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布里奇果油纳米乳液在等渗运动饮料中应用的可行性

Graziele G. Bovi,^1,2 Rodrigo R. Petrus¹ amp; Samantha C. Pinho^1*

1 圣保罗大学(USP)动物科学与食品工程学院食品工程系

2 莱布尼茨农业工程与生物经济研究所园艺工程系

摘要：布里奇果油是类胡萝卜素最丰富的植物来源之一，考虑到消费者对健康产品兴趣的日益增长，它在食品工业中的应用很有前景。采用相转变温度(PIT)法制备其纳米乳液，并将其加入等渗饮料中。在饮料中加入纳米乳液的目的是用天然染色剂代替人工着色。通过测量平均粒径(73–86 nm)，多分散性(0.08–0.15), 脂质氧化量(0.05–0.1 mmol MDA kg^-1)来评价纳米乳的稳定性。对饮料的pH值(2.72–3.05)，渗透度，总可滴定酸度(0.164–0.177 g citric acid L^-1)，可溶性固体(4.23–5.13 °Brix)和色度参数进行了评估。微生物学和感官评价也进行了，结果表明，布里奇果油纳米乳剂可以纳入等渗饮料。

关键词：beta;-胡萝卜素；等渗运动饮料；天然色素；相转变温度.

介绍：

由于消费者对健康产品的需求不断提高，与健康相关的食品的开发也付出了巨大的努力(Huang et al.， 2010)。纳米技术的应用，特别是纳米乳剂在食品中的应用，引起了人们极大的兴趣，因为这些纳米结构可以保护添加剂，并作为亲脂化合物的传递系统，如抗氧化剂、药物、香料、抗菌剂和营养食品(McClements amp; Rao, 2011;Silva等人，2011)。

纳米乳液包括平均粒径在20和200纳米范围内的乳液(Solans et al.2005;Anton amp; Vandamme出版社，2009)。近年来，纳米乳生产方法的研究不断增加，因为它们可以用于制药、化妆品、化学和食品行业(McClements amp; Rao, 2011;Solans amp; Sole, 2012 ).在食品中加入纳米乳剂的好处是，它们可以在质地、味道和颜色方面带来有益的变化。此外，纳米乳还可以作为水溶性较差的化合物(如类胡萝卜素和其他生物活性化合物)的良好传递系统。纳米乳可以增加这些化合物在水中的分散性，并提供更高的稳定性和生物利用度(McClements, 2012)。

用于生产纳米乳液的方法可以分为高能量法和低能法。高能方法依赖于能够产生强烈分裂力的机械装置(McClements amp; Rao, 2011;Solans amp; Sole, 2012)。相比之下，低能方法主要依赖于油-水表面活性剂体系内在的理化性质变化(Sole et al.， 2006)。低能方法可分为自乳化和相变两种。后者包括乳液反转点、反转温度(PIT)、反转成分方法(Solans amp; Sole, 2012)。

PIT法是基于聚氧乙烯型(POE)非离子表面活性剂极性头的溶解度随温度的变化(Solans et al.， 2005)。它包括通过快速冷却系统，或在水中或油中突然稀释来打破双连续微乳液或多个乳液在点反转温度(Anton et al.2008)。低能量方法通常比高能量方法更节能，它们通常会生产小液滴尺寸的纳米乳液(McClements amp; Rao, 2011)。

布里奇果油是一种常见于亚马逊地区的棕榈树。由于其化学成分，特别是类胡萝卜素总含量高(平均1,700 mg kg^-1) (Dur~aes et al.2006)，它已成为化学、食品和化妆品行业的一种很有前景的成分。除此以外类胡萝卜素 (~70% beta;-胡萝卜素), 布里奇果油是由脂肪酸 油酸 (~78% 酸) 和 天然 维生素 e (~800 mg kg^-1) (Albuquerque et al., 2003 , 2005 ).类胡萝卜素具有着色性，是强效抗氧化剂(Fraser amp; Bramley, 2004)。一些类胡萝卜素，如beta;-胡萝卜素，具有前维生素A活性，并发挥抗氧化作用，因为它们在许多疾病中具有潜在的预防和治疗作用(Fraser amp; Bramley, 2004;Ratnam et al.， 2006)。此外，由于布里奇果油中油酸浓度较高，具有降胆固醇作用(Aquino et al.， 2012)。基于这些特性，布里奇果油被认为是预防低密度脂蛋白(LDL)胆固醇的潜在候选。布里奇果油由不同的生育酚组成，可以形成维生素E;因此，它被认为是一种天然的抗氧化剂(Albuquerque et al.， 2003, 2005;Silva等人，2009)。

