大豆蛋白稳定乳液油凝胶的制备及其在肉糜中的应用

王卉，邵东旭，陈献达

（海南热带海洋学院食品科学与工程学院，海南三亚 572022）

乳液油凝胶为油相比例较高的乳液，通过加入凝胶颗粒作为稳定剂，经过一定的加工，形成高黏度、凝胶状的乳液，也称为Pickering 乳液凝胶[1⁃3]。相对于传统乳液而言，Pickering 乳液有着很大的优势。传统乳液会添加表面活性分子附着在乳滴的表面层上，乳液不太稳定，且长时间储存会出现絮凝分层现象。而Pickering 乳液是将纳米凝胶颗粒物附着在乳滴表面，产生一层紧密的表面膜，将乳滴与乳滴之间排开，阻隔乳滴间的聚集，使得乳液的稳定性能大大提升[4⁃5]。Pickering 乳液的稳定性能非常突出，其中多糖基颗粒和蛋白基颗粒稳定的乳液宜添加在食品加工生产中，其具有制备方法简单，生产成本较低，绿色健康环保等优点[6⁃7]。乳液油凝胶可代替起酥油和人造奶油，饱和脂肪酸和反式脂肪酸的含量低，有一定的可塑性，对提升食品品质、改善风味、易于生产储藏和提高营养价值等方面起到重要的作用，具有较大的发展潜能[8⁃9]。目前已有将乳液油凝胶应用在鸡肉肠、蛋糕和方便面中的研究[10⁃11]。大豆蛋白是全球产量较高的植物蛋白之一，大豆蛋白聚集体表现出良好的乳化性、溶解性和凝胶性等表面活性性质，可用于稳定Pickering 乳液[12⁃13]。刘洋[14]通过加热得到大豆蛋白凝胶颗粒，并将其用作稳定剂制备Pickering 乳液，研究表明大豆蛋白凝胶颗粒稳定的乳液在低油相体积分数下即可表现出弹性性质。Liu 等[15]通过Ca2+诱导大豆蛋白聚集后与戊二醛交联形成纳米颗粒并制备了Pickering 乳液，结果表明，大豆蛋白颗粒在Pickering 乳液中具有稳定剂的作用。

本研究制备了大豆蛋白颗粒稳定葵花籽油的乳液油凝胶，研究不同制备条件对乳液油凝胶稳定性的影响，并探讨乳液油凝胶替代动物脂肪对肉糜性能的影响，以期为优化肉糜制品配方成分提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大豆分离蛋白：临沂山松生物制品有限公司；葵花籽油、猪里脊（瘦肉）、猪肥肉：市售；氢氧化钠、盐酸、氯化钠、氯化钾（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

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；Malvern 3000 马尔文激光粒度仪：英国Mal⁃vern 公司；MCR92 流变仪：安东帕（上海）商贸有限公司；B302 生光学显微镜：重庆奥特光学仪器有限责任公司；SQP 分析天平：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；BHS⁃2 数显恒温水浴锅：江阴市保利科研器械有限公司；LT⁃DBX 精密恒温箱：立德泰勀（上海）科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 大豆蛋白稳定的乳液油凝胶的制备

1.3.1.1 大豆蛋白分散液的制备

参照金银霜[16]的方法并稍作改进。在烧杯中称取大豆分离蛋白粉2 g，加入纯化水40 mL，浓度为5.0%，搅拌2 h，置于4 ℃下存放过夜。调节溶液的pH 值为7.0，在90 ℃水浴中加热20 min 并不断搅拌，冷却后形成大豆蛋白分散液。

1.3.1.2 不同载油量乳液的制备

将大豆蛋白分散液在纯化水中稀释至浓度1.0%，分别加入葵花籽油（载油量30%、40%、50%、60%、70%、80%），使用高速分散器以5 000 r/min 均质3 min后，于室温下放置。

1.3.1.3 不同大豆蛋白浓度乳液油凝胶的制备

将大豆蛋白分散液在纯化水中分别稀释至浓度1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，加入葵花籽油（载油量70%），使用高速分散器以5 000 r/min 均质3 min 后，于室温下放置。

1.3.2 热处理对乳液油凝胶的影响研究

将1.0% 浓度大豆蛋白稳定的乳液油凝胶置于80 ℃水浴锅中，分别加热0、15、30、45、60 min，冷却至室温后，观察乳液油凝胶的外观，测定乳液油凝胶的粒径并进行流变分析。

