳液的塑性外观和微观结构如图3所示，乳化剂pgpr的添加量为0.5％时，中长链甘油二酯同样可以稳定75％的水相，乳液平均粒径为35μm，乳液站立性较好，外观性质及机械性能与人造奶油极为相似，且乳液5℃放置3个月外观和粒径无明显变化。所制得的乳液在线性粘弹区间内弹性模量g'均大于粘性模量g”(图4)，表现出粘弹性固体特征，具有较好的塑性和凝胶强度。实施例3(1)参考实施例1的步骤和条件，不同之处在于步骤(2)中甘油二酯占油相总质量比为8％，水相为加热溶解的琼脂水溶液，植物油为大豆油，制备得到内相为多糖水溶液的粗乳液。(2)将步骤(1)所得的粗乳液快速用高速分散机在12000rpm转速下剪切均质6min，乳化过程同时水浴维持温度在80℃左右。最后将剪切后的乳液用磁力搅拌器以1000rpm搅拌速率冷却结晶，得到稳定的乳液，置于5℃储存。不同于实施例1，实施例3中琼脂水溶液中琼脂占水相的质量比为1％。通过此实施例可制备出内相为75％水相的高内相乳液，得到的油包水pickering乳液的外观如图5所示，乳液站立性较好，具有良好的塑性。冷却过程中甘油二酯结晶，同时多糖形成凝胶，界面及连续相中的脂肪晶体结构和大分子网络结构有利于乳液中内相的固定，避免水滴的析出，乳液表现出较好的粘弹特性和稳定性。实施例4(1)参考实施例1的步骤和条件，不同之处在于步骤(1)中甘油二酯的脂肪酸组成均为硬脂酸，纯度约为55％，甘油二酯占油相的总质量比为8％，油相和水相体积比为15：85，以1000rpm使水相与油相充分混合8min得到水相体积百分比为85％的粗乳液。按照步骤(2)制备得到高内相pickering乳液。实施例4制备得到的油包水型高内相pickering乳液的外观如图6所示。本实施例制备得到水相体积百分比为85％的稳定乳液，乳液具有较好的站立性，外观性质及机械性能与人造奶油相似，且乳液放置3个月后外观无明显变化。实施例5(1)参考实施例1的步骤和条件，不同之处在于步骤(1)中甘油二酯为中链月桂酸甘油二酯，步骤(2)中月桂酸甘油二酯占油相的总质量比为8％，乳化过程中同时水浴维持温度在60℃左右。将预热到60℃的水缓慢滴加入混合均匀的油相中，以1000rpm使水相与油相充分混合5min得到水相体积百分比为75％的粗乳液。(2)将步骤(1)所得的粗乳液用高速分散机在15000rpm转速下剪切均质4min，乳化过程同时水浴维持温度在60℃左右。最后将剪切后的乳液用磁力搅拌器以1000rpm搅拌速率冷却结晶，得到稳定的高内相pickering乳液，置于5℃储存。本实施例制备得到水相体积百分比为75％的乳液，外观如图7所示。乳液具有一定的塑性。乳液外观性质及机械性能与人造奶油或沙拉酱相似，且乳液放置3个月后外观无明显变化。对比例1(1)准确称取一定量的含有棕榈酸和硬脂酸的长链甘油二酯和菜籽油于烧杯中，其中长链甘油二酯占油相质量比为4％，磁力搅拌使油相温度达到85℃，然后将预热的去离子水缓慢滴加入混合均匀的油相中，以700rpm使水相与油相充分混合5min得到水相体积百分比分别为10％、20％、30％、40％、50％、60％的粗乳液。(2)将步骤(1)所得的粗乳液迅速用高速分散机在15000rpm转速下剪切均质5min，乳化过程中水浴维持温度在85℃。(3)将剪切后的乳液用磁力搅拌器以700rpm搅拌速率冷却结晶，得到的乳液置于5℃储存。图8是仅由长链甘油二酯稳定的水相体积百分比分别为10％、20％、30％、40％、50％、60％的油包水乳液，无乳化剂pgpr添加。