作者:郑晓敏
紫甘薯色素( PSPC，Purple sweet potato color)是从紫甘薯的块根和茎叶中提取出来的一种天然色素，色泽鲜亮自然，无毒，具有多种营养、药理和保健功能，是一种理想的天然食用色素资源。紫甘薯色素在自然界中存在普遍，易于获得，其主要成分是氰锭酰基葡糖苷及甲基花青素酰基葡糖苷，属于花青素类色素。紫甘薯色素具有抗氧化、抗肿瘤、抗突变、调节血压等多种生物活性，但是由于它具有很强的亲水性，不能溶于油脂．因此限制了它在食品行业中的应用。
微乳( Microemulsion，ME)是由水、油、表面活性剂和助表面活性剂构成的透明、光学各向同性、热力学稳定的液体体系，粒径在10—100 nm之间。微乳液首先由Schulman等发现并命名。按结构分，微乳可分为水包油( O/W)型、油包水(W/O)型和双连续型。在油包水型( W/O)微乳中，油为连续相，水为分散相。
目前微乳的制作方法主要有两种：一种是将油、表面活性剂等组分按照适当比例和次序混合均匀来形成微乳。另一种就是施加外力促进微乳的形成，例如均质的方法。
虽然早在1943年就发现了微乳液，但是直到1990年，微乳液才开始在食品中得以应用：目前，我国对食品微乳液的研究还相对较少，主要集中在饮料除浊、防霉剂增效、微乳萃取等方面。随着微乳技术的发展，开发出低毒性、低刺激性的表面活性剂将在很大程度上促进微乳技术在食品中的应用。
通过微乳化这一技术手段，制备油包水型的紫甘薯色素微乳液，使其能够在油脂中能有良好的溶解性，扩大了紫甘薯色素在食品工业中的应用范围。
1 材料与方法
1.1材料与仪器
辛酸葵酸甘三酯：广州市晟吉雅贸易有限公司；Span 20（HLB值8.6）：天津市光复精细化工研究所；Span 80（HLB值4.3）：天津市基准化学试剂有限公司；Span 85（HLB值1.8）：天津市光复精细化工研究所；Tween 80（HLB值15.0）：天津市百世化工有限公司；Tween 60（HLB值14.9）：天津市光复精细化工研究所；1，2-丙二醇：天津市富宇精细化工有限公司；无水乙醇：天津市风船化学试剂科技有限公司；聚乙二醇400:天津大学科威有限公司；丙三
醇：天津市化学试剂一厂；紫甘薯色素（粉末状）；去离子水。
磁力搅拌器：天津市欧诺仪器仪表有限公司；激光光散射仪：布鲁克海文BI-200SM；恒温培养箱：上海凯朗仪器设备厂；PB-10酸度计：德国赛多利斯股公司；FA2004A电子天平：上海精天电子仪器有限公司；DDS-307型电导仪：上海精密仪器有限公司。
1.2试验方法
1.2.1表面活性剂的选择
斯潘( Span)和吐温(Tween)都是良好的非离子型表面活性剂，是食品中常用的表面活性剂，斯潘具有亲油性，吐温具有亲水性，二者能形成水包油和油包水型两种微乳液。
试验中选用的表面活性剂有：Span 20、Span80、Span 85、Tween 80、Tween 60。
1.2.2表面活性剂的复配
试验证明，使用单一表面活性剂( Span 20、Span80、Span 85、Tween 60、Tween 80)很难得到透明而且稳定性良好的微乳液。将HLB值小（亲油性强）的Span 80和HLB值较大（亲水性强）的Tween 80进行复配后，能够制得稳定性较好的微乳液，相对于其他几种表面活性剂复配制备的微乳液，具有更好的流动性，因此选择Span 80和Tween 80作为混合表面活性剂。
将Span 80和Tween 80进行复配，按照公式(1)计算理论混合后的HLB值：
HLBO=HLBA WA+HLBB WB (1)
式中，WA、WB -分别为A、B两种表面活性剂的质量百分数，%；HLBA、HLBB-分别为A、B两种表面活性剂的亲水亲油平衡值；HLB0一复合表面活性剂的HLB值。
1.2.3油包水型紫甘薯色素微乳液的制备方法
将辛酸葵酸甘三酯、混合表面活性剂( Span 80和Tween 80)混合均匀作为油相。将去离子水、紫甘薯色素、助表面活性剂混合均匀作为水相。把水相逐滴加入到油相中，边加边搅拌，使油相和水相混合均匀，得到透明状的红色微乳液。
