界面組成對乳狀液填充大豆蛋白凝膠強度及持水性的影響

程宇　李歡　施海月　徐福兵　李霞

摘要：以凝膠持水性和強度為指標，考察不同pH值（4、5、6、不同NaCl濃度（50、200 mmol/L、不同乳化劑（大豆蛋白、酪蛋白、吐溫20對以超聲法[JP2]制備乳狀液為溶劑制備的乳狀液填充大豆蛋白熱誘導(dǎo)（95 ℃、30 min凝膠性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，在pH值為6條件下的凝膠強度和持水性高于pH值為4、5條件下的值。高濃度（50～200 mmol/LNaCl不利于提高凝膠強度和持水性。以大豆蛋白和酪蛋白為乳化劑的乳狀液填充凝膠強度比以水為溶劑制備的無填充凝膠（pH值為6、NaCl 濃度為50 mmol/L分別高047、176倍，而以吐溫20為乳化劑的乳化顆粒并不能提高填充凝膠強度和持水性?？梢?，環(huán)境因素（pH值和NaCl濃度和乳化劑對乳狀液填充凝膠持水性和強度都有影響?；钚匀榛w粒填充可以提高大豆蛋白凝膠的強度，這可能和乳化顆粒界面膜組成與凝膠網(wǎng)絡(luò)的分子相互作用有關(guān)。

關(guān)鍵詞：大豆蛋白凝膠；乳狀液；持水性；凝膠強度

中圖分類號：TS2011 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（201412-0296-03

乳狀液填充凝膠是一類包含乳狀液顆粒的凝膠，多存在于蛋白凝膠類食品中，如奶酪和乳化香腸[1]。乳狀液填充凝膠由于包含脂肪顆粒，不僅可以提高凝膠對脂溶性組分的包埋及承載能力，還可以在一定程度上改善蛋白凝膠的性質(zhì)，在新型凝膠類產(chǎn)品開發(fā)中有較好的應(yīng)用前景。影響乳狀液填充凝膠性質(zhì)的因素包括凝膠介質(zhì)、油脂比例、乳狀液顆粒穩(wěn)定性及大小、乳狀液乳化顆粒的界面組成等。國外對這一類凝膠的研究較多，一般以乳蛋白或肉蛋白形成的凝膠為主[1]，而以大豆蛋白凝膠為對象的研究則相對較少；國內(nèi)對乳狀液填充凝膠的研究不多，且多集中于肉蛋白凝膠中[2-4]。在國內(nèi)外的研究中，研究人員對乳狀液填充大豆蛋白凝膠的研究多是從流變性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)2個方面進行的[5-9]，而并未研究不同乳化劑制備的乳狀液對填充大豆蛋白凝膠強度的影響。因此，本研究以大豆蛋白凝膠為研究對象，選擇不同乳化劑制備的乳狀液作為大豆蛋白凝膠的填充劑，考察不同界面組成的乳化脂肪顆粒在不同環(huán)境條件（pH值和NaCl濃度下對大豆蛋白凝膠強度及持水性的影響，為開發(fā)基于大豆蛋白凝膠的新型食品提供一定的依據(jù)。

1材料與方法

11材料與儀器

大豆分離蛋白，益海嘉里蛋白公司，蛋白含量90%；酪蛋白，甘南州科瑞乳品開發(fā)有限公司，蛋白含量90%；福臨門大豆油，當?shù)爻匈徺I；其他試劑，上海國藥集團，分析純級；試驗用水為純水，自制。

pH計，梅特勒-托利多儀器（上海有限公司；WCR-8加熱制冷循環(huán)器，大韓科學株式會社；TDL-5-A離心機，上海安亭科學儀器廠；HG15A 高速乳化均質(zhì)機，大韓科學株式會社；BS-1200數(shù)控超聲波細胞破碎機，江蘇省昆山市超聲儀器有限公司；Leica DMI4000B熒光倒置顯微鏡，德國徠卡儀器有限公司；TA-XT2i型物性質(zhì)構(gòu)儀，英國 Stable Micro Systems 公司。

