低分子質(zhì)量大豆種皮果膠對(duì)大豆蛋白乳狀液貯藏穩(wěn)定性的影響

朱丹實(shí)，寇程程，劉 軍，趙 麗，黃月惠，王勝男，劉 賀*

（1 渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心 遼寧錦州121013 2 山東禹王生態(tài)食業(yè)有限公司 山東禹城251200）

大豆種皮是大豆制油的副產(chǎn)品，占整個(gè)大豆體積的10%，其中含有約86%的膳食纖維及碳水化合物，8.8%的粗蛋白質(zhì)，1.2%的粗脂肪及其它微量成分[1]。采取酶堿結(jié)合法提取大豆種皮不溶性膳食纖維，得到的膳食纖維面包口感和保健作用較好[2]。此外，大豆種皮多糖還具有維護(hù)腸道菌群平衡和預(yù)防腸癌等功效[3]，是一種健康的膳食纖維添加劑。大豆種皮多糖結(jié)構(gòu)中含有的疏水基團(tuán)（如甲基、乙基等）與蛋白質(zhì)結(jié)合，在油-水界面上表現(xiàn)出與小分子乳化劑相似的表面活性，具有較好的乳化性質(zhì)[4]。大豆種皮多糖還具有良好的凝膠性、增稠性和穩(wěn)定性，可作為凝膠劑、增稠劑、穩(wěn)定劑等應(yīng)用于食品、化工及醫(yī)藥領(lǐng)域[5-7]。

在蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物穩(wěn)定的乳液中，蛋白質(zhì)分子會(huì)吸附在油水界面，而多糖與蛋白質(zhì)多糖通過靜電力、范德華力、氫鍵、疏水作用和分子纏繞等方式發(fā)生相互作用，包裹在油滴表面，形成層層沉積的界面膜結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高乳液的穩(wěn)定性[8]。不同的結(jié)構(gòu)多糖，油水界面上的吸附量差異顯著，影響乳狀液體系的穩(wěn)定[9]。Garcia 等[10]發(fā)現(xiàn)，油水界面處不同多糖與蛋白相互作用的差異性對(duì)乳狀液的穩(wěn)定性影響顯著。多糖分子質(zhì)量對(duì)乳化效果的影響機(jī)制還不明確。

本研究以大豆種皮作為試驗(yàn)原料，制備大豆種皮果膠類多糖（Soybean hull pectin polysaccharides，SHPP），探索低分子質(zhì)量大豆果膠類多糖（Low molecular weight soybean hull pectin polysaccharides，SHPP-LMW）對(duì)大豆蛋白乳狀液穩(wěn)定性及流變性質(zhì)的影響，為研發(fā)大豆種皮多糖食品乳化劑提供理論依據(jù)，為擴(kuò)大大豆資源開發(fā)和利用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆種皮，錦州大豆皮經(jīng)銷公司；大豆分離蛋白，鄭州瑞佳食品添加劑有限公司；其它試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

DHR-1 流變儀，美國(guó)TA 公司；BT-9300ST 激光粒度分布儀，丹東市百特儀器有限公司；FM-300 高剪切分散乳化機(jī)，上海弗魯克流體機(jī)械制造有限公司；尼康80i 光學(xué)顯微鏡，北京瑞科中儀科技有限公司；OCA 15EC 視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x，德國(guó)DataPhysics 公司。

1.3 研究方法

1.3.1 低分子質(zhì)量大豆種皮多糖的制備 稱量100 g 大豆種皮，粉碎1 min，再過60 目篩后，加入1%乙醇溶液1 L，室溫?cái)嚢?0 min，使用雙層紗布過濾，將濾布上的殘?jiān)糜诠娘L(fēng)干燥箱中（65 ℃）烘干。取干燥后濾渣40 g，加入0.6%檸檬酸鈉溶液800 mL 后進(jìn)行微波處理 （85 ℃，320 W，20 min）。濃縮至原體積的1/3，調(diào)節(jié)pH 至4.0。用20 μm 微濾膜進(jìn)行過濾。離心（3 500 r/min，15 min）。緩慢地加入雙倍濃縮液質(zhì)量的無(wú)水乙醇并不斷攪拌，于4 ℃下放置40 min 后（促進(jìn)果膠分子的聚集）離心（25 ℃，4 000 r/min，30 min）。將沉淀物放置65 ℃烘干，得到大豆種皮多糖（5 000＜低分子質(zhì)量＜10 000）。

