不饱和脂肪酸单甘油酯对大豆蛋白饮料稳定性的影响

曹 璐，王 瑞，陈芳莉，陆 青，肖宗林，张桂菊，王 楠，徐宝财

(北京工商大学 食品学院，北京市食品风味化学重点实验室，北京市食品添加剂工程技术研究中心，北京 100048)

脂肪酸单甘油酯具有乳化、分散、防止淀粉老化等作用，可改善食品组织和口感，同时能完全降解为无毒的甘油和脂肪酸，因而被广泛应用于食品、药品、化妆品等行业，是世界各国用量最大的食品乳化剂[1-2]。不饱和脂肪酸单甘油酯是指连接在甘油上的脂肪酸为不饱和脂肪酸，如油酸和亚油酸等[3-5]。研究发现，与饱和脂肪酸单甘油酯相比，不饱和脂肪酸单甘油酯具有更好的乳化分散性[6]，尤其是应用于冰淇淋，具有更好的抗融化性能[7]。同时，不饱和脂肪酸还具有保健功能，如预防心脑血管疾病等，可满足现代人们对健康的需求[8]。

大豆中富含油脂、蛋白质、磷脂，其中油脂主要为不饱和脂肪酸，大豆磷脂中含有85%～90%的磷脂酰胆碱以及磷脂酰乙醇胺，且不含胆固醇，具有防止动脉粥样硬化、脑出血及抗血栓等保健作用。大豆中蛋白质含量可达38%以上，是谷类食物的4～5倍，大豆蛋白氨基酸组成与牛奶蛋白相近[9-10]。由于大豆蛋白的等电点为4.4～4.6，因此大豆蛋白饮料在酸性条件下会出现蛋白凝聚、沉淀、脂肪上浮等现象[11]。增稠剂和乳化剂被作为稳定剂应用于植物蛋白饮料中，其中增稠剂能够增加分散体系的黏度，降低体系中颗粒的迁移速度，从而增加体系的稳定性[12]。乳化剂是一类分子内具有亲水和亲油基团的表面活性物质，能够降低油水界面张力，减小分散体系势能，防止相邻分散相液滴聚集，从而使分散体系趋于稳定。研究表明，采用复合乳化剂，如脂肪酸单甘油酯(主要为硬脂酸单甘油酯)与蔗糖酯复配使用可以获得很好的稳定效果[13-14]。对于不饱和脂肪酸单甘油酯应用于植物蛋白饮料的研究鲜见文献报道。

评价植物蛋白饮料稳定性的方法主要分为直接法和间接法等。例如，观察法、分光光度计法、显微镜法和电导率检测法等可以对蛋白饮料的稳定性指标进行直接分析，但是需要等蛋白饮料出现稳定性问题后，才能准确反映其稳定性，因此检测速度慢。离心法分析速度快，且被广泛应用，但是受人为因素影响较大，其结果的准确性和可靠性相对较低。而电泳、Zeta电位、粒度分布、黏度及密度检测法等为间接分析方法，通过测定蛋白饮料的相关指标间接估测样品稳定性的变化，检测速度快，但是准确性、直观性和可靠性相对较差[12]。

本文采用分光光度法研究了不饱和脂肪酸单甘油酯的乳化性能，将其作为乳化剂应用于大豆蛋白饮料的制备，并与蔗糖酯复配使用，采用Turbiscan Tower稳定性分析仪，利用多重光散射原理，研究不饱和脂肪酸单甘油酯对大豆蛋白饮料稳定性的影响，该法样品无需稀释、离心及其他预处理，直接对样品进行整体扫描，可以快速、准确、直观、可靠地分析样品在真实状态下的稳定性。另外，还采用离心分析法对大豆蛋白饮料的稳定性进行了对比研究，以期为不饱和脂肪酸单甘油酯在植物蛋白饮料中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料与试剂

亚油酸单甘油酯(纯度99.4%)、油酸单甘油酯(纯度99.7%)和硬脂酸单甘油酯(纯度99.0%)为实验室酶催化合成并采用柱层析或重结晶的方法提纯得到[15-16]。羧甲基纤维素钠、黄原胶、柠檬酸均为食品级，郑州安华食品添加剂有限公司；蔗糖酯(纯度98%)，上海麦克林生化科技有限公司；十二烷基硫酸钠(SDS), 国药集团化学试剂公司；大豆油(一级)，中粮集团；大豆购于当地超市。

