基于多糖分子与多糖微凝胶协同稳定机制的乳液及其制备方法与应用

本发明属于乳液制备，具体涉及一种基于多糖分子与多糖微凝胶协同稳定机制的乳液及其制备方法，还涉及上述乳液在食品工程中的应用。

背景技术：

1、乳液，由热力学不相容两相形成的，利用乳化剂降低表面张力，使得其中一相在另一相中稳定分散的体系。通过巧妙的界面结构设计，不仅可以实现单个乳滴的微观稳定，还能调控乳滴之间的相互作用，使乳液表现出不同的宏观稳定性和流变学性质。在食品工业中，乳液体系不仅可以为产品提供理想的外观、质构以及口感特性，而且在功能性健康食品制备方面具有广阔的应用前景，例如低脂食品，在保留油脂风味的同时减低油脂摄入；功能活性成分递送，将脂溶性成分荷载于水包油的内相中。

2、在实际的生产和生活中，为了确保食品和药品的货架期，通常采用冷链运输并在低温环境中进行冷藏。然而，环境温度的不稳定性会对产品的品质产生严重影响，进而影响产品的销售。对于乳液类产品，冻融过程特别关键，因为冰晶生长可能会破坏油水界面膜的稳定性，导致融解后出现油水分离现象。因此，提高乳液类产品的冻融稳定性是保证产品货架期和稳定性的重要途径。

3、中国专利cn113397122b公开了利用脱盐咸蛋清凝胶颗粒制备耐冻融皮克林乳液的方法，其中以蛋清凝胶颗粒与海藻酸钠溶液混合作为乳化剂，制备了耐冻融皮克林乳液。中国专利cn116709932a公开了一种以在食品中使用的酶交联的甜菜果胶微凝胶颗粒，并将其用于制备水包油乳液。中国专利cn115403833a公开了一种非溶解型琼脂粉末乳化剂及其制备方法和用途，经过琼脂溶解、酯化改性、冷却凝胶、脱水、高速粉碎等工艺，显著改善了琼脂粉末的乳化活性。

4、上述专利所提供的乳液虽然提高了产品的稳定性，但存在工序繁琐、依赖化学改性等复杂技术手段的问题，这不利于食品工业的生产和应用。蛋白质原料具有过敏原风险且成本较高，开发天然多糖基乳液是市场的迫切需求。此外，上述专利所涉及的酶交联制备多糖微凝胶的策略要求原料具有阿魏酸等标志性交联位点，并不适用于其他价格低廉、缺乏油水两亲性的天然多糖。因此，建立基于非乳化型多糖的新型乳化策略，不仅可以丰富天然乳化剂的种类，还能有效的调动廉价丰富的天然多糖资源。

5、基于此，目前亟需一种改善天然多糖的乳化活性的方法，提供一种仅以天然多糖为乳化剂制备的乳液，在降低乳液制备成本、简化制备工艺的同时，显著提高乳液的耐冻融循环稳定性，是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种具有优异的耐冻融循环稳定性的基于多糖分子与多糖微凝胶协同稳定机制的乳液的制备方法。