等渗饮料是与体育活动有关的饮料。这种命名来自于这样一个事实，即这些饮料的设计是为了替代在体育活动中因出汗而损失的电解质、碳水化合物和其他营养物质(Mettler et al.， 2006)。等渗运动饮料中天然产物的掺入有不同的研究(de Rosso amp; Mercadante, 2007;Burin等人，2011;Girones-Vilaplana et al.， 2013)，而且这种饮料也有专利(Hutt amp; Verstrate, 2004;Kipfer, 2007)。用天然色素代替人工色素引起了人们的特别兴趣，因为人工色素，如黄色5号和黄色6号，与许多不良反应有关，如过度活跃的行为和过敏，特别是对儿童(Bateman et al.， 2004;Kanarek, 2011)。此外,值得一提的是黄色6 #在挪威和芬兰禁止使用,尽管粮农组织/世卫组织联合食品添加剂专家委员会(联合)和欧盟食品科学委员会(SCF) (Rovina et al ., 2016) 允许的每日可接受摄入量(ADI)为从0到2.5毫克体重每kg^-1。

在此背景下，本研究旨在生产、表征和评估含有布里奇果油的纳米乳液的稳定性，以便随后将其作为一种天然着色剂添加到等渗运动饮料中。在等渗运动饮料中添加天然着色剂——布里奇果油，可增加此类饮料对健康的吸引力。此外，它还提供了一种可行的替代方案，通过其封装将胶乳油与液体食品基质相结合;因此，增加使用这种营养丰富的亚马逊油。

材料和方法

材料

布里奇果油纳米乳液是用布里奇果油Beraca-Sabara, Santa Barbara drsquo;Oeste, SP, Brazil）在聚山梨酯80(吐温80)，氯化钠(NaCl) (Labsynth, Diadema, SP, Brazil), alpha;-生育酚(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)条件下生产的.

该等渗运动饮料由天然橘子味、精制糖、无水葡萄糖、磷酸钾、氯化钠、柠檬酸钠、柠檬酸、抗坏血酸、山梨酸钾和黄色日落染料制成。用于生产等渗运动饮料和纳米乳的所有成分和化学物质均为食品级。

测定相转变温度(T_PIT)和生产胶乳

为了确定窖法制备稳定的布里奇果油纳米乳液所需的配方，初步实验中测试了表面活性剂和油的不同质量百分比(20:10,30:15,40:20，% w/w)和不同的盐浓度等参数。

为了获得体系的相转变温度(TPIT)，对以下组分:70%的盐水、20%的吐温80和10%的buriti oil (% w/w)进行加热，并使用电导仪测量电导率作为温度的函数。计算T_PIT为电导率最高点和最低点温度的平均值，NaCl加入水中的量分别为2.5 M和3 M，用于相转变温度的测定。

生产布里奇果油纳米乳液对两相转变温度的测定以及物理化学稳定性的研究中,组件是与机械搅拌,混合使用考尔斯叶轮(直径4.5厘米),在300 rpm,直到温度达到15°C以上决定相转变温度(TPIT)。然后将纳米乳提交给两个加热和冷却循环。升温速率为每分钟4℃，冷却速率为每分钟11℃。

为了进行理化稳定性研究，我们制备了三种含有3 M NaCl的配方，改变了添加的-生育酚的量。alpha;-生育酚的添加量是根据纳米乳初始-胡萝卜素(1.5 mg L1)浓度的平均值，这是在初步试验中确定的。值得一提的是，定量所采用的方法是通过对布里奇果油纳米乳液的理化特性进行描述。该配方的命名是基于每一配方中存在的-胡萝卜素:-生育酚(BC:AT)的比例，如下:a-不添加-生育酚;b -质量比BC:在1:0.5;c -质量比BC: 1:1。纳米乳以三份的形式制备，并在7 - 10°C的冷藏条件下保存在棕色玻璃瓶中。

布里奇果油纳米乳液的物理化学特性

从多分散性、脂质氧化、平均液滴大小和60天总类胡萝卜素定量等方面评价了苯乙烯在贮藏期间的理化稳定性。使用ZetaPlus准弹性光散射粒子sizer，在25°C条件下，使用He-Ne激光器(627 nm)和90°入射角，通过光子相关光谱获得了BON的平均液滴流体动力学尺寸、液滴尺寸分布和多分散性。在平均液滴大小分析之前，为了避免多次光散射，样品被去离子水稀释。结果通过设备软件(90 )得到，并表示为10次运行的平均值。