1.1.2 仪器与设备

XHF-DY高速分散器，宁波新芝生物科技股份有限公司；UV-3600紫外可见近红外光谱仪，日本岛津公司；Panda Plus 2000高压均质机，意大利Niro Soavi公司；Turbiscan Tower稳定性分析仪，法国Formulaction公司；Sigma 2-16P离心机，北京科誉兴业科技发展有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 乳化性能测定

称取一定量的大豆油于烧杯中，并加入一定质量的脂肪酸单甘油酯，置于60℃的恒温水浴中，搅拌至完全溶解。加入60℃的去离子水，用高速分散器均质分散10 min(13 000 r/min)，得乳白色乳液，待用。

乳化性能测定参考文献[17]，采用分光光度法测定脂肪酸单甘油酯的乳化能力。用移液枪取出1 mL乳液移至100 mL容量瓶中，用去离子水定容，从中取出1 mL溶液，用0.1% SDS溶液定容至10 mL容量瓶，用紫外可见近红外光谱仪测定245 nm的吸光度，以0.1% SDS溶液作为空白对照。

1.2.2 大豆蛋白饮料的制备

配料：大豆 3%，羧甲基纤维素钠 0.05%，黄原胶0.05%，柠檬酸0.05%，盐0.05%，白砂糖2%，加去离子水至100%，乳化剂(添加量根据实验设定)。

制作方法：将大豆提前泡发，加入3/4去离子水，于豆浆机磨制，用200目滤网过筛，去除豆渣。豆浆中加入乳化剂及羧甲基纤维素钠、柠檬酸、黄原胶、砂糖等配料混匀，并加入剩余的去离子水，用高速分散器均质5 min(13 000 r/min)，再用高压均质机在35 MPa下均质3次，然后在121℃、105 kPa下高温高压灭菌15 min，得大豆蛋白饮料，待分析。

1.2.3 大豆蛋白饮料稳定性分析

1.2.3.1 多重光散射法

将制备的大豆蛋白饮料缓慢倒入圆柱形玻璃样品池中，装样过程中要保证玻璃样品池内壁上不粘样品，外壁干净无指纹，液面平整，样品内部无气泡。采用稳定性分析仪，利用多重光散射原理(波长880 nm) 对样品进行扫描。实验中对大豆蛋白饮料样品的总扫描时间为24 h，每15 min扫描1次，在25℃下扫描样品的特性变化情况，用背散射光的变化值分析大豆蛋白饮料的稳定性，通过仪器自带软件分析得到稳定性动力学指数(TSI)和平均粒径。

1.2.3.2 离心分析法

采用离心分析法对大豆蛋白饮料的稳定性进行研究，分别测定离心沉淀率、离心悬浮比和稳定性系数。

离心沉淀率：将大豆蛋白饮料放置20 h以上，摇匀，称取10 g，将离心机设置为转速3 000 r/min，时间20 min，称取离心沉淀物的质量。

离心沉淀率=沉淀物质量/离心样品质量×100%

(1)

离心悬浮比：将大豆蛋白饮料放置20 h以上，分别取上层和下层各10 g，将离心机设置为转速3 000 r/min，时间20 min，称取离心沉淀物的质量。

离心悬浮比=上层沉淀质量/下层沉淀质量× 100%

(2)

稳定性系数：取大豆蛋白饮料10 mL于离心管中，将离心机设置为转速3 000 r/min，时间20 min，取上清液稀释100倍，取2 mL稀释液，测定其在245 nm处的吸光度，记为A2。离心前的乳液同上述方法稀释，测定吸光度，记为A1。

稳定性系数=A2/A1

(3)