由图可知当乳液中水相体积比例低于10％时，乳液5℃放置30天后发生分层现象，而乳液中水相比例为60％时，可见部分水滴析出。表明单独使用长链甘油二酯无法制备稳定的高内相乳液(内相含量>74％)，仅能稳定低于60％的水相。对比例2(1)准确称取占水相质量比为1％的乳化剂pgpr于菜籽油中，磁力搅拌使乳化剂完全溶解，然后将去离子水缓慢滴加入混合均匀的油相中，以700rpm使水相与油相充分混合5min得到水相体积百分比为75％的粗乳液。(2)将步骤(1)所得的粗乳液快速用高速分散机在15000rpm转速下剪切均质5min，制得乳液置于5℃储存。对比例2制备得到的仅含有pgpr的油包水型高内相乳液外观如图9所示，所得乳液样品为油包水型乳液，但相比于实施例，对比例2中形成的乳液液体为流动状，表明无甘油二酯添加时，仅由乳化剂pgpr制备的高内相乳液不能形成凝胶状的塑性结构，无法有效替代传统塑性脂肪如氢化油等制备人造奶油产品。乳液存储1周后出现明显油相上浮，这也进一步说明了甘油二酯对高内相乳液的结构支撑作用，与pgpr协同作用才能够形成稳定的凝胶状高内相乳液。对比例3(1)参考对比例2的步骤和条件，不同之处在于步骤(1)中的乳化剂pgpr占水相的质量比为0.5％。(2)将步骤(1)所得的粗乳液迅速于室温下采用高速分散机在15000rpm转速下剪切均质3min。最后将剪切后的乳液用磁力搅拌器以700rpm搅拌速率冷却结晶，制备的乳液置于5℃储存。对比例3制得的乳液如图10所示，乳化剂pgpr质量浓度为0.5％时，乳液剪切结束后一天即出现油水分离，无法形成稳定的乳液，表明无甘油二酯添加时，低浓度(0.5％)的乳化剂pgpr无法较好的乳化水相，无法形成稳定的高内相乳液。对比例4(1)参考对比例2的步骤和条件，不同之处在于步骤(2)中的油相中添加了4％的氢化棕榈油(hpo)。磁力搅拌使油相温度达到85℃，然后将预热到85℃的水缓慢滴加入混合均匀的油相中，以700rpm使水相与油相充分混合5min得到水相体积百分比为75％的粗乳液。(2)将步骤(1)所得的粗乳液迅速于室温下采用高速分散机在15000rpm转速下剪切均质3min。最后将剪切后的乳液用磁力搅拌器以700rpm搅拌速率冷却结晶，制备得到的乳液置于5℃储存。对比例4所用固脂氢化油含有较多饱和脂肪甚至少量对人体健康不利的反式脂肪，制得的乳液无法较好地站立，乳液存储1个月后出现明显水滴析出，由于氢化油不具有表面活性，不能形成界面吸附晶体结构，仅能够通过网络结晶稳定乳液，因此高内相乳液稳定性有限。对比例5(1)参考对比例2的步骤和条件，不同之处在于步骤(2)中的油相中添加了10％的蜂蜡，水相为1％的ι-卡拉胶溶液。磁力搅拌使油相温度达到85℃，然后将预热到85℃的卡拉胶溶液缓慢滴加入混合均匀的油相中，以700rpm使水相与油相充分混合5min得到水相体积百分比为75％的粗乳液。(2)将步骤(1)所得的粗乳液迅速于室温下采用高速分散机在15000rpm转速下剪切均质3min。最后将剪切后的乳液用磁力搅拌器以700rpm搅拌速率冷却结晶，制备得到的乳液置于5℃储存。对比例5制得的乳液具有一定的粘弹性，弹性模量大于粘性模量，但乳液存储2天后即有明显水滴析出，存储1个月后较多水析出，乳液明显失稳，由于固脂蜂蜡界面活性较低，无法形成较好的界面吸附结构，因此高内相乳液稳定性较低。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，其它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。当前第1页12当前第1页12