壹、前言 乳化液（emulsion）是由原來互不相溶的液體（例如油和水）， 互相混合成的均質狀態 ，其中一種液體成微滴狀（即分散相）分散於 另一種液體（即連續相）。由於從熱力學 （thermodynamics）的角度 來看，任何乳化液皆是不安定的，換言之，如果時間夠久， 原互不相 溶的兩個相遲早會分離，因此如何延長乳化液的動力安定性（kinetic stability ），即 為維持乳 化食品品 質的一 重要課題 （ McClements 1999）。一般言之，食品乳化液可能經由不同的物理機制（physical mechanism），包括 乳析（creaming）、沉降（sedimentation）、聚集（flocculation）、凝集 （coalescence）及相轉變（phase inversion） 等而產生不 安定 的現象 （ McClements 1999 ）。藉 由乳化劑（emulsifier）的使用及安定劑 （stabilizer）的添加，或可有效的延 長乳化食品之動力安定性 （Friberg and Larsson 1997; McClements1999）。 水合膠（hydrocolloid）為常用之乳化安定劑。一般認為，水合膠體可能經由提高連續相 的黏度、提高界面層（interfacial film）的黏 彈性或是於界面層形成立體障礙，而有 效地阻礙分散小滴之聚集或凝 集，因而延長食品乳化液之動力安定性 （McClements 1999）。而仙 草植物體中含有大量多醣膠質。有關仙草多醣膠質之研究雖 有一些（Lai and Chao 2000a, 2000b; Lai and others 2000），然多著重於 萃取、分 離、脫色、乾燥等條件之探討。仙草膠與其它多醣膠質之交 互作用或是將其應用於非凝 膠性食品之研究則十分少。因此本研究擬 探討含脫色仙草葉膠之混合膠應用於水中油滴 型（oil in water）乳化 模式系統，對乳化模式系統物性及功能性質之影響，包括含脫 色仙草葉膠之混合膠，其乳化能力及界面張力之分析，以及混合膠種類、混合比例、濃度 以及蛋黃、食鹽之濃度等對乳化模式系統功能性質及流 變性質之影響；以期能為仙草多 醣膠質之應用，提供更多的啟示。 貳、文獻回顧 一、乳化（emulsification）形成之機制 不能互溶的兩種液體，例如油和水，同置於一容器內，通常分成 兩層，此時兩液之間的 界面最小，整體之自由能最小，是熱力學上最 穩定的狀態。若將該兩種互不相溶的液體 用力搖動，則兩者交界面首 先變形。終致將其中一種液體以液滴型態分散於另一液體中 ，此過程 稱為乳化，所形成的物質叫做乳化液。經乳化後兩液之間的接觸面積 增加，整 體之自由能也增加（蔡 1979；吳 1979）。 從熱力學的觀點來看，乳化物原本即處於一種不安定的狀態，在 乳化形成的過程中，乳 化物需要吸收相當的能量才能造成分散相以小 液滴狀物存在的狀態。所需的能量之多寡 視油水介面總面積之增加量 （?A）及油水介面張力（interfacial tension，γ）而定，如下式所示： ?G = γ?A-T?S 式中?G 為乳化前後 Gibbs 自由能之變化量，T 為絕對溫度，?S 為 油滴（或水滴）熱熵 （entropy）之變化量。由於經乳化後油水介面 之總面積會較原來增加 100 倍以上，因此上式之?A 通常都很大。使 得γ?A>>T?S。意即 經乳化後，乳化體系中有多餘的能量（?G 為正 值）存在而使乳化物處於不定性的狀態， 自然的傾向於油水分離以減 縮油水接觸面積而便於釋出多餘的能量。從上述熱力學的解 析雖然可藉著降低γ（如使用乳化劑）及/或?A（控制滴狀物之粒徑）來降低 ?G，從而使乳化物在先天上較安定，然乳化安定性（凝聚或併合或 浮油之速率）主要係由動力學主導，因此不能光是從?G 大小來判定 乳化安定性（張 2001）。 乳化液要能達到食品上實用價值，其各種物化性質必須達到某一相當時間的穩定 度，可 藉助於添 加適量的乳化劑 （ emulsifying agents）而達成。乳化劑是一種具有極性及 非極性團之分子，能吸附 於不相溶兩相的界面並生成一道障礙，阻止粒子凝集的物質。 乳化劑 分子之非極性部分伸展至油相中，同時其極性部分則伸展至水相中， 因而降低界 面張力，使乳化作用易於進行。 乳化作用進行時，有三個過程發生，即粒子的形成，界面障礙的 生成，粒子的凝集。這 三個過程幾乎是同時在進行。生成安定之乳化 液所需之條件包括需有被分散相之界面吸 著之界面劑存在，而且此界 面活性劑之量需充分，且容易被供給而被界面吸著；分散相 與連續相 之密度差須小；吸著層安定而耐物理性與化學性之作用；以及需有廣 佈於分散 粒子界面之二重層電荷存在。當外來機械力攪拌時，油相和 水相就開始各自形成粒子， 維持粒狀愈久的一相，就可能成為分散 相，這些微細液滴之直徑大約為 0.1-10 μ m（ 陳 1996），而粒子合 併較快的一相，就可能包圍在外，而成為連續相。當乳化劑被一相 吸 著之力較另一相大時，將使液體之表面張力變小而成為更可溶，因 此，此液體即形成 乳化之連續相。 兩相的體積比（phase volume ratio），也就是油相和水相的相對 份量，可決定其粒子 開始形成的數量及碰撞的機會的多少，因此含量 較多的一相也較可能成為連續相。