随着水相的加入，油相从澄清透明（此点代表微乳的形成）变浑浊（此点代表微乳的消失，也就是临界点），通过测定溶液前后的质量差，计算出最大增溶水相质量，以及临界点时混和表面活性剂、油相、水相的百分比。
1.2.4三元相图的绘制‘
固定辛酸葵酸甘三酯、混合表面活性剂总质量为10 g，辛酸葵酸甘三酯与混合表面活性剂(Span 80与Tween 80)的质量比为9:1，8:2，7:3，6:4，5:5, 4:6，3：7.2'8和1:9，其中Span 80与Tween 80的质量比为9:1，8:2，7:3，6:4和5：5，助表面活性剂为无水乙醇，按照前述比例分别称取辛酸葵酸甘三酯、Span 80与Tween 80，按照1.2.3中的方法制备微乳液，根据辛酸葵酸甘三酯、混合表面活性剂、水相在临界点时的百分比来确定该点在相图中的位置，将每个临界点连成曲线即得该体系的三元相图。根据三元相图上微乳区域的面积确定油相中各组分的质量。
1.2.5助表面活性剂的选择
根据三元相图确定油相中各组分的含量后，研究1，2-丙二醇，聚乙二醇400，丙三醇对增溶水相质量的影响。
1.2.6助表面活性剂浓度的确定
根据1.2.5的结果确定合适的助表面活性剂，研究助表面活性剂浓度在30%，40%，50%和60%时对增溶水相质量的影响
1.2.7色素添加量的确定
研究水和色素的质量比分别为10：1，10：2和10：3时，对最大增溶水相质量的影响。
1.2.8水相pH对最大增溶水相质量的影响
用NaOH调节水相的pH为3.4，4.4和5.4，研究水相pH对最大增溶水相质量的影响。
1.2.9微乳类型的区分及粒径的测定
采用电导率法区分微乳的类型，用粒度仪测定微乳的粒径。
2结果与讨论
2.1 油相中辛酸葵酸甘三酯、Span 80和Tween 80用量的确定
三元相图的结果显示，当Span 80和Tween 80的质量比9:1、8:2（HLB值5.4—6.4）时，形成的微乳区域面积很小，并且随着混合表面活性剂质量的增大，增溶水相质量也没有明显增加。当Span 80和Tween 80的质量比7:3（HLB值为7.5时），开始有较大面积的微乳区域出现，并且随着混合表面活性剂含量的增大，增溶水相质量明显增加，当混合表面活性剂与辛酸葵酸甘三酯质量比达到6:4时，增溶水相质量又开始减小。Span 80和Tween 80的质量比为5:5（HLB值为9.7）时，增溶水相质量达到最大为27.2%，此时混合表面活性剂为36.4%，辛酸葵酸甘三酯为36.4%，对应的混合表面活性剂与辛酸葵酸甘三酯质量比为5：5。
2.2不同种类的助表面活性剂对增溶水相质量的影响
固定油相总质量为10 g，其中Span 80与Tween 80质量比为5:5，水相中水和紫甘薯色素的质量比为10：1，助表面活性剂浓度为50qo。选用的助表面活性剂主要有无水乙醇、聚乙二醇400、1，2-丙二醇、丙三醇。按照1.2.3中的方法计算最大增溶水相质量。
结果表明，助表面活性剂的加入，能够明显提高增溶水相质量，当混合表面活性剂质量≤5g时，丙三醇的助乳化效果最好，最大增溶水相质量3.73 g，当混合表面活性剂质量>5 g时，1，2-丙二醇有更好的增溶效果。这说明混合表面活性剂与油的质量比不同时，助表面活性剂的助溶效果不同。根据食品体系的原则，选择在较混合表面活性剂含量较低时增溶效果最明显的丙三醇作为最佳的助表面活性剂。
2.3助表面活性剂浓度对增溶水相质量的影响
固定油相总质量为10 g，其中Span 80与Tween80质量比为5:5，水相中水和紫甘薯色素质量比为10：1，丙三醇的浓度分别为30%，40%，50%和60%。通过比较最大增溶水相质量选择丙三醇在水相中的浓度。
结果表明，当混合表面活性剂质量≤5g时，增溶效果60%>50%>400/0>30%。当混合表面活性剂质量>5 g时，增溶效果40%>50%>30%>60%。因此，在混合表面活性剂含量低时，助表面活性剂浓度的增加能够促进水相的增溶，但是当其浓度超过一定值时，助表面活性剂浓度的增加会阻碍水相的增溶。根据图中增溶水相质量的最高点，选择水相中丙三醇的浓度确定为50%。