2、本发明的目的之二在于提供一种具有优异的耐冻融循环稳定性的基于多糖分子与多糖微凝胶协同稳定机制的乳液。

3、本发明的目的之三在于提供一种基于多糖分子与多糖微凝胶协同稳定机制的乳液在食品工程中的应用。

4、本发明实现目的之一采用的技术方案是：提供一种基于多糖分子与多糖微凝胶协同稳定机制的乳液的制备方法，包括以下步骤：

5、s1、以具有螺旋结构的多糖为原料，制备多糖含量为0.2wt.％～0.5wt.％的多糖微凝胶悬浊液；

6、s2、将所述多糖微凝胶悬浊液与油相按照8:2～7:3的质量比混合，高速剪切形成第一混合物；

7、s3、将半乳甘露聚糖加入水中，经加热溶解，得到半乳甘露聚糖含量为0.4wt.％～1.0wt.％的第二混合物；

8、s4、按照1:1～1:1.5的质量比，将所述第一混合物加入第二混合物中，经混合，得到基于多糖分子与多糖微凝胶协同稳定机制的乳液。

9、本发明提供的一种基于多糖分子与多糖微凝胶协同稳定机制的乳液的制备方法的总体思路如下：

10、本发明采用分步乳化策略，首先，以具有螺旋结构的多糖为原料制备含有多糖微凝胶的悬浊液；其次，以多糖微凝胶为乳化剂，将悬浊液与油相混合，通过高速剪切形成由多糖微凝胶稳定的乳液；最后，将多糖微凝胶稳定的乳液与半乳甘露聚糖混合，利用多糖微凝胶与半乳甘露聚糖的特异性结合，在乳滴表面覆盖一层半乳甘露聚糖分子，构建多层界面结构，通过增强界面层机械强度以实现改善乳液稳定性的目标。

11、本发明考虑到天然多糖分子缺少油水两亲性，难以稳定水包油乳液，先将具有螺旋结构的多糖制备成具有油-水两亲性的多糖微凝胶，再利用该多糖微凝胶悬浊液与油相混合来制备乳液。通过进一步研究发现，单一的多糖微凝胶在油-水界面上的吸附稳定性仍不够理想，在冻融过程中容易发生脱吸附，导致乳液不稳定。因此，本发明还加入了半乳甘露聚糖的水溶液，利用多糖微凝胶与半乳甘露聚糖分子之间的相互作用，改善界面结构和机械性能，借助分步乳化的技术手段改善多糖微凝胶在油-水界面上的吸附稳定性，进而提高乳液对冻融循环的耐受性。

12、在上述制备方法中，为了确保乳液具有较好的流动性能，避免凝胶态的产生，需要对多糖微凝胶悬浊液中多糖的含量、第一混合物中油相含量，以及第二混合物中半乳甘露聚糖含量进行控制。

13、本发明限定多糖微凝胶悬浊液中多糖的含量为0.2wt.％～0.5wt.％，确保样品具有良好的流动性；将多糖微凝胶悬浊液与油相按照8:2～7:3的质量比混合，通过控制油相的加入量，确保乳液具有良好的稳定性和流动性，有利于乳液与半乳甘露聚糖溶液二次混合的均匀性；控制第二混合物中半乳甘露聚糖含量为0.4wt.％～1.0wt.％，能够在保证半乳甘露聚糖用量的前提下降低其粘度，有利于乳液与半乳甘露聚糖的均匀混合；最后，通过调整第一混合物和第二混合物的比例为1:1～1:1.5，使多糖微凝胶与多糖分子相互作用，提高油-水界面上的吸附稳定性，借助吸附而非增稠的方式来稳定乳液，这样制备的乳液具有优异的稳定性能的同时，还保持着良好的流动性能，极大地拓展了所制备乳液的应用场景。

14、进一步地，步骤s1中，所述具有螺旋结构的多糖包括琼脂、κ-卡拉胶、果胶中的一种或多种的组合。优选地，所述具有螺旋结构的多糖选自κ-卡拉胶。

15、优选地，步骤s1中，多糖微凝胶悬浊液中多糖的含量为0.4wt.％～0.5wt.％。

16、进一步地，步骤s1中，当所述具有螺旋结构的多糖选自κ-卡拉胶和/或果胶时，所述多糖微凝胶悬浊液的制备方法包括：将具有螺旋结构的多糖溶于去离子水中，加热搅拌至完全溶解，得到均相溶液；在加热条件下，向所述均相溶液中滴加盐溶液，在持续剪切条件下自然冷却，形成多糖微凝胶悬浊液。

17、优选地，所述盐溶液包括kcl、nacl、cacl2的水溶液中的一种或多种的组合，所述多糖微凝胶悬浊液中，盐浓度为25～100mmol/l。

18、优选地，所述加热的温度为70～80℃，加热的时间为10～15min，搅拌的速度为300～1000rpm；所述均相溶液中的卡拉胶浓度为1.5wt.％～2.5wt.％。