另一 重要的過程是界面障礙的生 成，由於乳化劑能吸附於油滴與水滴間的界面，生成一層薄 膜，而構 成一物理與化學的障礙，大大地改變了粒子合併的速率。影響油滴合 併速率的 界面障礙有電荷障礙及形體障礙。由於電荷的關係，使互相接近的油滴間產生排斥力，電 荷愈大，愈減低油滴合併的可能性。所謂形體障礙也稱物理障礙，例如：非離子乳化劑本 身不帶電荷，但其 分子具有極性，當與水結合產生形體障礙，則可減低油滴合併的可能 性。因此電荷愈大，或其分子數愈多，愈能減低油滴的合併，也就是 增加形成 o/w（oil in water）乳化體的可能。 另外，影響水滴合併的界面障礙，主要是由非極性的碳氫基所形 成。非極性部分的鍵愈 長，界面薄膜上單位面積的分子數愈多，愈能 阻止水滴的合併，也就增加 w/o（water in oil）乳化體形成的可能性。 兩相的黏度（viscosity）也會影響乳化作用的進行，粒 子的大小數量 及界面膜的形成速率等。乳化劑擴散入界面的快慢，會影響乳化初期 界面 膜的性質，及油滴及水滴合併的速率。乳化初期外在介質的黏度 也影響粒子的運動速率 ，黏度愈大粒子運動速率愈慢，某一粒子運動 速率減慢使得某一型式的乳化液易於形成 （王 1979）。 二、乳化劑之介紹 乳化劑又稱界面活性劑，其極性親水基和非極性疏水基所構成的 特殊分子構造，能減低 分散相與連續相的界面張力，便於乳化，並在 乳化油滴表面形成一層保護膜，防止合一 ，使乳化液滴穩定（趙等1983）。 乳化劑之親水或親油能力可由 HLB 值（hydrophilic lipophilic balance）評 定，HLB 值愈大表示親水能力愈好，反之 HLB 值愈小則 表示親油能力較佳。乳化劑的作 用機制為，當乳化劑投入水中時，分 子會有所排列，親水性部分會向水端，親油性部分 向著空氣，進而使 水的表面張力降低。當表面張力一直降低，濃度繼續增高時，過量的 乳化劑分子會在水中互相聚集形成微膠粒狀態。剛開始形成微膠粒的 濃度稱為臨界微膠 粒濃度（critical micella concentration, CMC）（如圖一）。乳化劑的濃度在 CMC 以上是球狀微膠粒在水中分散，最後形成高次元構造的層狀微膠粒 （Riisom and others 1984） 一個良好的乳化劑，包括應具有界面活性，至少能將界面 張力減少至 10 dyne/cm 以下；能很快地吸附在分散的液滴上，形成一層可 防止液滴併 合的薄膜；能使液滴表面帶有電荷，以保持液滴能相互排 斥作用；能增加乳化系統黏稠 度，以增加乳化液安定性。且最好在相 當低濃度（約 2%）下就能發揮乳化及穩定的作 用（趙等 1983）。 目 前食品乳化劑可分為合成與天然乳化劑。合成之乳化劑有：單及雙甘 油酯 （mono and diglycerides），是用途最廣泛的食用乳化劑，其可 能是高融點之固態乳化 劑，也可能是低融點之液態乳化劑，或為可塑 性酯類； 丙二醇 單酯類中 之丙二 醇（ propylene glycol ）或1,2-propanediol、dihydroxylpolyol 都允許食用，可用 來產製食用級 乳化劑，而 1,3-propanediol 則不允許用來製備食用級乳化劑。乳酸 基 酯類之乳酸又稱2-hydroxypropanoic acid ，是種雙功能性酸 （bifunctional acid），可以經由氫氧基或脂肪酸基團之反應作用而得 到脂肪酸酯類； 聚甘油酯類（polyglycerol esters）通常比單甘油脂 較具親水性，但其在水中的分散性 則與聚合度和酯化度有關；山梨糖 醇酯類（ sorbitan esters）目前僅有山梨糖醇單硬 脂酸（ sorbitan monostearate）是 FDA 所許可的食品添加物；而蔗糖酯類（sucrose esters）則是由脂肪酸、蔗糖、及其他糖類或由部分的甘油和蔗糖酯 所合成的乳化產品 ，是 FDA 所許可的食用乳化劑（Friberg and Larsson 1997; 陳 2000）。 天然乳化劑可分為植物性和動物性，屬於植物性有如阿拉伯膠 （gum arabic）、西黃耆膠（tragacanth）、瓊脂（agar）等，屬於動 物性有如明膠（ gelatin）、蛋黃、膽固醇等。 三、蛋黃之乳化性質 蛋黃本身即為一種乳化液，其在液態之連續相中有油滴散佈。而 蛋黃中的成分如低密度 脂蛋白及高密度脂蛋白等，因其具有在油滴表 面形成保護層的作用，而在乳化上扮演重 要角色（Chang and others1972）。 例如卵磷脂有利於水中油滴（o/w）型乳化液之形成，而膽 固醇則有利於油中水滴 （w/o）型乳化液之形成。 蛋 黃之所 以是一良好 的乳化 劑，係因含 有蛋白 質和卵磷脂（ Kilgore 1935; Sell and others 1935 ）。脂蛋 白和 卵 黃球蛋 白 （livetin）被認為具有高的界面活性，而成為主要影響蛋黃乳化物形 成 的物質 ，但在 乳化 安定性 上則影 響不 大（ Vincent and others1966）。 周等（2001）以動態流變儀觀察蛋黃在-20℃下，冷凍貯存0-60 天後解凍之動態黏彈性質 ，發現蛋黃經過-20℃冷凍貯存 1 天期 間，其流變特性由原來的稀釋溶液轉變為典型的 膠體，顯示冷凍初期 對蛋黃之物性即有顯著影響，此乃因為蛋黃中之低密度脂蛋白 （LDL） 受冷凍而變性聚集所導致。