2 结果与讨论

2.1 不饱和脂肪酸单甘油酯的乳化性能

采用分光光度法研究油酸单甘油酯和亚油酸单甘油酯的乳化性能，并以硬脂酸单甘油酯作为对照，测定了不同大豆油与去离子水质量比(油水比)(1∶2，1∶4，1∶6，1∶8，1∶10，1∶12)、乳化剂添加量1.2%条件下制备的乳液在245 nm处的吸光度，结果如图1(A)所示。另外，在油水比1∶8条件下，改变乳化剂添加量(0.3%，0.5%，0.7%，1.0%，1.5%，2.0%)制备乳液，并测定在245 nm处的吸光度，结果如图1(B)所示。

乳液在245 nm处的吸光度可以反映乳化剂的乳化性能优劣，吸光度越高，说明乳化性能越好。由图1(A)可以看出，不同油水比的乳液在245 nm处的吸光度随着水相比例的增加先增大后减小。水量的增加有利于乳化剂的分散，从而促进乳液的形成，但是水量进一步增加会降低乳液黏度，乳化性能降低[17]。当油水比为1∶8时，吸光度最大，即3种脂肪酸单甘油酯在油水比为1∶8时的乳化性能最好。

图1 不同油水比(A)和不同乳化剂添加量(B)对乳化性能的影响

由图1(B)可以看出，当油水比相同时，乳液在245 nm处的吸光度随着乳化剂添加量的增加而增大，即乳化剂添加量越多，乳化性能越好。但是当乳化剂添加量达到1.5%之后，吸光度增幅减缓，有的甚至有下降的趋势。在低浓度条件下，油水界面张力随着乳化剂浓度增加而迅速降低，而当乳化剂增加到一定值时，乳化剂在油水界面的吸附达到饱和，乳化能力趋于稳定，再继续增加乳化剂的量对其乳化性能影响不大[18]。

由图1可以看出，不饱和脂肪酸单甘油酯的乳化性能优于硬脂酸单甘油酯的。

2.2 大豆蛋白饮料的稳定性研究

2.2.1 添加单一乳化剂时大豆蛋白饮料的稳定性

将油酸单甘油酯、亚油酸单甘油酯作为乳化剂，应用于大豆蛋白饮料，并与常用于植物蛋白饮料的硬脂酸单甘油酯做对比研究。分别添加油酸单甘油酯、亚油酸单甘油酯和硬脂酸单甘油酯(添加量分别为0.1%，0.2%，0.3%)，按照1.2.2制备大豆蛋白饮料，用稳定性分析仪测定其稳定性。

ΔBS代表某一测试时刻的背散射光与初始的背散射光值之差，ΔBS的变化值越小，样品越稳定[19]。将每个样品在测试时间为24 h时的顶部和底部的背散射光变化值ΔBS与未添加乳化剂的空白样品对照，分析大豆蛋白饮料的稳定性。分别添加油酸单甘油酯、亚油酸单甘油酯及硬脂酸单甘油酯的大豆蛋白饮料在24 h时的背散射光变化如图2所示。

注：NS无显著性差异；*差异显著；**差异非常显著。下同。

从图2(A)和(B)可以看出，相对于没有添加乳化剂的空白样品来说，添加油酸单甘油酯和亚油酸单甘油酯作为乳化剂的大豆蛋白饮料样品顶部和底部的背散射光变化均较小，即沉淀和澄清的不稳定现象均得到了很好的抑制，说明乳化剂起到了良好的乳化稳定作用。而图2(C)中添加硬脂酸单甘油酯的大豆蛋白饮料样品底部的背散射光变化较小，当添加量为0.1%时顶部的背散射光较空白样品变化小，但是当添加量为0.2%和0.3%时，顶部的背散射光相对于空白来说变化更大，即底部的沉淀现象得到了较好的抑制，而顶部的澄清现象比空白样品更突出。

样品的稳定性动力学指数(TSI)能定量、直观地反映体系的稳定性，在扫描时间相同时，TSI值越小，分散体系的稳定性越好[20]。分别添加油酸单甘油酯、亚油酸单甘油酯及硬脂酸单甘油酯的大豆蛋白饮料的TSI值随测试时间的变化如图3所示。