1.3.2 乳狀液的制備 將大豆分離蛋白配制成1 g/100 mL 的水溶液，與大豆油混合，利用高速剪切機(jī)在3 000 r/min 下剪切2 min，制成初級(jí)乳狀液。將SHPP 配制成一定濃度的水溶液，與初級(jí)乳狀液混合（1∶1），并利用高速剪切機(jī)在3 000 r/min 下剪切2 min，最終使乳狀液包含5%油，0.5%大豆分離蛋白和0～0.75% SHPP，制成的乳狀液在4 ℃下儲(chǔ)存[11]，第1，5，10，15，40 天取樣測(cè)定乳狀液性質(zhì)。

1.3.3 界面張力的測(cè)定 采用視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定，在25 ℃下進(jìn)行。用密度計(jì)精確測(cè)定乳狀液密度，乳狀液置于注射器內(nèi)，隨后擠出一滴固定體積的樣品溶液至盛有油或空氣的密封玻璃容器內(nèi)，記錄數(shù)據(jù)并用儀器自帶軟件處理。

1.3.4 粒徑分布的測(cè)定 利用激光粒度分布儀測(cè)定乳狀液的粒度分布情況，并記錄表面積分?jǐn)?shù)平均粒徑（D3，2）及體積分?jǐn)?shù)平均粒徑（D4，3）。參數(shù)設(shè)定為：散射角度90°，激光波長(zhǎng)633 nm，溫度25℃，顆粒折射率1.47，顆粒吸收率0.001[12]；分散劑為水，分散劑折射率1.333。最常用的表示粒徑大小的定義是：

式中ni和di分別為液滴數(shù)及液滴直徑。

1.3.5 流變分析 穩(wěn)態(tài)流變分析：采用DHR-1 流變儀測(cè)定，取1.5 mL 乳狀液加在測(cè)試臺(tái)上，于25℃條件下采用40 mm 平行板夾具，狹縫距離設(shè)置為0.5 mm，剪切速率0～200 s-1，檢測(cè)樣品流變特性[13]。為方便定量比較各樣品流變性質(zhì)，將采集到的數(shù)據(jù)利用牛頓冪律方程y=Kxn擬合，式中：y 為剪切應(yīng)力，Pa；x 為剪切速率，s-1；K 為稠度系數(shù)，Pa.sn；n 為流動(dòng)特性指數(shù)。

1.3.6 顯微觀察 將乳液滴于載玻片上，待均勻鋪展后將蓋玻片輕輕覆蓋于乳液滴表面避免氣泡產(chǎn)生，置于光學(xué)顯微鏡下（100 倍物鏡×10 倍目鏡）觀察乳狀液的形態(tài)[14]。

1.3.7 統(tǒng)計(jì)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)平行測(cè)定3 次，結(jié)果均為3 次測(cè)定的均值表示，采用Orogin 8.5 軟件作圖，應(yīng)用SPSS 19.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，差異顯著性水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度的SHPP 對(duì)乳狀液界面張力的影響

乳狀液是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，為使分散相分散，就要對(duì)它做功，所做功即以表面能形式貯存在油-水界面上，使體系的總能量增加[15]。因此，在分散度不變的前提下，為使乳化液的不穩(wěn)定程度有所減少，必須降低油-水界面張力，加入乳化劑可以達(dá)此目的。本研究用懸滴法測(cè)定了添加大豆種皮多糖乳狀液的界面張力，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同濃度的SHPP-LMW 對(duì)乳狀液界面張力的影響（P＜0.05）Fig.1 Effect of different concentrations of SHPP-LMW on the interfacial tension of emulsion（P＜0.05）

由圖1可知，由于SHPP-LMW 可吸附到油水界面，因此添加SHPP-LMW 可顯著降低乳狀液的界面張力（P＜0.05）。其中添加0.5% SHPP-LMW的乳狀液的界面張力為（50.89±0.14）mN/m，具有最低的表面張力，表明適量添加SHPP-LMW 可增強(qiáng)乳狀液的界面活性。其次添加0.25% SHPPLMW 和0.75% SHPP-LMW 的乳狀液，界面張力分別為（52.23±0.57）mN/m 和（52.77±0.39）mN/m，不添加SHPP-LMW 的乳狀液的界面張力較高，為（62.79±0.13）mN/m，與添加SHPP-LMW 的樣品差異顯著（P＜0.05）。許朵霞等[16]探討乳清分離蛋白-甜菜果膠共價(jià)復(fù)合物的乳化穩(wěn)定性質(zhì)，表明共價(jià)復(fù)合物可降低界面張力，提高其乳化活性。對(duì)比添加0.5% SHPP-LMW 的乳狀液的界面張力和添加0.75% SHPP-LMW 的乳狀液的界面張力，隨著乳狀液濃度的提升，乳狀液的界面張力也略有增加，界面張力越大，界面活力也就越大。然而添加0.25% SHPP-LMW 的乳狀液與添加0.75% SHPPLMW 的乳狀液的界面張力差異不顯著（P＞0.05）。