Danmat and others（2000）提出，提供 乳化力的 主要部分來自於蛋黃中的原生質（plasma），因為原生質中 的複 合低密度脂蛋白（apo-LDL）可吸附在膠體及油滴間，防止乳析， 並提供相斥力（ steric repulsion），避免油滴聚集。Sell and others（1935）發現蛋黃油 （egg yolk oil）具有微弱之 乳化力，當其與卵磷脂蛋白質（lecithoprotein）混合時 會顯現出優良 的乳化力。目前已知卵磷脂、膽固醇、脂蛋白質與蛋白質等均為蛋黃 中 具有乳化力之成分。卵磷脂之 HLB 值約為 3，而蛋黃之 HLB 約為 12，故使用蛋黃乳化時易形成水中油滴型乳化液。蛋黃之乳化容量較 其低密度脂蛋白質 稍小，但較其高密度脂蛋白質為大。 所謂的乳化容量是指當含有一定量的水溶性乳化劑於連續相中，其所能包覆油滴的 最大量，而不會有破壞乳化態或相轉變的現象發生。Cunningham （1975）指出添加過量之乳化劑於蛋黃中會產生反效果，如蛋黃添 加 2-4%卵磷脂，會降 低蛋黃之乳化力，然添加 2%以下的卵磷脂則 有助於 w/o 乳化液的形成；而在乳化之操 作過程，如在製造蛋黃醬（mayonnaise）時，蛋黃量自 5%增加至 12%除可增加產品之濃 稠 性外，亦可增加乳化系統之乳化能力，然蛋黃超過 12%時，蛋黃醬 之濃稠性及乳化 能力，則因油滴表面已覆滿足夠的乳化劑而不再改變。 Kiosseoglou and Shearman（1983a, b）以蠕動回復試驗觀察以蛋黃製成之模式乳化液 黏彈特性時，認為乳化物（如蛋黃醬）中之 蛋黃因添加物的存在（如醋或鹽）造成電荷 的分佈改變，具乳化力之 複合低密度脂蛋白或脂蛋白等結構暴露，進而影響其起始平均 油滴大 小。當鹽不存在時，由於界電層障礙（potentialenergy barrier）導 致蛋黃中 低密度脂蛋白及卵黃球蛋白所能吸附於油滴表面的量減 少，無法形成良好的網狀結構 （如圖二），但添加食鹽後可中和電荷， 使具表面活性物質暴露，吸附於油滴表面形成 纖維狀薄膜（fibrous membrane），進而促進分子間的網狀結構形成。另外，Xiong and others（2000）指出，當蛋與醋的比例小於 2.5 時，乳化系統之 pH 值明顯受上述兩 因子所影響，然在 o/w 乳化物中，蛋黃醬由於含油量 高，因此具較高之黏彈參數 （viscoelastic modulus）及較佳之安定性， 當乳化液中 pH 值降低時 （由 pH 6.5 至 3.5），其油滴大小隨之變小。 由於蛋黃在 pH 約 6 - 6.5 以及低離 子強度下，高密度脂蛋白（HDL） 及卵黃磷醣蛋白（phosvitin）中的鈣離子會與 phosphorine 殘基形成 架橋，微粒（granules）中的蛋白質會聚集成直徑 0.3 – 2 mm 大小，當鹽濃度增加至 0.15 M 後，足夠的鈉離子可以與鈣離子競爭鍵結位 置，使微粒溶解度增加，官能基暴露數目與接觸面積增加，或可有效 吸附於油滴周圍， 另外，藉由調整 pH 改變電荷分佈，產生 steric repulsion 可防止油滴聚集併合，然 Danmat and others（2000）以 雷射粒徑分佈儀觀察油滴大小與模式液之 pH 值及添加 物的相關性， 認為當以蛋黃作為乳化劑所製成之乳化液中，油滴大小與 pH 值及鹽 濃度相關性較低，但就乳化系統來說，油滴愈小，表面積（?A）大， 活化能（?G）愈大 ，乳化系統愈不穩定，因此，油滴的大小與乳化 安定性之相關性較高。 添加物（additives）會影響蛋黃之乳化力，如蛋黃添加 10%食 鹽，可增加蛋黃脂蛋白質 之溶解，使其乳化容量稍微增大（Yang and Coterill 1989；楊 1988），而糖類雖會限 制非離子性多醣膠質（如關 華豆膠或刺槐豆膠）水合，然增加連續相黏度可阻礙油滴聚 集，增加 乳化容量。Maskan and Go?u?（2000）及 Kokini and Fischbach （1989）指出，添加糖類會因脫水作用使分子運動減少，乳化系統 黏度上升，並有界面 障礙的產生。 四、乳化安定劑之介紹 所謂乳化安定劑是指具微弱之介面活性，能與油滴（或水滴）表 面之保護膜（通常為乳 化劑）結合在一起或是提高連續相之黏度，而 阻礙油滴（或水滴）的相互作用之物質。 乳化安定劑通常為大分子化 合物，如蛋白質、糖類或膠質等。而多醣膠質常被用來充當 食品之乳 化安定劑或界面活性劑。乳化安定劑若吸附在界面上，則其於界面之 構形（ comformation）亦對乳化安定性有顯著影響。一般而言，乳化 安定劑吸附在油/水介面之 構形有下列形式（如圖三）（McClements 1999）：小分子界面活性劑將碳氫化合物的尾端（hydrocarbon tails） 伸入油中，親水端（hydrophilic head）伸入水中；捲曲富彈性聚合 物（flexible biopolymers）如酪蛋白或修飾澱粉，將親水端（loops） 或疏水端（tails）分別伸入水 相或油相，trans 則依附在界面間；吸 附於油水間之乳化安定劑（如球蛋白）則會受環 境因素（如鹽的存在 與否，或 pH 值）而改變構形，使乳化液滴動能降至最低，進而達 到 乳化安定的作用。 