多不飽和脂肪酸乳狀液體系氧化機制的研究.pdf

1、多不飽和脂肪酸(Polyunsaturated Fatty Acid，PUF-A)乳狀液體系在食品、保健品、化妝品、飼料以及藥品中有重要的應(yīng)用，雖然純油脂的自動氧化歷程已經(jīng)比較清晰，但乳狀液中油脂氧化的機理和影響因素與純油脂不完全相同。目前國內(nèi)外在PUFA乳狀液體系氧化這一領(lǐng)域的研究多局限于乳狀液界面特性、油滴的物理性質(zhì)等與油脂氧化的相關(guān)性研究，而關(guān)于其氧化機理和氧化動力學(xué)方面的研究不多。本論文研究PUFA乳狀液體系的氧化機制，對于控制

2、乳狀液中PUFA的氧化和促進PUFA在食品、藥品等眾多領(lǐng)域中的應(yīng)用具有重要的理論研究價值和實用意義。 食品、保健品或化妝品等的乳狀液體系存在的環(huán)境主要有如下幾種：一是產(chǎn)品裝滿于密封容器內(nèi)，即一個無氣相封閉體系，除了體系中存在的溶解氧之外，不再有外界氧補充；二是產(chǎn)品裝在密封容器內(nèi)，但乳狀液上方有一定的空間，即一個存在有限外界氧補充的封閉體系(又分為攪拌和靜置兩種)；三是產(chǎn)品存于敞開容器，外界氧的補充是無限的，且氧壓是恒定的，這是一

3、個恒表面氧壓無限氧補償?shù)某ㄩ_體系(又分為攪拌和靜置兩種)。 本論文主要針對上述各種環(huán)境，通過合理的假設(shè)，并綜合考慮氣液邊界傳質(zhì)阻力、液中擴散、油水邊界乳化劑膜邊界層阻力、PUFA自催化氧化反應(yīng)動力學(xué)，建立相應(yīng)的擴散一氧化動力學(xué)模型，研究各種條件下乳狀液中氧的傳質(zhì)和PUFA的氧化規(guī)律。運用Runge-Kutta法求解微分方程組，并用實驗進行模型擬合驗證。 模型Ⅰ：研究了無外界氧補償條件下密封體系乳狀液中PUFA的氧化，由水

4、油相間氧氣擴散方程和油滴內(nèi)PUFA氧化動力學(xué)方程組成。用數(shù)學(xué)方法得到無法用實驗測定的乳化劑膜傳質(zhì)系數(shù)k<,0>，為研究乳狀液體系中PUFA的氧化提供了必要的方法。結(jié)果表明，該模型能較好地預(yù)測無外界氧補償條件下乳狀液中氧的擴散和PUFA的氧化規(guī)律。說明在無外界氧補償條件下，乳狀液中PUFA的氧化主要受控于乳化劑膜的傳質(zhì)阻力和油水相比表面積對氧擴散的影響。 模型Ⅱ：研究了恒表面氧壓攪拌式無限氧補償條件下乳狀液中PUFA的氧化，在模型

5、Ⅰ的基礎(chǔ)上，增加氣液邊界傳質(zhì)方程。結(jié)果表明，該模型能較好地預(yù)測乳化劑濃度、PUFA起始濃度等眾多因素對乳狀液中PUFA氧化的影響。乳化劑濃度降低，PUFA氧化加快；隨著乳狀液中PUFA起始濃度的增大，其氧化速率降低。環(huán)境溫度和PUFA的結(jié)構(gòu)與乳狀液中PUFA的氧化不存在顯著的相關(guān)性。在此基礎(chǔ)上，將模型擴展到混合PUFA乳狀液體系氧化，預(yù)測結(jié)果表明：乳狀液中存在多種PUFA時，各自的氧化速率隨其在混合體系中比例的增大而加快。 模型

6、Ⅲ：研究了攪拌式有限氧補償條件下封閉體系乳狀液中PUFA的氧化，該模型引入了動態(tài)乳化劑膜傳質(zhì)系數(shù)k<,0>。該模型能較好地預(yù)測乳化劑類型、PUFA濃度和結(jié)構(gòu)、氧壓對乳狀液體系中氧的擴散和PUFA氧化的影響。同時建立了用U型管壓差計的壓差讀數(shù)直接表征氧濃度的快速方法。 模型Ⅳ：研究了恒表面氧壓靜置式無限氧補償條件下乳狀液中PUFA氧化，采用特殊邊界的偏微分方程組建立了液膜傳質(zhì)-液中擴散-乳化劑膜傳質(zhì)-PUFA自催化氧化動力學(xué)模型，

7、通過非對稱正交配置法處理特殊邊界，得到了該偏微分方程組的數(shù)值解。結(jié)合數(shù)學(xué)模擬試驗和實驗值，確定了氧在水相中的擴散系數(shù)。該模型能較好地預(yù)測乳狀液中PUFA濃度等因素對傳質(zhì)與氧化的影響。隨著乳狀液中PUFA起始濃度的增大，氧化速率下降；乳化劑濃度降低，在油滴表面形成的膜的厚度變薄，體系的k<,0>增大，氧的液-液傳質(zhì)速率加快，水相平衡氧濃度下降，PUFA氧化加快；但兩者對傳質(zhì)與氧化的影響程度均與液體深度相關(guān)：越靠近氣液界面，影響越顯著。

8、 本論文系統(tǒng)地研究了PUFA乳狀液體系在多種條件下的氧化，綜合考慮了乳化劑膜傳質(zhì)系數(shù)、氣液界面液膜傳質(zhì)系數(shù)、水相主體擴散系數(shù)等多因素的共同作用，創(chuàng)新地建立了無外界氧補償密封體系、恒表面氧壓攪拌式無限氧補償體系、攪拌式有限氧補償密封體系和恒表面氧壓靜置式無限氧補償體系乳狀液中PUFA氧化的動力學(xué)模型，從而可以系統(tǒng)預(yù)測多種條件下乳化劑類型及濃度、PUFA結(jié)構(gòu)及濃度、氧壓、溫度等與體系中氧的傳質(zhì)和PUFA氧化的關(guān)系。 明確了乳狀液