2.4 色素添加量对增溶水相质量的影响
固定油相总质量为10 g，其中Span 80与Tween 80质量比为5:5，水相中水和紫甘薯色素质量比分别为10：1、10：2和10：3，丙三醇浓度为50%。
当水和紫甘薯色素质量比为10：1时，微乳体系中最大增溶水相质量为3.73 g，此时水相含量为27.2%，紫甘薯色素含量为1.23%，混合表面活性剂含量为36.4%，辛酸葵酸甘三酯含量为36.4%。
当水和紫甘薯色素的质量比为10：2时，微乳体系中最大增溶水相质量为3.37 g，此时水相含量为25.2%，紫甘薯色素含量为2.10%，混合表面活性剂为37.4%，辛酸葵酸甘三酯为37.4%。由于当水和紫甘薯色素质量比达到10：3时，紫甘薯色素粉末在水相中无法充分溶解，水相不能混合均匀，导致增溶水相质量明显降低。因此，水和紫甘薯色素的质量比为
10：2。
2.5 pH对最大增溶水相质量的影响
随着水相pH的增大，最大增溶水相质量并没有出现明显的增大。水相中未加入NaOH( pH 2.9)时，最大增溶水相质量出现在混合表面活性剂与辛酸葵酸甘三酯质量比为5:5。在水相中加入NaOH后，当混合表面活性剂与辛酸葵酸甘三酯质量比为4:6时，增溶水相质量达到最大。当混合表面活性剂与辛酸葵酸甘三酯质量比≤4：6时，随着水相pH的增大，最大增溶水相质量随之增加，当混合表面活性剂与辛酸葵酸甘三酯质量比>4：6时，最大增溶水相质量随着水相pH的增加而减小。
2.6微乳液类型的鉴别以及性质的测定
电导率测定是区分微乳类型的常用方法。在W/O类型中，随着含水量增加，电导率值迅速增加。在0／W类型中，随着含水量增加，微乳逐渐被稀释造成其电导率值的迅速下降。
试验结果表明，随着水相的加入，微乳液电导率值开始变化很小，在水相百分含量达到18.12%时，电导率值明显增大，并开始出现明显的上升趋势，达到最大增溶水相质量时，电导率没有出现下降，整体呈上升趋势，为W/O型微乳液。
2.7微乳液粒径的测定
将制备好的紫甘薯色素微乳液用无水乙醇稀释，用激光光散射粒度仪测定微乳的粒径。微乳的粒径为22.6 nm，小于100 nm，Poly值为0.351，符合微乳液的要求。
2.8微乳液在贮藏期间的稳定性
将紫甘薯色素微乳液置于28℃培养箱中，放置1个月的时间，期间微乳液没有出现分层和颗粒聚集现象，稳定性良好。
3结论
1)使用单一的表面活性剂不能制备稳定性良好的紫甘薯色素微乳液，将表面活性剂进行复配后，能够制备紫红色透明、稳定性良好的微乳液。
2)将Span 80和Tween 80进行复配后，二者质量比为5:5时（混合HLB值为9.7），增溶水相质量达到最大，此时辛酸葵酸甘三酯和混合表面活性剂的质量比为5:5。
3)助表面活性剂有很明显的助乳化效果。当混合表面活性剂与辛酸葵酸甘三酯质量比不同时，不同的助表面活性剂的助乳化效果是不同的。混合表面活性剂含量较低时，丙三醇的助乳化效果最好。
4)当混合表面活性剂用量低时，助表面活性剂的浓度增加，能够促进水相的增溶，但是当混合表面活性剂用量较高时，助表面活性剂浓度的增加，反而会阻碍水相的增溶。
5)水相pH的增加，没有明显促进最大增溶水相质量的提高。水相中加入NaOH后，混合表面活性剂与辛酸葵酸甘三酯质量比为4:6时，增溶水相质量达到最大。因此，NaOH的加入更有利于在混合表面活性剂含量较低的情况下，促进水相的增溶。
6)制备的紫甘薯色素微乳液为油包水型微乳液，粒径小于100 nm，贮藏期间稳定性良好，没有发生分层和颗粒聚集的现象。
4摘要
将表面活性剂复配，制备了油包水型紫甘薯色素微乳液。以最大增溶水相质量为指标，通过绘制三元相图确定微乳体系中混合表面活性剂与油相的最佳比例。在此基础上，研究了不同助表面活性剂及其浓度、色素含量、水相pH对最大增溶水相质量的影响。采用电导率法鉴别微乳液的类型。结果表明，将表面活性剂复配后更有利于形成微乳液的形成。不同助表面活性剂及它的浓度都能影响最大增溶水相质量。制备的油包水型微乳液在贮藏期间稳定性良好，未出现分层现象。