水中油滴型食品乳化液之安定性要求依其最終使用目的的不同 而大不相同，例如高溫和 循環結凍-解凍期間需要能夠維持數個月的 安定性。有些水合膠，例如阿拉伯膠、西黃耆 膠，因同時具有親水及 疏水基團，使其亦具有某些程度之界面活性（Friberg and Larsson 1997; McClements 1999）。例如，阿拉伯膠為目前唯一被證明具有 界面活性之多醣膠質 （Garti, 1999）。一般認為，阿拉伯膠之多醣結 構中有不可分離之蛋白物質（ proteinaceous material）擔任疏水基 團，因而使其具有界面活性。然而，在一系列有 關聚半乳甘露醣 （galactomannan）界面活性之研究中，Garti（1999）發現，刺槐 豆膠（locust bean gum）、關華豆膠（guar gum）、tara gum 及 fenugreek gum 等皆具有界面活性，且其 界面活性受膠濃度、油的種 類及濃度等因子的影響。例如 0.7％刺槐豆膠即可將大豆油 和水之間 的界面張力由 30 mN/m 降至 16.5 mN/m。另外，當以偏光顯微鏡觀 察含 0.5 ％關華豆膠之模式乳化液時發現，油滴的周圍可清楚看到光 的 偏 折 性效應 ，顯 示關 華豆膠 可吸 附在 油水界 面（ oil-water interface），形成一有次序之薄膜（ well-oriented gum film），而達乳 化之作用。將商用關華豆膠進一步純化，使其粗蛋 白含量由原本之 5.95％降到 0.8％時發現，經純化後關華豆膠，雖然蛋白質含量顯著 降低，然上述的界面活性不減反而略增，與阿拉伯膠之情形截然不 同，顯示聚半乳甘露醣結構中不可分離之蛋白質對其界面活性之貢獻 並不顯著，且若真 有一點貢獻，也與蛋白質在阿拉伯膠界面中所扮演 之角色不一樣。 由於每種水合膠的特性皆不同，為截長補短，將不同的膠混合並 應用於食 品上的 例子 相當 多。例 如一般市 售的沙 拉醬（ salad dressing）多以三仙膠（xanthan gum）/ 褐藻酸丙二醇酯（propylene glycol alginate）或是三仙膠/黃耆膠（tragacanth gum） 等混合膠作 為乳化安定劑（Coia and stauffer 1987; Carrillo and Kokini 1988； Yilmazer and others 1991; Yilmazer and Kokini 1992）。混合膠對乳 化系統安定性 的貢獻，除與其本身之濃度、分子量、官能基團等息息 相關外，亦視其與乳化食品中其 它成分之交互作用程度有關，例如蛋 白質、鹽類的存在與否等。其中鹽類的存在，由於 可能影響離子性多 醣或蛋白質的分子構形，進而影響這些成分彼此的交互作用，以及所 成 乳化系統 之物性 及功能性 質（ Friberg and Larsson 1997; McClements 1999 ）。 Kokini and Fischbach（1989）曾指出三仙膠之添加可增加連續 相之黏度，並在鹽類添 加後，由於靜電效應而增加了系統的穩定度。 Yilmazer and Kokini（1992）以鹽類之添 加與否觀察褐藻酸丙二醇酯 /三仙膠/PS-60（polysorbate-60）之乳化系統安定性之影響，結果顯 示，添加 1%鹽類 至含單獨三仙膠之乳化系統，油滴在第一天及第八 週時大小分別為 9.93 及 9.15 μm， 而添加鹽類 2%則油滴變化分別為 10.23 及 9.28 μm，顯示添加 1 或 2%鹽類至含單獨三仙膠之模式乳 化系統對其熟成時 間長短之油滴大並無影響，且對三仙膠/PS-60 系 統亦有相同結果，推測鹽類具有穩定系 統分散性並具提高系統安定性 之功能。Coia and Stauffer（1987）認三仙膠對於乳化系統在流變行 為上的貢獻較大，而褐藻酸丙二醇酯則無顯著的影響，另外，黃耆膠 /三仙膠、黃耆膠/褐藻酸丙二醇酯的混合系統則具有扮演安定劑的功 能，並防止油水分 離，其達乳化安定之模式圖，如圖四。三仙膠由於 不具界面活性，因此主要提供黏度及 本體（body），但無法抑制浮油 現象產生；褐藻酸丙二醇酯所提供之黏度較低且無屈服 應力，但具極 高之表面活性，因此可抑制浮油；黃耆膠則雖極具表面活性，但由於 連續 相黏度太低，導致油滴有機會聚集，並因比重之差異而有上浮現 象，因此可發現少許乳 清層（serum layer）於底部；至於將三種多 醣以 1 比 1 比 1 之比例混合，所製成的 模式乳化液之乳化安定性最 高。Yilmazer and others（1991）利用三仙膠及褐藻酸丙二 醇酯探討 乳化系統之安定性時發現，隨著三仙膠濃度增加，乳化液黏度亦因凝 聚作用而 隨之上升，而褐藻酸丙二醇酯除可降低空氣/水間的表面張 力，亦減少乳化液之黏度。另 外，Hennock and others（1984）研究 發現，含 1%三仙膠及 70%大豆油之乳化液屈服應 力明顯較單獨含 70%大豆油高，推測為三仙膠微膠（microgel）中液晶（liquid crystal） 結構所貢獻； 而在濃縮系統中，由於油滴間的交互作用增加，亦使系 統屈服應力有顯著增加。