图3 添加单一乳化剂时大豆蛋白饮料的TSI值随时间的变化

从图3(A)和(B)可以看出，添加油酸单甘油酯和亚油酸单甘油酯的大豆蛋白饮料的TSI值较空白样品有显著降低，且在24 h测试时间内大部分TSI值小于0.5，说明分散体系的稳定性良好，不稳定现象不明显。而图3(C)中，当硬脂酸单甘油酯添加量为0.1%时TSI值较空白样品小，但是当添加量为0.2%和0.3%时，大豆蛋白饮料的TSI值相对于空白样品来说更大，该结果与图2(C)中样品顶部的背散射光变化的趋势一致。

分散体系的平均粒径及粒度分布反映了乳液体系中分散相颗粒的大小及均一程度，颗粒越小、均一程度越高说明体系越稳定[10, 21]，因此分散体系的平均粒径也是样品稳定性的影响因素之一。分别添加油酸单甘油酯、亚油酸单甘油酯及硬脂酸单甘油酯的大豆蛋白饮料的平均粒径随时间和乳化剂添加量的变化如图4所示。

图4 添加单一乳化剂时大豆蛋白饮料的粒径随时间的变化

从图4可以看出，当不添加乳化剂时，空白样品的平均粒径约为1.95 μm，且随着时间的延长，平均粒径有增加的趋势。添加乳化剂之后，大豆蛋白饮料的平均粒径较空白样品减小，且在24 h测试时间内基本保持不变。乳化剂添加量对大豆蛋白饮料的平均粒径也有一定影响，但是对于添加不同乳化剂时的变化趋势不一致。总体来说，添加油酸单甘油酯和亚油酸单甘油酯作为乳化剂时的大豆蛋白饮料平均粒径小于硬脂酸单甘油酯作为乳化剂时的平均粒径。一般来说，平均粒径越小，分散体系越稳定。但是对于不同乳化剂添加量的大豆蛋白饮料的平均粒径对于稳定性的影响趋势与图3中TSI值的变化趋势也不一致，一方面可能是由于粒径对于稳定性的影响不仅仅取决于平均粒径大小，还取决于粒径的分布，但是本实验的方法仅能得出平均粒径大小，并不能反映出分散相的均一程度；另一方面可能是由于平均粒径只是稳定性的影响因素之一，而不是唯一的影响因素。

2.2.2 添加单一乳化剂时大豆蛋白饮料的稳定性指标

对于添加3种单一乳化剂的大豆蛋白饮料进行了稳定性指标测定，包括离心沉淀率、离心悬浮比和稳定性系数，结果如图5所示。

分散体系的离心沉淀率、离心悬浮比和稳定性系数均可以反映体系的稳定性[12]。离心沉淀率越高，说明分散体系中易于团聚、沉淀的颗粒越多，体系越不稳定。离心悬浮比是指分散体系上层与下层的沉淀量之比，该数值越大，说明上下层颗粒分布越均匀，体系越稳定。而稳定性系数越大，体系越稳定。

从图5(A)可以看出，当乳化剂添加量一致时，油酸单甘油酯作为乳化剂的大豆蛋白饮料离心沉淀率最小，说明体系相对较稳定，即油酸单甘油酯的乳化效果较好。图5(B)表明，对于离心悬浮比，添加油酸单甘油酯和亚油酸单甘油酯的大豆蛋白饮料相差不大，其体系稳定性均优于添加硬酯酸单甘油酯的大豆蛋白饮料。图5(C)表明，添加油酸单甘油酯的大豆蛋白饮料的稳定性系数最高，即体系最稳定，而添加硬脂酸单甘油酯的大豆蛋白饮料稳定性相对较差。

由图5可以看出，添加脂肪酸单甘油酯作为乳化剂的大豆蛋白饮料，相对于空白样品来说稳定性得到了很大的提高。综合离心沉淀率、离心悬浮比及稳定性系数，添加3种单一乳化剂时，油酸单甘油酯和亚油酸单甘油酯的体系稳定性优于硬脂酸单甘油酯，其中油酸单甘油酯对于大豆蛋白饮料的乳化稳定效果最好。乳化剂添加量对于体系的稳定性影响不大，但是相对来说，乳化剂添加量为0.2%时，体系较稳定。