19、进一步地，当所述具有螺旋结构的多糖为琼脂时，所述多糖微凝胶悬浊液的制备方法包括：将琼脂溶于去离子水中，加热搅拌至完全溶解，得到均相溶液，在持续剪切条件下自然冷却，形成琼脂微凝胶悬浊液。

20、优选地，所述加热的温度为70～80℃，加热的时间为10～15min，搅拌的速度为300～1000rpm。

21、进一步地，步骤s1中，所述多糖微凝胶悬浊液中，多糖微凝胶的粒径为1～10μm。优选地，多糖微凝胶的粒径为1～5μm。在本发明中，将多糖微凝胶的粒径控制在较小的范围，其作为乳化剂使用能够更好的提升油-水界面上的吸附效果。

22、进一步地，步骤s2中，所述油相包括大豆油、花生油、玉米油、葵花籽油中的一种或多种的组合。

23、进一步地，步骤s2中，高速剪切的转速为8000～12000rpm，时间为2～3min。

24、进一步地，步骤s3中，所述半乳甘露聚糖包括葫芦巴胶、瓜尔豆胶、塔拉胶、刺槐豆胶中的一种或多种的组合。半乳甘露聚糖(gms)是一类多糖的总称，分子结构特征为：由甘露糖和半乳糖组成的杂聚糖，其中甘露糖以(1-4)键相连形成主链，并在每隔几个甘露糖残基上通过(1-6)键连接一个半乳糖分支。葫芦巴胶、瓜尔豆胶、塔拉胶以及刺槐豆胶(lbg)均为gms，区别在于其分子中半乳糖与甘露糖的比例(g/m)。

25、优选地，步骤s3中，加热的温度为70～90℃，加热的时间为20～40min，加热溶解在搅拌条件下进行，搅拌的转速为300～500rpm。

26、进一步地，步骤s4中，所述混合的搅拌转速为500～1000rpm，时间为5～10min。

27、本发明实现目的之二采用的技术方案是：提供一种基于多糖分子与多糖微凝胶协同稳定机制的乳液，所述乳液由根据本发明目的之一所述的制备方法制得。

28、在本发明提供的乳液中，将凝胶颗粒状态的具有螺旋结构的多糖与分子形态的半乳甘露聚糖相结合，采用分步乳化策略，使不同形态的多糖相结合并发挥协同稳定机制，改善界面结构和机械性能，实现了对于乳液耐冻融循环性能的提升。

29、本发明实现目的之三采用的技术方案是：提供一种根据本发明目的之二所述的基于多糖分子与多糖微凝胶协同稳定机制的乳液在食品工程中的应用。

30、优选地，本发明提供的乳液可以作为多种活性物质的载体，用于多不饱和脂肪酸、姜黄素、胡萝卜素等疏水性物质的营养强化剂的口服递送。本发明提供的乳液还具有油含量较低的优势，可以广泛用于低脂肪食品的开发。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

32、(1)本发明提供的一种基于多糖分子与多糖微凝胶协同稳定机制的乳液的制备方法，采用分步乳化策略，将多糖微凝胶稳定的乳液与多糖分子溶液进行二次混合。首次利用多糖分子与多糖微凝胶之间的相互作用机制，强化多糖微凝胶形成的油水界面层，显著改善了多糖微凝胶乳液的稳定性。

33、(2)本发明制得的基于多糖分子与多糖微凝胶协同稳定机制的乳液，具有良好的冻融稳定性，有效提高了产品的商业化价值。此外，该乳液还具有生产工艺简单、高效，生产成本低，环保安全等优势，适合工业化生产。

34、(3)本发明制得的基于多糖分子与多糖微凝胶协同稳定机制的乳液，不仅可以作为诸多活性物质的包埋载体，而且还能广泛用于低脂肪食品的开发。此外，该乳液还具有良好的流动性和冻融稳定性，有利于在冷链运输、储藏以及销售过程中保持物性稳定，具有广阔的推广及应用前景。