由此可 推知，多醣膠質的存在會影響乳化系 統之物性，且其影響程度與多醣膠質之種類、比例 、濃度以及鹽濃度 等因子有關。 另外，當溫度改變時，乳化系統因物質溶解度改變，造成由 o/w 轉變為 w/o，此溫度稱 為相轉換溫度（phase inversion temperature， PIT），亦可藉由此因溫度造成系統改 變的特性，觀察乳化系統之安定 性（McClements 1999，Hasenhuettl and Hartel 1997 ）。當溫度約 於 20℃時，油滴之表面張力較大可使乳化系統呈現穩定的 o/w 狀態， 隨著溫度改變，界面活性劑中之親水性基團脫水，使得表面張力減小 而產生不穩定的併合現象，相位轉變為不穩定的三相，若溫度再升高 至大於 PIT 值，則 乳化系統繼續轉變為 w/o 狀態。所以，PIT 亦可用 來觀察乳化系統之乳化安定性。 五、仙草多醣膠質之介紹 仙草（hsian-tsao, Mesona procumbens Hemsl）是一種含多醣 膠質之臺灣本土性草本植 物（邱與張 1986），其性味澀、甘寒，全 草具清熱、解渴、涼血、降血壓之效（甘 1980）。仙草植物體中的 多醣膠質，經適當鹼量熬煮後所得之萃取液，可與澱粉形成凝 膠，即 俗稱之仙草凍，可泡於糖水中飲用，具有特殊口感，為夏季頗受國人 歡迎的清涼 甜點之一。而近一兩年來，本省冬季十分盛行的“燒仙草”， 則是將花生、紅豆、大紅 豆等配料泡在熱融的仙草凍中所製成的（陳 等 1996）。 胡與林（1985，1986）曾指出，仙草栽培品種多達五至六種， 各品種間之植物性狀及農 藝特性略有不同，但主成份含量則差異不 大。由於鹼類有助於仙草組織之崩解，並釋出 其中之多醣膠質，因此 仙草多醣膠質之萃取，一般以小蘇打（NaHCO3）或碳酸鈉（ Na2CO3） 溶液進行之（楊等 1982，1985，1987；楊與黃 1990；陳等 1996； Lai and others 2000；方 1998；劉 1999； 趙與賴 1999a，1999b， 1999c）。仙草多醣膠質之分離純化，可利用沉澱試劑，例如乙醇、 醋酸銅或鯨蠟溴化三 甲基銨（Cetyltrimethylammonium bromide）將 其由仙草萃取液中沉澱分離，其中以乙 醇沉澱出之仙草膠質較佳，可 與非糯性、非離子化澱粉形成彈性較佳之凝膠（楊等 1982 ，1985， 1987；楊與黃 1990）。若直接將仙草萃取液脫水來製備仙草膠，則 以噴霧乾燥法所得粉狀膠質最佳，40℃烘乾者次之，冷凍乾燥者較差 （楊等 1985）。由仙草萃取液中所分離之仙草多醣膠質帶有深褐色 或黑色，使其於加工 上之應用受限。而仙草色素之脫色，可利用乙醇、 丙酮、二甲基亞?（DMSO）、異丙醇（ isopropanol）等有機溶劑或 是活性碳進行脫色，而得淺棕至乳白色粉末（楊等 1987； 陳等 1996），且其與 2％樹薯澱粉所成凝膠之凝膠強度與未經脫色者相似 （楊等 1987）。 仙草植物體中所含之多醣膠質，主由半乳糖、葡萄糖、鼠李糖 （rhamnose）、阿拉伯糖（arabinose）、木糖（xylose）及糖醛酸（uronic acid）等所 組成（楊等 1982， 1985），且根、莖、葉及全草膠質與 脫色全草膠質之糖成分組成不 同（楊等 1982；楊與黃 1990）。楊等 （1987）以高效能液相層析儀（HPLC）分析仙草中之單糖組成，發 現赤藻糖（erythrose ）及葡萄糖佔仙草葉膠之絕大部份，其含量分別 為 40.9 mmole/g 及 29.4 mmole/g，但 仙草葉膠經脫色後，則葡萄糖 含量驟降，甚至無法偵測到。另外，楊等（1982）以濾紙 層析法（PPC） 及氣相層析法（GLC）分析仙草多醣膠質之醣成份，結果發現，濾紙 層析 法之結果顯示無論乙醇濃度為何（30-70%），乙醇沉澱之仙草多 醣膠質皆含半乳糖、葡 萄糖、木糖及鼠李糖等單糖，GLC 之分析結 果則發現， 除上 述四種單糖 外， 尚有甘 露糖 ，阿 拉伯糖，肌 醇 （inositol），甘油醛（glyceraldehyde）及赤藻糖等單糖，而楊等（1982） 亦由 HPLC 測定未脫色仙草葉膠，結果除未發現甘露糖卻多了果糖 外，其餘與 GLC 結果相似 。 過去，使用 HPLC 及 GLC 分析醣類或蛋白質組成時，需對樣品 進行衍生，然而，同一種 反應物其所衍生出之衍生物可能有一種或一 種以上，這種反應物與衍生物的不一致性， 可能會對樣品在進行資料 分析上造成影響，導致判別誤差。近來，使用高 pH 陰離子交換層析 （high-pH anion-exchange chromatography, HPAEC）搭配脈衝式 電化學偵測器（ pulsed amperometric detection, PAD）測定醣類（Lee 1990；Campbell and others 1997；Landberg and others 1998）或 蛋白質組成及含量 （Kerherve and others 1995）愈來愈普遍，亦有 使用 HPAEC-PAD 進行尿液（Gonth 2000）或水質（Panagiotopoulos 2001，Torto and others 2000）方面等工業上分析。