2.2 乳狀液貯藏過程中的粒徑變化

乳狀液粒度大小及其分布是決定其是否穩(wěn)定的重要參數(shù)，可通過激光衍射法、動(dòng)態(tài)光散射法和光學(xué)顯微鏡來(lái)測(cè)定乳狀液的粒度分布情況[17]，液滴粒徑越小，分布越集中，則乳狀液越趨于穩(wěn)定。

圖2 SHPP-LMW/大豆蛋白乳液貯藏過程中粒徑的變化Fig.2 Changes on particle sizes of SHPP-LMW/soy protein emulsion during storage

由圖2可知，貯藏1 d 時(shí)，添加0.25%，0.5%SHPP-LMW 的乳狀液呈現(xiàn)單峰，在10 μm 左右出現(xiàn)最高峰值，液滴粒徑較小，粒度分布較集中，呈正態(tài)分布。而添加0.75% SHPP-LMW 的乳狀液，在10，60 μm 左右呈現(xiàn)雙峰，表明乳狀液中有少量大顆粒的存在，與空白對(duì)照組相似。但空白對(duì)照組在60 μm 左右的峰值較高，表明含有相對(duì)較多的大顆粒。在貯藏5 d 時(shí)，添加0.25%，0.5%以及0.75% SHPP-LMW 的乳狀液呈現(xiàn)雙峰，在10 μm左右出現(xiàn)最高峰值，液滴粒徑越小，粒度分布越集中，呈正態(tài)分布。在60 μm 左右出現(xiàn)第2 個(gè)峰值，但不明顯。在貯藏10 d 時(shí)，添加0.25%，0.5%與0.75% SHPP-LMW 的乳狀液均呈現(xiàn)雙峰的現(xiàn)象，仍然在10 μm 左右出現(xiàn)最高峰值。在60 μm 左右呈現(xiàn)第2 峰值，表明乳狀液中有大顆粒的存在。在貯藏15 d 時(shí)，添加0.75% SHPP-LMW 的乳狀液呈現(xiàn)單峰，在2 μm 左右出現(xiàn)最高峰值。添加0.5%SHPP-LMW 的乳狀液在2，10 μm 左右呈現(xiàn)雙峰，而添加0.25% SHPP-LMW 的乳狀液，在20，80 μm 左右呈現(xiàn)雙峰。在貯藏40 d 時(shí)，添加0.25%，0.5%，0.75% SHPP-LMW 的乳狀液均呈現(xiàn)雙峰，但峰值略有不同?？傮w來(lái)看，貯藏初期乳狀液液滴粒徑較小，分布較集中，組間差異較小。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，乳狀液粒度分布范圍明顯變大，并且粒度分布曲線整體向粒度較大的方向位移，可能是由于乳狀液分層，油水分離導(dǎo)致。

表1 SHPP-LMW/大豆蛋白乳液貯藏過程中粒度參數(shù)變化Table 1 Changes on particle size parameter of SHPP-LMW/soy protein emulsion during storage

表1為SHPP-LMW/大豆蛋白乳液貯藏過程中的粒徑變化，可知，隨著乳狀液貯藏時(shí)間的增加，中位徑的值不斷增大。其中，不添加SHPPLMW 的乳狀液中位徑較大，由10.13 μm 增長(zhǎng)到14.64 μm，表明其平均顆粒較大，與粒徑分布圖結(jié)果一致。添加SHPP-LMW 的乳狀液，中位徑較小，其中添加0.5% SHPP-LMW 的乳狀液中位徑最??；隨著乳狀液貯藏時(shí)間的增加，D4，3值有增大的趨勢(shì)；D3，2值的變化不隨乳狀液貯藏時(shí)間以及SHPP-LMW 濃度增加，D3，2值沒有較大變化，基本穩(wěn)定在4～5.5 之間。