2.2.3 添加复合乳化剂对大豆蛋白饮料稳定性的影响

在实际应用中，通常是选择硬脂酸单甘油酯与蔗糖酯复配使用，通过上述的研究结果发现，不饱和脂肪酸单甘油酯的乳化效果优于硬脂酸单甘油酯，而油酸单甘油酯的乳化效果与亚油酸单甘油酯相当。本实验中选择的3种乳化剂的添加量对于大豆蛋白饮料的稳定性影响不大，从经济效益方面考虑，选择乳化剂总添加量为0.1%。综合考虑对于大豆蛋白饮料的稳定效果和成本，选择油酸单甘油酯与蔗糖酯进行复配使用，研究其对大豆蛋白饮料稳定性的影响。分别选用油酸单甘油酯与蔗糖酯质量比为1∶5、1∶2、1∶1、2∶1和5∶1作为乳化剂，按照1.2.2方法制备大豆蛋白饮料，用稳定性分析仪测试其稳定性，结果如图6所示。

图6 不同油酸单甘油酯与蔗糖酯质量比对大豆蛋白饮料稳定性的影响

脂肪酸单甘油酯为亲油性乳化剂，蔗糖酯的亲水性较强，两者按一定比例复配作为植物蛋白饮料的复合乳化剂，可在油水界面上吸附形成复合界面膜，定向排列紧密，从而可以很好地防止聚结，增加分散体系的稳定性[22]。从图6(A)可以看出，样品底部的背散射光变化值(测试时间24 h)随着油酸单甘油酯比例的增加而增大，即底部沉淀现象更明显，而样品顶部的背散射光变化值油酸单甘油酯与蔗糖酯质量比为1∶1和2∶1时较小，说明体系较稳定。从图6(B)可以看出，随着油酸单甘油酯比例的增加，体系的TSI值先减小后增大。与单独添加0.1%油酸单甘油酯的样品相比，TSI值在油酸单甘油酯与蔗糖酯质量比为1∶1和2∶1时较小，即体系更稳定。从图6(C)可以看出，不同乳化剂复配比例的大豆蛋白饮料的平均粒径均小于单独添加0.1%油酸单甘油酯的样品(约1.6 μm)，说明油酸单甘油酯与蔗糖酯复配可以降低分散相的平均粒径，达到增加体系稳定性的目的。

另外，采用离心分析法对于大豆蛋白饮料的稳定性指标，包括离心沉淀率、离心悬浮比、稳定性系数也进行了研究，结果如图7所示。

图7 添加复合乳化剂的大豆蛋白饮料的稳定性系数、离心悬浮比、离心沉淀率

从图7可以看出，离心悬浮比、稳定性系数随着油酸单甘油酯比例的增加先增大后减小，离心沉淀率先减小后增大，即大豆蛋白饮料的稳定性随着油酸单甘油酯比例的增加先增大后减小，这与多重光光散射法的稳定性动力学指数(TSI值)变化趋势一致。当油酸单甘油酯与蔗糖酯质量比为1∶1时，大豆蛋白饮料的稳定性最好，且优于添加单一乳化剂的乳化稳定效果。

3 结 论

不饱和脂肪酸单甘油酯的乳化性能随着水相比例的增加先增大后减小，最佳油水比为1∶8；油水比相同时，脂肪酸单甘油酯的乳化性能随着添加量的增加而增大，乳化剂添加量为1.5%之后乳化性能变化不大；不饱和脂肪酸单甘油酯的乳化性能优于硬脂酸单甘油酯。

将脂肪酸单甘油酯作为乳化剂应用于大豆蛋白饮料，研究其对大豆蛋白饮料稳定性的影响。添加单一乳化剂时，油酸单甘油酯及亚油酸单甘油酯的乳化稳定效果优于硬脂酸单甘油酯，乳化剂添加量对于大豆蛋白饮料的稳定性影响不明显。将油酸单甘油酯与植物蛋白饮料中常用的乳化剂蔗糖酯复配使用，质量比为1∶1和2∶1时，大豆蛋白饮料分散体系的稳定性较好，且优于单独添加油酸单甘油酯的大豆蛋白饮料稳定性。不饱和脂肪酸单甘油酯应用于大豆蛋白饮料，乳化稳定效果好，兼具保健功能，具有良好的应用前景，但是其乳化稳定机理还有待进一步研究。