低分子质量大豆种皮果胶对大豆蛋白乳状液贮藏稳定性的影响

朱丹实，寇程程，刘 军，赵 丽，黄月惠，王胜男，刘 贺*

（1 渤海大学食品科学与工程学院 生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心 辽宁锦州121013 2 山东禹王生态食业有限公司 山东禹城251200）

大豆种皮是大豆制油的副产品，占整个大豆体积的10%，其中含有约86%的膳食纤维及碳水化合物，8.8%的粗蛋白质，1.2%的粗脂肪及其它微量成分[1]。采取酶碱结合法提取大豆种皮不溶性膳食纤维，得到的膳食纤维面包口感和保健作用较好[2]。此外，大豆种皮多糖还具有维护肠道菌群平衡和预防肠癌等功效[3]，是一种健康的膳食纤维添加剂。大豆种皮多糖结构中含有的疏水基团（如甲基、乙基等）与蛋白质结合，在油-水界面上表现出与小分子乳化剂相似的表面活性，具有较好的乳化性质[4]。大豆种皮多糖还具有良好的凝胶性、增稠性和稳定性，可作为凝胶剂、增稠剂、稳定剂等应用于食品、化工及医药领域[5-7]。

在蛋白质-多糖复合物稳定的乳液中，蛋白质分子会吸附在油水界面，而多糖与蛋白质多糖通过静电力、范德华力、氢键、疏水作用和分子缠绕等方式发生相互作用，包裹在油滴表面，形成层层沉积的界面膜结构，进而提高乳液的稳定性[8]。不同的结构多糖，油水界面上的吸附量差异显著，影响乳状液体系的稳定[9]。Garcia 等[10]发现，油水界面处不同多糖与蛋白相互作用的差异性对乳状液的稳定性影响显著。多糖分子质量对乳化效果的影响机制还不明确。

本研究以大豆种皮作为试验原料，制备大豆种皮果胶类多糖（Soybean hull pectin polysaccharides，SHPP），探索低分子质量大豆果胶类多糖（Low molecular weight soybean hull pectin polysaccharides，SHPP-LMW）对大豆蛋白乳状液稳定性及流变性质的影响，为研发大豆种皮多糖食品乳化剂提供理论依据，为扩大大豆资源开发和利用提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大豆种皮，锦州大豆皮经销公司；大豆分离蛋白，郑州瑞佳食品添加剂有限公司；其它试剂均为国产分析纯级。

1.2 仪器与设备

DHR-1 流变仪，美国TA 公司；BT-9300ST 激光粒度分布仪，丹东市百特仪器有限公司；FM-300 高剪切分散乳化机，上海弗鲁克流体机械制造有限公司；尼康80i 光学显微镜，北京瑞科中仪科技有限公司；OCA 15EC 视频光学接触角测量仪，德国DataPhysics 公司。

1.3 研究方法

1.3.1 低分子质量大豆种皮多糖的制备 称量100 g 大豆种皮，粉碎1 min，再过60 目筛后，加入1%乙醇溶液1 L，室温搅拌30 min，使用双层纱布过滤，将滤布上的残渣置于鼓风干燥箱中（65 ℃）烘干。取干燥后滤渣40 g，加入0.6%柠檬酸钠溶液800 mL 后进行微波处理 （85 ℃，320 W，20 min）。浓缩至原体积的1/3，调节pH 至4.0。用20 μm 微滤膜进行过滤。离心（3 500 r/min，15 min）。缓慢地加入双倍浓缩液质量的无水乙醇并不断搅拌，于4 ℃下放置40 min 后（促进果胶分子的聚集）离心（25 ℃，4 000 r/min，30 min）。将沉淀物放置65 ℃烘干，得到大豆种皮多糖（5 000＜低分子质量＜10 000）。

1.3.2 乳状液的制备 将大豆分离蛋白配制成1 g/100 mL 的水溶液，与大豆油混合，利用高速剪切机在3 000 r/min 下剪切2 min，制成初级乳状液。将SHPP 配制成一定浓度的水溶液，与初级乳状液混合（1∶1），并利用高速剪切机在3 000 r/min 下剪切2 min，最终使乳状液包含5%油，0.5%大豆分离蛋白和0～0.75% SHPP，制成的乳状液在4 ℃下储存[11]，第1，5，10，15，40 天取样测定乳状液性质。

1.3.3 界面张力的测定 采用视频光学接触角测量仪测定，在25 ℃下进行。用密度计精确测定乳状液密度，乳状液置于注射器内，随后挤出一滴固定体积的样品溶液至盛有油或空气的密封玻璃容器内，记录数据并用仪器自带软件处理。

1.3.4 粒径分布的测定 利用激光粒度分布仪测定乳状液的粒度分布情况，并记录表面积分数平均粒径（D3，2）及体积分数平均粒径（D4，3）。参数设定为：散射角度90°，激光波长633 nm，温度25℃，颗粒折射率1.47，颗粒吸收率0.001[12]；分散剂为水，分散剂折射率1.333。最常用的表示粒径大小的定义是：

