超声辅助制备高DHA Omega-3浓缩物：水包油乳液的物理和氧化稳定性

《Foods》：Ultrasound-Assisted Formulation of a High-DHA Omega-3 Concentrate: Physical and Oxidative Stability of Oil-in-Water Emulsions

　　

Omega-3（n-3）多不饱和脂肪酸（PUFA）与多种健康益处相关，但它们对脂质氧化的高度易感性和低水分散性限制了其在食品中的掺入。在本研究中，研究人员利用一种商业鱼油浓缩物（含有92% w/w总n-3 PUFA和73% w/w二十二碳六烯酸（DHA）），以辛烯基琥珀酸酐（OSA）改性淀粉作为唯一乳化载体，开发了一种水包油乳液。采用响应面法（RSM）评估油含量、超声乳化时间和超声振幅对体积加权平均液滴直径D[4,3]的影响。选定的配方（油含量为总固形物的20% w/w，乳化时间180 s，超声振幅100%）表现出D[4,3]为121 ± 1 nm。在室温避光储存期间，该乳液在前5天保持低过氧化值（1.2至1.4 meq O₂/kg油）和硫代巴比妥酸反应物（TBARS）值（1.3至2.1 mmol/kg油），表明该配方延缓了n-3 PUFA浓缩物的脂质氧化。与对照乳液相比，添加α-生育酚并未改善氧化稳定性。相反，抗坏血酸在储存期间保持了低过氧化值并减少了TBARS积累，其值低于对照乳液且接近n-3 PUFA浓缩物的初始TBARS值。这些结果表明，在所评估的条件下，抗坏血酸在延缓二次脂质氧化产物形成方面比α-生育酚更有效。

**论文解读：超声辅助制备高DHA Omega-3浓缩物乳液的物理与氧化稳定性研究**

**研究背景与问题**

Omega-3多不饱和脂肪酸（n-3 PUFA），尤其是二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA），因其在心血管保护和抗炎方面的健康益处而备受关注。然而，人体从α-亚麻酸（ALA）内源合成EPA和DHA的效率极低（EPA 5–10%，DHA 1–5%），因此必须通过膳食直接摄取。现代饮食模式中饱和脂肪摄入偏高而多不饱和脂肪酸不足，促使营养学家推荐增加鱼类和绿色蔬菜的摄入，但饮食习惯难以改变。为此，富含n-3 PUFA的营养补充剂和功能食品被广泛开发，以弥补这一营养缺口。然而，n-3 PUFA对脂质氧化高度敏感，暴露于氧气、高温和水分会生成初级氧化产物（氢过氧化物）和次级氧化产物（醛、酮、挥发性化合物），导致酸败、营养降解和不良感官变化，从而降低消费者接受度和产品货架期。此外，n-3 PUFA的低水分散性也限制了其在食品基质中的直接掺入。

为克服这些挑战，研究人员探索了多种稳定化策略，包括添加天然或合成抗氧化剂、改进包装系统，以及基于乳液和纳米乳液的封装技术。乳液体系能提供界面保护，限制n-3 PUFA与促氧化环境接触，同时提高生物利用度和感官特性。超声乳化技术因其能量效率高、能产生细小液滴和窄粒径分布而备受关注，其空化效应产生强剪切力、湍流和微射流，可将油滴尺寸降至纳米级，提升动力学稳定性和生物利用度。然而，空化也可能诱发活性物种形成，影响氧化途径，因此需优化功率、时间、占空比和温度等参数。辛烯基琥珀酸酐（OSA）改性淀粉是一种两亲性食品乳化剂，已获欧盟批准（E1450），适用于封装风味物质、类胡萝卜素、维生素和富含PUFA的油脂。尽管OSA改性淀粉和超声乳化此前已分别应用于不同脂质递送系统，但本研究的独特贡献在于将二者结合，应用于一种商业鱼油浓缩物（含92% w/w总n-3 PUFA和73% w/w DHA），并以OSA改性淀粉为唯一乳化载体，无需额外低分子量表面活性剂，通过响应面法（RSM）系统优化油含量、超声时间和振幅，随后评估物理稳定性，并比较亲水性抗氧化剂抗坏血酸（AA）与亲脂性抗氧化剂α-生育酚对初级和次级脂质氧化的影响。该研究旨在开发并表征一种超声辅助的高DHA Omega-3水包油乳液，并评估其储存期间的物理和氧化稳定性。论文发表在《Foods》。

**主要关键技术与方法**

研究人员采用的主要关键技术包括：**响应面法（RSM）** 结合**中心复合设计（CCD）**，以油含量（10–30% w/w总固形物）、超声乳化时间（60–300 s）和超声振幅（50–100%）为变量，优化**体积加权平均液滴直径（D[4,3]）**；使用**超声均质机（Sonics VCX 500, 500 W, 20 kHz）** 制备乳液，配备13 mm钛合金探头，采用5 s脉冲/5 s间歇模式控温；**激光衍射法（Mastersizer 2000）** 测定液滴粒径分布及D[4,3]和跨度值；**静态多重光散射（Turbiscan Lab Expert）** 监测未稀释乳液的物理失稳（如乳析）；**铁硫氰酸盐法** 测定过氧化值（PV）以评估初级氧化；**硫代巴比妥酸反应物（TBARS）法** 测定次级氧化产物。样品来源：商业鱼油浓缩物（Algatrium? Plus，Brudy Technology S.L.，西班牙）和OSA改性淀粉（Ingredion，德国）。