此分析方法具有 分析時間短（例如 單醣分析可於 15 分鐘內完成）、靈敏度高[可分析 變旋異構物及位置異構物（ positional isomers）]，靈敏度高達 10 pmol，不需事前對樣品進行衍生等優點。Lee （1990）在分析醣蛋白 中單糖組成時發現，半乳糖和葡萄胺糖（glucosamine）的滯留時 間 會因流洗液濃度不同而改變，並且半乳糖和 L-海藻糖（L-fucose）因 羥基（OH 基） 數目不同導致偶極作用力不同也是影響滯留時間的因 子之一。然而，在寡醣及多醣的分 析上，醣?鍵（glycosidic linkage） 的鍵結位置及構形則是重要影響因子。Campbell and ohters（1997） 研究食物中所含果寡糖（fructooligosaccharide, FOS）含量時指 出， FOS 是相當有營養價值的糖類，具有促進 bifidobacteria 菌生長及降 低血膽固醇 的效用。同時，作者由結果認為 HPAEC 由於回收率可高 達 100±10%，且分離效果佳靈 敏度高達 3-6 ppm，因此是一極佳的 分析工具。Landberg and others（1998）在研究溫 度對 HPAEC 分 析寡糖的影響時發現，分析環境之溫度會影響牛奶中，及 N-link 寡糖 的滯留時間。在 低溫（ 13 ℃）下， HPAEC 可將牛奶中 LNDI （ Fucα(1-2)Galβ(1-3)GlcN(Fucα(1-4))Acβ(1-3)Galβ(1-4)Glc ） 及 3FL（Galβ(1-4)Glc(Fucα(1-3))）有效分離，並隨溫度升高增長滯留 時 間 ， 然 至 25 及 30 ℃ 時 ， 3FL 則 會 與 LNFIII （ Galβ(1-4)GlcN(Fucα(1-3)Acβ(1-3)Galβ(1-4)Glc) ）在同一時間流 出。綜而言之，HPAEC 之分析除了與分析環境之溫度、流洗液濃度、 流速等有關外，糖 類或與氨基酸的鍵結方式、構形均是影響因子。在 糖類分析方面，使用 HPAEC 研究之文 獻雖多，然多屬寡糖、醣蛋白、 澱粉降解或蛋白質的分析，對於多醣膠質降解則較少見 。 仙草多醣膠質含有大量的糖醛酸（楊等 1982，1985，1987； Lii and Chen 1980；Lai and others 2000；Lai and Chao 2000a， 2000b），且仙草膠溶液之固有黏度會隨溶劑中離子強度之增加而降 低（Lai and others 2000），顯示離子遮蔽效應可導致其分子結構緊 縮，屬離子性多醣（楊等 1982 ，1985；Lai and others 2000；趙與 賴 1999a，1999b，1999c；趙 2000），因此當添 加低濃度之單價或 雙價鹽類於仙草葉膠/澱粉混合系統中，可提高混合凝膠之黏度、貯 存模量，凝膠-熔膠溫度移置高溫，凝膠時間縮短，並增加混合系統 之熱抗性；然若鹽濃 度過高則反抑制膠體生成，混合凝膠之黏度、貯 存模量降低，凝膠強度變弱，甚或無法 凝膠。有關仙草膠應用於非凝 膠性食品之研究則未見過。 六、影響乳化安定性之因子以及乳化安定性之測定 乳化安定性係指隨著時間之進行，乳化系統抵抗其性質改變的能 力，亦即乳化系 統越安 定，其性 質隨時間而改變 的速度越慢 （McClements 1999）。系統之不安定性可能來自於物理及化學兩方 面；物理上不安定包 括凝聚（flocculation）、乳析（creaming）、併合 （coalesence）、相轉變（phase inversion）及 Ostwald ripening 等 （圖五），而氧化及水解則是常見的化學不安定。其中凝聚現象是指 小液滴聚集在一起 ，形成較大的凝聚物。乳析現象是經凝聚後的凝聚 物之沈降或上浮。此兩種現象具可逆性，表示液滴依然被乳化劑所包 圍保護，利用簡單的振搖，即可使它重新分散。併合現象則是小液滴 經合併成大液滴， 為不可逆的變化。使乳化液液滴產生凝聚或併合之 原動力是微細液滴彼此間藉著 Brownian 運動或者是機械攪拌力相互 碰撞所導致。若併合現象繼續下去，終致分散相 和連續相分離，即所 謂破壞現象。Al-Mulla and Gupta（2000）提出，當分散相之相分 率 小於 0.5％以下時，併合現象最明顯。至於減緩併合現象的方法有， 使分散相界面帶 有穩定的電雙層（electric double later）、降低界面張 力、增加連續相黏度以及強化 液滴界面的乳化劑薄膜等（蔡 1979）。 另外一個造成乳化液不安定的原因是油與水相之 間的比重差異性，當 液滴之比重小於連續相之比重時，由於地心引力之影響，液滴會呈 現 上浮的趨勢，反之，當液滴之比重大於連續相之比重時，液滴會呈現 沈降（ sedimentation）之趨勢。分散液滴的上浮或沈降之速率（v） 可利用 Stokes Law 方程式計算： ν = 2a2? ρ g / 9η 其中 a 是分散液滴之半徑，?ρ是分散相與連續相之比重差，g 是重力 加速度，而η則是連續相之黏度。隨著液滴直徑增加，沈降速率亦隨 之增加，反之則減 少。減小液滴之大小可有效減緩凝聚和乳析現象， 亦顯示連續相之黏度是影響乳液液滴 上浮或沈降之速度，具有高黏度 之連續相可以減緩上浮或沈降之現象。