式中ni和di分别为液滴数及液滴直径。

1.3.5 流变分析 稳态流变分析：采用DHR-1 流变仪测定，取1.5 mL 乳状液加在测试台上，于25℃条件下采用40 mm 平行板夹具，狭缝距离设置为0.5 mm，剪切速率0～200 s-1，检测样品流变特性[13]。为方便定量比较各样品流变性质，将采集到的数据利用牛顿幂律方程y=Kxn拟合，式中：y 为剪切应力，Pa；x 为剪切速率，s-1；K 为稠度系数，Pa.sn；n 为流动特性指数。

1.3.6 显微观察 将乳液滴于载玻片上，待均匀铺展后将盖玻片轻轻覆盖于乳液滴表面避免气泡产生，置于光学显微镜下（100 倍物镜×10 倍目镜）观察乳状液的形态[14]。

1.3.7 统计分析 试验数据平行测定3 次，结果均为3 次测定的均值表示，采用Orogin 8.5 软件作图，应用SPSS 19.0 软件对数据进行方差分析，差异显著性水平为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同浓度的SHPP 对乳状液界面张力的影响

乳状液是热力学不稳定体系，为使分散相分散，就要对它做功，所做功即以表面能形式贮存在油-水界面上，使体系的总能量增加[15]。因此，在分散度不变的前提下，为使乳化液的不稳定程度有所减少，必须降低油-水界面张力，加入乳化剂可以达此目的。本研究用悬滴法测定了添加大豆种皮多糖乳状液的界面张力，结果如图1所示。

图1 不同浓度的SHPP-LMW 对乳状液界面张力的影响（P＜0.05）Fig.1 Effect of different concentrations of SHPP-LMW on the interfacial tension of emulsion（P＜0.05）

由图1可知，由于SHPP-LMW 可吸附到油水界面，因此添加SHPP-LMW 可显著降低乳状液的界面张力（P＜0.05）。其中添加0.5% SHPP-LMW的乳状液的界面张力为（50.89±0.14）mN/m，具有最低的表面张力，表明适量添加SHPP-LMW 可增强乳状液的界面活性。其次添加0.25% SHPPLMW 和0.75% SHPP-LMW 的乳状液，界面张力分别为（52.23±0.57）mN/m 和（52.77±0.39）mN/m，不添加SHPP-LMW 的乳状液的界面张力较高，为（62.79±0.13）mN/m，与添加SHPP-LMW 的样品差异显著（P＜0.05）。许朵霞等[16]探讨乳清分离蛋白-甜菜果胶共价复合物的乳化稳定性质，表明共价复合物可降低界面张力，提高其乳化活性。对比添加0.5% SHPP-LMW 的乳状液的界面张力和添加0.75% SHPP-LMW 的乳状液的界面张力，随着乳状液浓度的提升，乳状液的界面张力也略有增加，界面张力越大，界面活力也就越大。然而添加0.25% SHPP-LMW 的乳状液与添加0.75% SHPPLMW 的乳状液的界面张力差异不显著（P＞0.05）。

2.2 乳状液贮藏过程中的粒径变化

乳状液粒度大小及其分布是决定其是否稳定的重要参数，可通过激光衍射法、动态光散射法和光学显微镜来测定乳状液的粒度分布情况[17]，液滴粒径越小，分布越集中，则乳状液越趋于稳定。

图2 SHPP-LMW/大豆蛋白乳液贮藏过程中粒径的变化Fig.2 Changes on particle sizes of SHPP-LMW/soy protein emulsion during storage

由图2可知，贮藏1 d 时，添加0.25%，0.5%SHPP-LMW 的乳状液呈现单峰，在10 μm 左右出现最高峰值，液滴粒径较小，粒度分布较集中，呈正态分布。而添加0.75% SHPP-LMW 的乳状液，在10，60 μm 左右呈现双峰，表明乳状液中有少量大颗粒的存在，与空白对照组相似。但空白对照组在60 μm 左右的峰值较高，表明含有相对较多的大颗粒。在贮藏5 d 时，添加0.25%，0.5%以及0.75% SHPP-LMW 的乳状液呈现双峰，在10 μm左右出现最高峰值，液滴粒径越小，粒度分布越集中，呈正态分布。在60 μm 左右出现第2 个峰值，但不明显。在贮藏10 d 时，添加0.25%，0.5%与0.75% SHPP-LMW 的乳状液均呈现双峰的现象，仍然在10 μm 左右出现最高峰值。在60 μm 左右呈现第2 峰值，表明乳状液中有大颗粒的存在。在贮藏15 d 时，添加0.75% SHPP-LMW 的乳状液呈现单峰，在2 μm 左右出现最高峰值。添加0.5%SHPP-LMW 的乳状液在2，10 μm 左右呈现双峰，而添加0.25% SHPP-LMW 的乳状液，在20，80 μm 左右呈现双峰。在贮藏40 d 时，添加0.25%，0.5%，0.75% SHPP-LMW 的乳状液均呈现双峰，但峰值略有不同。总体来看，贮藏初期乳状液液滴粒径较小，分布较集中，组间差异较小。随着贮藏时间的延长，乳状液粒度分布范围明显变大，并且粒度分布曲线整体向粒度较大的方向位移，可能是由于乳状液分层，油水分离导致。