**研究结果**

**3.1 n-3 PUFA浓缩物脂肪酸组成和氧化值**
通过正常相高效液相色谱（HPLC）和气相色谱分析，该浓缩物含73% DHA和92%总n-3 PUFA，主要以甘油三酯（72 wt%）形式存在，另有少量甘油二酯（11 wt%）、单甘油酯（2 wt%）和乙酯（15 wt%）。初始过氧化值（PV）为3.79 ± 0.02 meq O₂/kg油，对甲氧基苯胺值（AV）为11.9 ± 0.7，TBARS值为0.825 ± 0.033 mmol/kg油，表明其初始氧化状态适于人类食用。

**3.2 油含量、超声乳化时间和振幅对乳液液滴大小的影响——RSM优化条件**
通过RSM拟合二次多项式模型（R²=96.2%），超声乳化时间对D[4,3]的影响最强（F值最大），其次为油含量和振幅。响应面图显示，增大超声振幅和时间可减小液滴尺寸，但过长时间可能导致过度加工而增大液滴。模型预测最小D[4,3]为116 nm，对应的优化条件为：油含量20% w/w总固形物、超声时间180 s、振幅100%。实验验证三次，得到D[4,3]为121 ± 1 nm，跨度值为1.16 ± 0.01，证实模型有效性。

**3.3 所选乳液的物理稳定性**
所选乳液在室温避光储存29天，通过激光衍射监测液滴分布。D[4,3]从第0天的123 nm逐渐增至第29天的141 nm，分布从单峰变为双峰（出现少量大液滴群体），表明有限液滴增长或聚集。静态多重光散射（Turbiscan）在25°C下监测24天，从约第6天起，测量池上部区域背散射增加，指示液滴向上迁移并发生乳析；中部区域背散射略有增加，与液滴尺寸增大一致。尽管主液滴群体保持较小，但乳液并非完全抵抗重力失稳。

**3.4 所选乳液的氧化稳定性**
在N₂气氛下处理浓缩物后制备乳液，于室温避光储存。PV在第0–7天保持低水平（约1.1–1.4 meq O₂/kg油），TBARS在第0–7天相对恒定，但在第11天升高。表明该配方延缓了初级和次级氧化产物的积累，但未完全抑制，延长储存后次级氧化仍发生。

**3.5 添加不同抗氧化剂对最佳乳液氧化稳定性的影响**
**3.5.1 添加抗坏血酸（AA）**
在乳液水相中加入20 mM AA（依据文献基准浓度），一份样品在N₂和4°C下储存，另一份在室温避光下储存。两种储存条件下PV和TBARS均保持低且恒定，且TBARS低于对照乳液延长储存后的值，略高于浓缩物初始TBARS（0.825 mmol/kg油）。表明AA能有效延缓或抑制脂质氧化，且无需低温或N₂保护。

**3.5.2 抗坏血酸与α-生育酚的对比效果**
添加α-生育酚（1.75 mg/g油，油相添加）的乳液与对照乳液（无抗氧化剂）的PV曲线相似，均保持低水平；但TBARS在延长储存后均升高，α-生育酚未显示改善作用。而添加AA的乳液TBARS值显著低于对照和α-生育酚组，且在整个储存期间基本恒定。因此，在所评估条件下，AA（20 mM）在延缓次级氧化产物形成方面优于α-生育酚。这可能与AA在水相中清除溶解氧和活性物种的能力有关，但本研究未直接测量溶解氧、过渡金属含量或AA降解，故该解释为合理推断而非直接证明。

**总结与讨论**

研究结论部分指出：本研究利用OSA改性淀粉作为载体材料，结合超声辅助乳化，成功开发了n-3 PUFA浓缩物（含92% w/w总n-3 PUFA和73% w/w DHA）的乳液配方。响应面法确定油含量为总固形物的20% w/w、超声乳化时间180 s、超声振幅100%为最小化体积加权平均液滴直径的条件，实验所得D[4,3]为121 ± 1 nm。在29天储存期间，平均液滴直径仅适度增加。然而，静态多重光散射检测到从约第6天开始出现乳析，表明小初始液滴直径并不能阻止重力失稳，因此该配方在整个储存期内并非完全物理稳定。在室温避光储存期间，PV保持低水平，而TBARS在延长储存后升高。添加α-生育酚（1.75 mg/g油）未明显改善氧化稳定性；而添加20 mM AA则减少了TBARS积累，表明AA在所研究条件下延缓了次级脂质氧化产物的形成。由于仅评估了每种抗氧化剂的一个浓度，这些结果未确定其最佳浓度。该开发的乳液作为概念验证配方，具有作为富含Omega-3成分应用于水性或半水性食品的潜力。但其商业应用需在具体食品基质中进一步评估，包括感官接受性、长期物理和氧化稳定性、微生物稳定性及与其他食品成分的相互作用。还需研究工艺放大和抗氧化剂浓度优化。此外，应测定Zeta电位、微观形态和未乳化油量，以更完整地表征体系的界面和结构性质。