Munoz and others（2001） 指出，均質機的功率會影響液滴之大小，功率愈大，其平均粒徑愈小， 且亦些微影響動態黏彈性質。Langton and others（1999）以 CLSM （confocal laser scanning microscopy）及穿透式電子顯微鏡（TEM） 觀察乳化系統均 質方法對油滴之影響時發現，均質機轉速愈高，所形 成之乳化液滴愈趨球狀（spherical），反之，則液滴愈易產生形變， 導致乳化安定性的降低。另外，分散相密度盡量等於連續相、使分散 相界面帶有電雙層 以及增加連續相的黏度等，亦可有效減緩凝聚和乳 析現象（Friberg and Larsson 1997 ；陳 1996）。 七、乳化系統之物性 乳化食品的許多官能性質都與其流變性質有直接的相關性，例 如乳脂狀（creaminess） 、稠度（thickness）、平滑度（smoothness）、 塗佈性（spreadability）、傾倒性（ pourability）、流動性（flowability） 或硬度（hardness）等。而乳化系統的貯存壽 命（shelf life）亦與組 成相的電性質及流變特性有關，例如油滴的乳析與水相的黏度 有關。 所以，利用分析物質的物性可了解系統內部結構組成及各組成間的交 互作用關係 ，例 如測量黏度對剪 切速率的關係則 可瞭解微滴 （ droplets ）間膠 質交互 作用（ colloidal interaction ）的強 度 （McClements 1999）。 （一）、電性質（zeta potentials） 當乳化液產品的連續相為水相時，其導電度（或介電常數）比連 續相為油之乳化液的導 電度大。由於乳化液的導電度幾乎與連續相的 導電度相同，因此利用上述現象可判斷乳 化液是屬於 o/w 或 w/o 乳化 液。 當乳化液之液滴-水界面附著陰離子性界面活性劑時，分散液滴之 表面呈現負電荷。而隨 著界面活性劑加入系統之正離子（稱為對離 子，counter ions）則以指數函數之關係分 佈在液滴表面，形成電雙 層（electric double layer）。離液滴表面愈近之位置，所含 對離子之 濃度則愈高。若將帶電荷之乳液液滴置於一電場內，分散液滴將向帶 著相反電荷的極性移動，此現象稱為電泳（electrophoresis），而所 對應的移動電位則 稱為 Zeta 電位。Zeta 電位（ζ）可以 Henry 方程 式表示如下: V μ = = E εζ 6πη f (κ r) 其中μ是電泳動性（electrophoretic mobility），v 是液滴移動之速度， E 是加於系統之電場電壓，ε是乳液連續相之介電常數，ζ為電性質， η是連續相黏度 ，而 r 則是液滴半徑，f(κr)為 Huckel approximation。 對於一般的乳化系統來說， r 約為 1 μ，電解質之濃度約為 10-4 M 或 更小，因此 f(κr)等於 1.5，因此 f(κr) 值代入方程式可得: εζ μ = 4πη 藉著測量乳化液之μ與η等參數，即可算出乳化液滴之ζ。一般而言，ζ 控制在-40 至-20 mV 之間才算安定，但仍須考慮許多外界因素（如離 子濃度或電荷種類 及分佈情形），小於-40 mV 最安定而大於-15 mV 則有聚集現象產生 。（ Friberg and Larsson 1997 ，陳 1996 ）。 Genovese and Lozano（2001）將帶陰電性之多 醣添加至混濁蘋果 之中，觀察陰性多醣濃度與ζ之關係，發現隨著多醣膠質濃度由 0.1 ％增加至 0.5％，ζ會由-20 mV 降至-40 mV，混濁穩定度上升，顯示 ζ愈低，多醣混合溶液之安定性愈高。 （二）、流變性質 Ma and Barbosa-Canovas（1995a，1995b）以不同含量蔬菜油 及三仙膠濃度，探討其對乳化系統中物性之影響，結果顯示，隨著蔬 菜油含量不同，油滴間的交互作用力大小不同；蔬菜油含量愈高，油 滴分子愈靠近，交 互作用愈顯著，但蔬菜油含量減少，則油滴分子與 分子距離愈遠，交互作用力愈小。三 仙膠濃度的不同則導致生成之網 狀結構不同（小於等於 0.5％靠氫鍵引力，大於 0.5％ 則有聚集現象 產生），滑動現象（slippage）亦有所不同。整體而言，蔬菜油含量 或 三 仙 膠 濃 度 愈 高 ， 剪 切 應 力 有 增 加 的 趨 勢 。 Ma and Barbosa-Canovas（1995b）亦以頻率掃描觀察蔬菜油及三仙膠濃度 不同之蛋黃醬的黏彈 性質，發現隨著含油量及三仙膠濃度的增加，蛋 黃醬之彈性模數會隨之增加，推測油含 量的增加導致複雜的液晶結構 生成是造成上述現象的主要因素，而三仙膠所形成之微膠 （microgel） 則因與乳化液滴產生交互作用，使彈性模數增加。Peressini and others （1998）也指出，油量增加，會增加乳化系統之貯存模量，且 降低相角（tan δ），顯 示乳化系統較趨向固體特性，當油量減少（由 76.2％降至 48％）而以碳水化合物取代（由 0.5％提高至 8.7％）時， 乳化系統之貯存 模量並不如原來 76.2％油時高，顯示加入碳水化合 物無法完全取代由油所貢獻之黏彈特 性；蠕動回復試驗亦發現，代表 虎克彈性體的彈性依順值（Hooken body compliance, J0）隨油量增 加而上升，顯示油滴與脂蛋白形成之網狀結構為乳化系統主要黏彈性 質之 貢獻者，並使其具較高的抵抗形變的能力。