2.3 乳狀液貯藏過程中流變分析

影響乳狀液流變學(xué)性質(zhì)的因素包括：分散相的體積分?jǐn)?shù)和黏度，液滴粒度大小、連續(xù)相的黏度及組成成分（極性、pH）、界面流變等[18]。增加乳狀液的外相黏度，可減少液滴的擴(kuò)散系數(shù)，并導(dǎo)致碰撞頻率與聚結(jié)速率降低，有利于乳狀液穩(wěn)定。很多方法可以測(cè)定乳液的流變性質(zhì)，最常用的是穩(wěn)態(tài)流變、蠕變-回復(fù)試驗(yàn)及振蕩流變。SHPP-LMW/大豆蛋白乳液的冪率模型參數(shù)變化見表2。

由表2可知，在所有樣品中決定系數(shù)（R2）均接近于1，說明冪律模型回歸具有很高的精密度。隨著SHPP-LMW 添加量的增加，流動(dòng)特性指數(shù)（n）變化不大，n 在1 左右，表明乳液流動(dòng)行為更接近于理想狀態(tài)的牛頓流體。貯藏1 d 時(shí)，隨著SHPP-LMW 添加量的增加，稠度系數(shù)（K）顯著增大（P＜0.05），即溶液變得越來(lái)越黏稠，說明多糖的添加對(duì)大豆蛋白乳狀液的流動(dòng)特性有顯著的影響（P＜0.05）。隨著乳狀液貯藏周期的增大，流動(dòng)特性指數(shù)（n）變化不大，表明乳液流動(dòng)行為始終接近于理想狀態(tài)的牛頓流體。同一多糖添加量的乳液稠度系數(shù)（K）隨著貯藏周期的增大基本都呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，即乳液黏稠度變得越來(lái)越低，說明貯藏時(shí)間對(duì)乳狀液的流動(dòng)特性有影響。

表2 SHPP-LMW/大豆蛋白乳液貯藏過程中流變冪律模型參數(shù)Table 2 Rheological power law model parameters of SHPP-LMW/soy protein emulsion during storage

2.4 乳狀液貯藏過程中微觀結(jié)構(gòu)變化

圖3為第1 天乳狀液光學(xué)顯微鏡觀測(cè)圖。由圖3可知，對(duì)照組乳狀液顆粒較大，且大小分布不均勻，而添加SHPP-LMW 的乳狀液較小，其中0.25%，0.5%的乳狀液相較于0.75%的乳狀液顆粒較小且分布均勻。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，在15，40 d，對(duì)照組的乳狀液顆粒大小分布不均勻，且有小顆粒聚集成大顆粒的趨勢(shì)。在第15 天（圖4），添加0.75% SHPP-LMW 的乳狀液出現(xiàn)了大顆粒的聚集，但0.5% SHPP-LMW 的乳狀液顆粒大小無(wú)明顯變化。由圖5可知，與對(duì)照組乳狀液顆粒相比較，添加0.5% SHPP-LMW 的乳狀液顆粒分布仍較均勻。上述觀測(cè)結(jié)果與粒徑分析相一致，也驗(yàn)證了上述添加0.5%的SHPP-LMW 具有最低界面張力的結(jié)論。

3 結(jié)論

SHPP-LMW 的濃度對(duì)大豆蛋白乳狀液的穩(wěn)定性影響較大。添加SHPP-LMW 的大豆蛋白乳狀液稠度系數(shù)增加，且D50，D4，3和D3，2相對(duì)較??；粒度分布比較均勻。添加0.5% SHPP-LMW 形成的乳狀液，其界面張力較低，為（50.89±0.14）mN/m，黏度較大，粒度分布較均勻，且D50，D4，3和D3，2較小，同顯微觀察結(jié)果一致，乳狀液顆粒較小，且隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，乳狀液變化較小，因此具有較高的貯藏穩(wěn)定性。

圖3 貯藏1 d 時(shí)大豆蛋白乳狀液光學(xué)顯微鏡觀測(cè)圖（1 000×）Fig.3 Optical microscopy observation of soybean protein emulsion at 1 d storage （1 000×）

圖4 貯藏15 d 時(shí)大豆蛋白乳狀液光學(xué)顯微鏡觀測(cè)圖（1 000×）Fig.4 Optical microscopy observation of soybean protein emulsion at 15 d storage （1 000×）

圖5 貯藏40 d 時(shí)大豆蛋白乳狀液光學(xué)顯微鏡觀測(cè)圖（1 000×）Fig.5 Optical microscopy observation of soybean protein emulsion at 40 d storage （1 000×）