表1 SHPP-LMW/大豆蛋白乳液贮藏过程中粒度参数变化Table 1 Changes on particle size parameter of SHPP-LMW/soy protein emulsion during storage

表1为SHPP-LMW/大豆蛋白乳液贮藏过程中的粒径变化，可知，随着乳状液贮藏时间的增加，中位径的值不断增大。其中，不添加SHPPLMW 的乳状液中位径较大，由10.13 μm 增长到14.64 μm，表明其平均颗粒较大，与粒径分布图结果一致。添加SHPP-LMW 的乳状液，中位径较小，其中添加0.5% SHPP-LMW 的乳状液中位径最小；随着乳状液贮藏时间的增加，D4，3值有增大的趋势；D3，2值的变化不随乳状液贮藏时间以及SHPP-LMW 浓度增加，D3，2值没有较大变化，基本稳定在4～5.5 之间。

2.3 乳状液贮藏过程中流变分析

影响乳状液流变学性质的因素包括：分散相的体积分数和黏度，液滴粒度大小、连续相的黏度及组成成分（极性、pH）、界面流变等[18]。增加乳状液的外相黏度，可减少液滴的扩散系数，并导致碰撞频率与聚结速率降低，有利于乳状液稳定。很多方法可以测定乳液的流变性质，最常用的是稳态流变、蠕变-回复试验及振荡流变。SHPP-LMW/大豆蛋白乳液的幂率模型参数变化见表2。

由表2可知，在所有样品中决定系数（R2）均接近于1，说明幂律模型回归具有很高的精密度。随着SHPP-LMW 添加量的增加，流动特性指数（n）变化不大，n 在1 左右，表明乳液流动行为更接近于理想状态的牛顿流体。贮藏1 d 时，随着SHPP-LMW 添加量的增加，稠度系数（K）显著增大（P＜0.05），即溶液变得越来越黏稠，说明多糖的添加对大豆蛋白乳状液的流动特性有显著的影响（P＜0.05）。随着乳状液贮藏周期的增大，流动特性指数（n）变化不大，表明乳液流动行为始终接近于理想状态的牛顿流体。同一多糖添加量的乳液稠度系数（K）随着贮藏周期的增大基本都呈现逐渐减小的趋势，即乳液黏稠度变得越来越低，说明贮藏时间对乳状液的流动特性有影响。

表2 SHPP-LMW/大豆蛋白乳液贮藏过程中流变幂律模型参数Table 2 Rheological power law model parameters of SHPP-LMW/soy protein emulsion during storage

2.4 乳状液贮藏过程中微观结构变化

图3为第1 天乳状液光学显微镜观测图。由图3可知，对照组乳状液颗粒较大，且大小分布不均匀，而添加SHPP-LMW 的乳状液较小，其中0.25%，0.5%的乳状液相较于0.75%的乳状液颗粒较小且分布均匀。随着贮藏时间的延长，在15，40 d，对照组的乳状液颗粒大小分布不均匀，且有小颗粒聚集成大颗粒的趋势。在第15 天（图4），添加0.75% SHPP-LMW 的乳状液出现了大颗粒的聚集，但0.5% SHPP-LMW 的乳状液颗粒大小无明显变化。由图5可知，与对照组乳状液颗粒相比较，添加0.5% SHPP-LMW 的乳状液颗粒分布仍较均匀。上述观测结果与粒径分析相一致，也验证了上述添加0.5%的SHPP-LMW 具有最低界面张力的结论。

3 结论

SHPP-LMW 的浓度对大豆蛋白乳状液的稳定性影响较大。添加SHPP-LMW 的大豆蛋白乳状液稠度系数增加，且D50，D4，3和D3，2相对较小；粒度分布比较均匀。添加0.5% SHPP-LMW 形成的乳状液，其界面张力较低，为（50.89±0.14）mN/m，黏度较大，粒度分布较均匀，且D50，D4，3和D3，2较小，同显微观察结果一致，乳状液颗粒较小，且随着贮藏时间的延长，乳状液变化较小，因此具有较高的贮藏稳定性。

图3 贮藏1 d 时大豆蛋白乳状液光学显微镜观测图（1 000×）Fig.3 Optical microscopy observation of soybean protein emulsion at 1 d storage （1 000×）

图4 贮藏15 d 时大豆蛋白乳状液光学显微镜观测图（1 000×）Fig.4 Optical microscopy observation of soybean protein emulsion at 15 d storage （1 000×）

图5 贮藏40 d 时大豆蛋白乳状液光学显微镜观测图（1 000×）Fig.5 Optical microscopy observation of soybean protein emulsion at 40 d storage （1 000×）