1.3.3 乳液油凝胶性质测定

1.3.3.1 光学显微镜观察

将1 滴乳液油凝胶置于载玻片上，盖好盖玻片，放在载物台上。采用光学显微镜观测乳液油凝胶的粒径、形状。

1.3.3.2 乳液粒径的测定

采用激光粒度仪测定乳液的粒径尺寸。取1 滴乳滴加入样品池，测定的分散相折光系数为1.456，连续相折光系数为1.333，测定体积平均直径D（4，3）和表面平均粒径D（3，2）。

1.3.3.3 乳析指数的测定

根据李慧娜[17]的方法，略有改动。将制备好的乳液油凝胶于室温下放置24 h 后，测量析出水层的高度h1和总的乳液油凝胶高度h2，乳析指数（R，%）计算公式如下。

R=h1/h2×100

1.3.3.4 流变分析

用流变仪表征乳液油凝胶的黏度、储能模量、损耗模量。设置温度为25 ℃，固定扫描频率1.0 Hz，设定剪切速率范围在0.1～100 s-1，测定表观黏度与剪切速率的关系。设定扫描频率范围在0.1～100 r/s，固定剪切应变为0.5%，测定动态黏弹性。

1.3.4 乳液油凝胶作为脂肪替代物在肉糜中的应用

1.3.4.1 肉糜的制作和配方

根据周扬等[18]的方法制作肉糜，稍作调整。

猪瘦肉的预处理（挑除肉眼可见的筋膜，切割肉块）→加入食盐，搅拌5 min→添加猪肥肉或乳液油凝胶（乳液油凝胶替代比例0%、25%、50%、75%、100%），料理机搅拌2 min→加入冷水，料理机搅拌3 min→水沸腾后上锅蒸40 min→冷却至室温，4 ℃储藏。

1.3.4.2 蒸煮得率的测定

将生肉糜称重后，在沸水锅里蒸熟。待40 min 后取出，放凉至室温，用滤纸轻轻擦干肉糜表面流出的水分，称重。蒸煮得率（Z，%）由生肉糜变成熟肉糜前后的质量百分比表示。

Z=m2/m1×100

式中：m1为生肉糜的质量，g；m2为熟肉糜的质量，g。

1.3.4.3 保水保油性的测定

参照李媛[19]的方法，称取5 g 左右的熟肉糜样品放入离心管中，以4 000 r/min 离心8 min。将离心后的样品置于100 ℃水浴中加热45 min，然后冷却到4 ℃。将离心管中样品排出的液体倒入预先称重的空瓶内，在80 ℃干燥6 h，取出冷却至室温。水分渗透率（S，%）及脂肪渗透率（F，%）的计算公式如下。

S=（m1-m2）/m3×100

F=（m2-m4）/m3×100

式中：m1为干燥前的质量，g；m2为干燥后的质量，g；m3为样品的质量，g；m4为空瓶的质量，g。

1.4 数据分析

采用Excel2020 软件进行绘图处理，SPSS19.0 软件进行数据处理，所有试验均进行3 次，数据均以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同载油量对乳液的影响

图1 和图2 分别为不同载油量乳液的外观照片和乳析指数。

图1 不同载油量乳液的外观Fig.1 Appearance of emulsions with different oil loads

图2 不同载油量乳液的乳析指数Fig.2 Emulsification indexes of emulsions with different oil loads

从图1 中可以看出，在载油量为30%～60%时，均有明显的水层析出，乳液的乳析指数较高，且随着载油量的增加，乳析指数逐渐降低，有更多的乳液形成，在载油量达到70% 时，乳液呈凝胶状态，未析出明显水层，油滴被包裹在大豆蛋白颗粒的凝胶网络结构中，这时乳析指数几乎接近0，乳液最为稳定。当载油量高达80%时，乳液静置6 h 后，发生破乳现象。这可能是因为在相同条件下，载油量越大，油水界面产生越多，因此当大豆蛋白颗粒含量一定时，如果载油量较低，大豆蛋白颗粒足以包裹油滴，油滴间不会相互聚结，载油量增大后，有更多的油滴产生，大豆蛋白颗粒包裹不了所有的液滴表面，导致没有吸附颗粒的油滴之间发生堆集，说明大豆蛋白凝胶颗粒不能承载油量等于或高于80%的乳液油凝胶。因此，将选择制备载油量70%的乳液油凝胶进行后续的试验。