根据Lee等人(2011)提出的方法，对纳米乳在储存期间的脂质氧化进行了分析。硫代巴比妥酸反应性物质(tbar)被用作脂质氧化的检测试剂。首先，以15 g TCA: 0.33 g TBA: 1.8 mL 12 M HCl: 83 mL去离子化H2O的比例制备100 mL含TCA: TBA: HCl: H2O的溶液。此溶液与3 mL (w/w)丁基羟基甲苯(BHT)在乙醇中混合。分析时，将2ml的所得溶液与2ml的稀释纳米乳(109溶于超纯水中)混合。混合物在100°C水浴加热15分钟,冷却到室温,和在1000 g离心20分钟。之后,使用分光光度计吸光度被记录在532 nm天秤座22 s .Concentrations TBARS测定使用标准曲线用1,1,3,3 氯化四乙铵作为标准。

根据Cornacchia amp; Roos(2011)的描述，采用分光光度法测定了布里奇果油纳米乳液的类胡萝卜素总浓度，Gomes等人(2017)对其进行了修改。首先，将纳米乳在超纯水中(509)进行稀释。然后，将2ml的稀释液与1.5 mL的乙醇和1ml的饱和KOH混合在甲醇中，并涡流10 s。然后将混合物加热到45°C，加热30分钟，然后用2毫升正己烷将样品洗三次，以提取-胡萝卜素。然后，用分光光度计在450nm处测量有机相的吸光度。这些测量以一式三份的形式进行，标准曲线是用正己烷中-胡萝卜素的纯标准绘制的。

生产等渗运动饮料

根据图S1所示的流程图，在中试工厂中生产出了橘子味等渗运动饮料。两种不同配方生产:I1(控制,100%的日落黄色染料,它对应于0.013克每升日落黄等渗饮料)和I2(使用布里奇果油纳米乳液 3 M氯化钠25%和75%,日落黄色染料,它对应于0.010克每升日落黄等渗饮料)。

等渗饮料的巴氏杀菌是在额定流量为300l h^-1的电板式换热器中进行的。使用的二项式时间和温度是80°C/15 s。用重量灌装机在一个单向气流舱进行装瓶。最终产品储存在7plusmn; 0.5℃，直到最后一天进行理化评价。

等渗运动饮料的理化特性研究

通过测定溶液中溶解固体的总摩尔浓度，用凝固点降低渗透计测定饮料的渗透压值。对等渗运动饮料进行了pH值、总酸度(TA)和总可溶性固形物(TSS)的测定。pH值是用pH计测量的。用0.1 N NaOH溶液滴定等渗运动饮料中从橙色到粉红色的颜色变化终点，测定TA。结果在等渗运动饮料中以柠檬酸g L^-1的形式表达。TSS由手动手持折光仪在20℃下测定，用百分率(%)表示。

等渗运动饮料的微生物特性研究

为了在进行感官评估之前对微生物种群进行量化，我们进行了嗜氧和精神药物计数(Silva et al.， 2010)。

等渗运动饮料感官评价

差异对照试验由100名小组成员进行。在测试中，每一位小组成员被提供30毫升7°C等渗运动饮料，以评估颜色、香气和味道与对照饮料的差异。本试验的对照饮料为对照品陈皮等渗运动饮料(I1)。分析采用五分制，每一分制意味着:1 -与对照组无差异;2 .与对照略有不同;与对照组有中度差异;4 -与对照有很大不同;5 -与对照组完全不同。每个样本都用三位数的随机数编码。值得一提的是，为了进行感官分析(流程号:995.450)，获得了圣保罗大学(EEUSP)护理学院研究伦理委员会的批准。

统计分析

使用统计软件SAS 9.2 (statistical analysis System, Cary, NC, USA)对获得的数据进行方差分析(ANOVA)和Tukey检验，显著性设置为P lt; 0.05。

结果与讨论

布里奇果油纳米乳液的制备及相转变温度(T_PIT)的测定

表面活性剂-图伊尔比(SOR)为2.0，表面活性剂与油的质量百分比分别为20%和10%，不同盐浓度下的初步试验结果如下:无盐、1.0和2.0 M NaCl，存在相分

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