Gladwell and others （1985）以不同油含量之模式乳化系統進行流變行為之探討，指出 依順值反應（ compliance response）主要有三個機制：瞬間彈性體 （instantaneous elastic）、黏彈性體（retarded elastic）及黏性體 （viscous flow）。隨著由濃度增加，乳化系統較偏向彈性體；在非線 性區域，乳化系 統彈性則隨剪切應力增加而減少，以黏性體為主。 Evageliou and others（1997）針對市面上減脂抹醬（reduced fat spreads）以蠕動回復試驗分析其黏彈性，當應力與蠕動依順值隨時 間增加而成線性關係 成長時，其乳化系統之黏彈性質可以用數個 Maxwell element 和 Voigt element 以串聯 或並聯的方式來模擬，其 中含明膠組別之 J0 高於其他 margarine 組別許多倍，顯示明膠網狀 結構之構成主要與 Voigt element 有關。Chrinakis and Kaspi（s 1995） 亦指出奶油（butter）所需之起始應變值（initial strain）較商業上減 脂抹醬小，顯示減脂抹醬呈膠體結構且彈性部分較多。Yilmazer and others（1991）以 不同比例的褐藻酸丙二醇酯/三仙膠添加於乳化系 統中，觀察蠕動依順值之變化，顯示隨 著三仙膠比例的增加，蠕動依 順值（creep compliance，J(t)）會隨之下降，表示乳化 系統之結構 因三仙膠存在的比例愈高而愈完整，但隨貯存時間增加而減少；E1 （retarded elastic = 1/ E1 = J1）及η1（retardation time = J1η1 = λ1） 均會 隨貯存時間增加而下降，但以褐藻酸丙二醇酯/三仙膠等於 1/3 組別最安定。Yilmazer and Kokini（1992）由蠕動依順值的下降，證 明添加鹽類會使乳化系統形成立體空間障 礙及電荷相斥的作用，油滴 因形成規則的網狀結構而聚集不易，進而乳化安定性增加。 Munoz and others（2001）以頻率掃描觀察噴霧乾燥蛋黃粉/三 仙膠乳化混合系統黏彈性 質之差異，發現添加蛋黃 2.32％與否，對 於含 1.26％三仙膠之混合系統貯存模量（G’ ）與耗損模量（G’’）趨 勢一致，於掃描頻率過程中，貯存模量皆大於耗損模量，在低 掃描頻 率下，貯存模量明顯較耗損模量易受頻率影響，而在高剪切頻率下， 貯存模量正 比於ω0.14 且耗損模量正比於ω0.06，其中，指數函數代表乳 化混合系統在物性測量過 程中對頻率的依賴性，指數函數愈大表示對 頻率的依賴性愈大，亦愈易受頻率影響，綜 合所述，表示混和系統除 了具有弱膠結構外，尚有似流體（fluid-like）的特性。Coia and Stauffer （1987）以穩剪切試驗觀察不同多醣膠質之模式乳化液剪切速率對 視黏度之關係時發現 ，含褐藻酸丙二醇酯之組別於貯存 90 天後最不 具剪切致稀性，其流動行為指標從第一 天的 0.59 上升至 0.87，其次 依序為黃耆膠>三仙膠（Rhodigel 23）>三仙膠（ Keltrol-F），推測流 動行為指標除了與連續相水合膠分子量有關外，和平均油滴大小， 油 滴分佈情況等因子有關。Pettitt and others（1995）以穩剪切試驗觀 察模式乳化系 統剪切速率對黏度之關係時提出，其黏度之變化有三個 區域（Darby 1976），分別為低 剪切速率下之牛頓流體區（Newtonian region），中剪切速率之非線性區（nonlinear region）及高剪切速率 下之另一牛頓流體區（Newtonian region）。在低剪切速率下， 由於 水合動態作用力（hydrodynamic force）不足以破壞粒子間作用力， 分子仍持續進 行布朗運動（Brownian motion），因此呈現牛頓流體。 至中剪切速率時，水合動態作用 力增加並足以使聚集油滴產生形變， 破壞分子間鍵結（通常為疏水鍵或氫鍵），有效水 合體積減少且黏度 下降，因此為 power law 流體。高剪切速率下，粒子形變速率與被破 壞速率達到一定時，則粒子完全分散於溶液中且黏度不變，為牛頓流 體（如圖六）。另 外，油滴內的電位大小、粒子之聚集與否均影響其 剪切致稀性。有些乳化系統雖有足夠 的界電層可防止油滴聚集，然一 旦對其施予一外力，油滴間產生摩擦或交互作用力增加 ，當其吸收足 夠能量時，將讓乳化系統迅速越過（jump）界電層之能量障礙並產生 聚集 ，因此也會有剪切致稀性的現象發生。綜而言之，液滴的大小、 形狀（油脂含量愈高， 油滴數目愈多而呈不規則形；油脂含量愈低， 呈球形），分子結構之糾纏程度，連續相 之分子量大小或鏈長及其分 支度，均是影響乳化系統物性之重要因子。 -- 滿紙荒唐言 一把辛酸淚 都云作者痴 誰解其中味 說到心酸處 荒唐越可悲 由來同一夢 休笑世人痴 --

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