表1 为不同载油量乳液的粒径。

表1 不同载油量乳液的粒径Table 1 Particle sizes of emulsions with different oil loads

由表1 可知，乳液的粒径随着载油量增加而升高，这可能是因为载油量增大后，单位面积上油滴表面吸附的颗粒数减少，蛋白颗粒吸附层的厚度变小，油滴间存在较强的排斥力，为使体系位于最低能量态，小油滴结聚成大油滴，在油滴聚集作用下，油滴的比表面积和粒径增大以保持乳液稳定[16]，所以增加载油量会增大乳滴的粒径。

2.2 不同大豆蛋白浓度对乳液油凝胶的影响

在载油量固定70%时，乳液油凝胶性质主要取决于在连续相中的大豆蛋白颗粒浓度。研究显示，当大豆蛋白浓度小于1%时，因连续相中蛋白颗粒较少，不能形成稳定的乳液油凝胶，乳液放置一定时间后油水分离；当大豆蛋白浓度大于等于1%时，有足够的蛋白颗粒连接成网络结构，从而形成稳定的乳液油凝胶，因此选择大豆蛋白浓度大于等于1%进行试验。表2 为载油量70% 下不同大豆蛋白浓度对乳液油凝胶粒径的影响。

表2 不同大豆蛋白浓度对乳液油凝胶粒径的影响Table 2 Particle sizes of emulsion oil gels prepared with soybean protein at different concentrations

如表2所示，乳液油凝胶的粒径随着大豆蛋白浓度的增加而略微变小，这可能是因为大豆蛋白达到一定浓度，能够进一步吸附油滴表面，形成了多层包裹，且能分散于凝胶网络的连续相中，阻止了油滴的聚集，因此乳滴的粒径较小，乳液油凝胶的稳定性进一步提高[17]。

2.3 乳液油凝胶热稳定性分析

图3 为在80 ℃加热不同时间的乳液油凝胶外观照片。

图3 不同加热时间乳液油凝胶的外观Fig.3 Appearance of emulsion oil gels heated for different timeperiods

从图3 中可以观察到，乳液油凝胶在80 ℃水浴中加热60 min 后，外观上未发生变化，没有明显分层和破乳现象，说明乳液油凝胶经过热处理后保持稳定，热耐受性较强。

图4 为在80 ℃加热不同时间的乳液油凝胶显微镜图像。

图4 乳液油凝胶不同加热时间的微观图像Fig.4 Microscopic images of emulsion oil gels heated for different time periods

由图4 可知，乳液油凝胶的液滴大小和分布并没有因为加热发生很大改变，与外观现象一致。

表3 为不同加热时间下乳液油凝胶的粒径。

表3 不同加热时间乳液油凝胶的粒径Table 3 Particle size of emulsion oil gel heated for different time periods

由表3 可知，乳液油滴在不同加热时间下粒径大小会产生变化，这主要是因为大豆蛋白大分子在加热过程中会逐渐展开，疏水基团暴露并吸附在油滴表面，增强了蛋白质的乳化效果；同时加热处理会使蛋白质颗粒碰撞加速，造成聚集，不能有效吸附到油滴表面。这两种因素使得乳滴粒径尺寸在不同加热时间下变化不一致。

2.4 乳液油凝胶在加热不同时间的流变分析

图5 为乳液油凝胶在加热不同时间的黏度随剪切速率变化曲线。

图5 不同加热时间乳液油凝胶的黏度Fig.5 Viscosity as a function of emulsion oil gel heated for differ⁃ent time periods

由图5 可知，乳液油凝胶的黏度随剪切速率的升高而下降，表现为非牛顿流体特征。经不同时间热处理的各乳液的黏度变化曲线相似，且黏度大小相差不大；在剪切速率0.1～100 s-1范围内都出现了剪切稀化行为，导致出现这种现象的原因可能是大豆蛋白凝胶网络在剪切力下遭到破坏，乳液油凝胶中的油滴发生分散[20]。

图6 和图7 分别为乳液油凝胶在加热不同时间的储能模量和损耗模量随角频率变化图，储能模量即为弹性模量，反映样品弹性的大小；损耗模量即为黏性模量，反映样品黏性大小。

图6 不同加热时间乳液油凝胶的储能模量Fig.6 Storage modulus as a function of emulsion oil gel heated for different time periods

图7 不同加热时间乳液油凝胶的损耗模量Fig.7 Loss modulus as a function of emulsion oil gel heated for different time periods

从图7 中可以看出，随着角频率的增大，不同加热时间下的乳液油凝胶的储能模量均比损耗模量高，表明乳液油凝胶主要是弹性为核心的凝胶网络构造[21]。经过加热45 min 处理的乳液油凝胶，储能模量和损耗模量较大，表现为在该温度下乳液的黏弹性较为突出稳定；当加热到60 min 时，储能模量和损耗模量均降低，导致这一现象发生的原因可能是随着加热时间的增加，大豆蛋白的空间构造产生转变，加速油滴之间的聚集，使得乳液油凝胶的黏弹性下降。

2.5 肉糜性能分析

2.5.1 蒸煮得率分析

图8 为肉糜蒸煮前后颜色变化与油脂损失。

图8 肉糜蒸煮前后的颜色变化与油脂损失Fig.8 Color change and oil loss of minced meat before and after cooking

如图8所示，当没有乳液油凝胶替代时，肉糜在蒸煮前颜色较深，由于乳液油凝胶是白色的，随着乳液油凝胶替代比例的增加，肉糜的颜色也渐渐变浅。肉糜经过蒸煮后，会有油脂和汁液的流出，当乳液油凝胶替代比例为0 时，油脂损失最大，随着替代比例的增加，油脂损失逐渐减少。当乳液油凝胶完全替代了猪肥肉时，经过蒸煮后，仅有透明液体状的汁液。

图9 为不同乳液油凝胶替代比例的肉糜蒸煮得率。

图9 不同乳液油凝胶替代比例的肉糜蒸煮得率Fig.9 Cooking yield of minced meat with different replacement ratios of animal fat by emulsion oil gel

如图9所示，肉糜蒸煮得率随乳液油凝胶替代比例的升高而提高，当乳液油凝胶替代比例为100%时，肉糜的蒸煮得率最高，达到87%。这主要是由于乳液油凝胶具有良好的热耐受性，在高温蒸煮的过程中，不会破乳造成油脂和汁液的损失。

2.5.2 保水保油性分析

图10 为不同乳液油凝胶替代比例的肉糜水分渗出率和油脂渗出率。

图10 不同乳液油凝胶替代比例的肉糜水分渗出率和油脂渗出率Fig.10 Water and oil leakage rates of minced meat with different replacement ratios of animal fat by emulsion oil gel

从图10 中可以看出，肉糜水分渗出率和油脂渗出率随着乳液油凝胶替代比例的增加而逐渐降低，当替代比例为0 时，渗出率最高；当乳液油凝胶完全替代猪油脂时，渗出率较低，肉糜的保水、保油效果得到改善。油脂渗出的主要原因是由于加热破坏了油水界面层，导致包裹在油滴中的脂肪球脱离出来，从而进一步凝聚。而乳液油凝胶中形成稳定的凝胶网络空间结构，蛋白质颗粒紧密的包裹在油水界面上，一定程度上防止脂肪向表面移动，有利于抑制油脂的渗出。同时大豆蛋白的水合性增强了肉糜的保水性能，乳液油凝胶良好的热耐受性也是使其能够增强猪肉糜保水、保油性能的重要原因之一[22]。

3 结论

本研究表明，大豆蛋白水溶液经热处理后形成凝胶颗粒分散液，以1.0% 浓度的大豆蛋白稳定的油凝胶，乳析指数随着载油量的增加而逐渐降低，在载油量达到70%时，乳液呈凝胶状态。乳液油凝胶的粒径随着大豆蛋白浓度的增加而略微变小，并且经80 ℃热处理后，乳滴粒径大小和分布随加热时间基本不变，显示良好的热稳定性。流变分析表明乳液油凝胶的黏度随剪切速率升高而下降，表现为非牛顿流体特征。经不同时间热处理的乳液黏度变化曲线相似，且黏度大小相差不大。不同加热时间下的乳液油凝胶的储能模量均比损耗模量高，表明乳液油凝胶主要是弹性为核心的凝胶网络构造，加热45 min 处理的乳液油凝胶黏弹性最为突出。将乳液油凝胶应用于肉糜中替代动物脂肪。肉糜经高温蒸煮后，肉糜蒸煮得率随替代比例的升高而提高，当乳液油凝胶完全替代猪油脂时，渗出率较低，肉糜的保水、保油效果得到改善，表明乳液油凝胶能形成稳定的凝胶网络空间结构，有利于抑制油脂的渗出。本研究为大豆蛋白稳定的乳液油凝胶作为肉糜制品的配方成分提供理论依据与数据参考。