12試驗方法

121乳狀液的制備

分別采用大豆蛋白、酪蛋白以及吐溫 20為乳化劑制備相應(yīng)的乳狀液，乳狀液水相溶液包括1125 mg/mL 大豆蛋白溶液（含001 mol/L磷酸鹽緩沖液，pH值70、1125 mg/mL酪蛋白溶液（含001 mol/L磷酸鹽緩沖液，pH值70以及1125 mg/mL吐溫20溶液（含 001 mol/L 磷酸鹽緩沖液，pH值70。將10%大豆油和90%水相溶液用高速分散機在21 600 r/min下乳化2 min，再將乳狀液用超聲乳化1 min，得到不同乳化劑的乳狀液。

122乳狀液穩(wěn)定性的測定

利用離心手段結(jié)合濁度法測定乳狀液的穩(wěn)定性。在20 mL圓底離心管中加入 15 mL 乳狀液，在3 000 g下離心10 min，再在距離心管底部 1 cm 處取30 μL乳狀液于試管[15 mm（直徑×150 mm]中，在試管中加入5 mL 1 mg/mL 十二烷基硫酸鈉（SDS溶液，混勻，在500 nm處測定吸光度，濁度用500 nm波長處的吸光度表示。乳狀液穩(wěn)定性=Dt/D0×100%，式中D0和Dt分別表示剛配制好的乳化液（必須現(xiàn)配現(xiàn)測和離心10 min后的吸光度。

123乳狀液填充大豆蛋白凝膠的制備

以不同乳化劑制備得到的乳狀液為溶劑，在磁力攪拌下分散120 mg/mL大豆蛋白30 min，調(diào)pH值和NaCl濃度。取5 g分散好的大豆蛋白溶液于平底玻璃試管[165 mm（內(nèi)徑×50 mm]中，在真空干燥箱內(nèi)脫氣10 min后包覆1層鋁箔紙封口，并在95 ℃水浴中加熱30 min。取出加熱后的試管置于裝有碎冰的泡沫盒中迅速冷卻到室溫，然后在4 ℃條件下貯藏24 h后取出，在25 ℃下平衡2 h用于凝膠強度及持水性的測定。

124環(huán)境因素對乳狀液填充大豆蛋白凝膠的影響

考察不同pH值（4、5、6、不同NaCl 濃度（50、200 mmol/L對不同界面組成的乳狀液填充大豆蛋白凝膠持水性及強度的影響。

125凝膠持水性的測定

參照吳滿剛的方法，在離心管內(nèi)放入適量棉花后稱質(zhì)量，記為m1，然后將樣品裝入離心管在 3 000 g 離心5 min，離心后將樣品取出，再次稱取離心管及棉花的質(zhì)量，記為m2。持水性計算公式如下：

[J]持水率=（m1+5-m2/5×100%。

126凝膠強度的測定

采用物性質(zhì)構(gòu)儀測定大豆蛋白凝膠強度。選用直徑 10 mm 的圓柱狀平頭壓縮探頭，設(shè)定測前速度1 mm/s，測試速度05 mm/s，測后速度1 mm/s，下壓距離 5 mm，1次測定過程中探頭下壓2次，第1次壓縮時的最大峰值為硬度。endprint

127乳狀液微觀結(jié)構(gòu)的顯微鏡觀察

取2 μL乳狀液樣品滴在載玻片上，蓋上蓋玻片，并確保蓋玻片和載玻片中間沒有氣泡。將制備好的樣品放置在顯微鏡下觀察，找到有代表性的圖片后，用顯微鏡附帶的相機進行拍攝，在連接相機的電腦上記錄下拍攝的圖片。

128數(shù)據(jù)處理

本試驗2次重復(fù)，每次重復(fù)至少設(shè)置3個平行試驗。數(shù)據(jù)統(tǒng)計使用DPS中單因素試驗統(tǒng)計分析以及LSD法多重比較。

2結(jié)果與分析

21環(huán)境因素對乳狀液填充大豆蛋白凝膠持水性的影響

凝膠的持水性可在一定程度上反映食品的多汁性，是凝膠的重要性質(zhì)之一。由圖1可知，在pH值為6時，增加NaCl濃度就會降低乳狀液填充大豆蛋白凝膠的持水性。其中，當NaCl濃度為200 mmol/L時，以酪蛋白和吐溫20為乳化劑制備的乳狀液填充大豆蛋白凝膠的持水性分別比NaCl濃度為50 mmol/L時下降了246%和267%（P<005。這可能是由于NaCl濃度的提高對凝膠的致密性有一定的副作用[9]，從而導(dǎo)致凝膠持水性降低。當pH值為4、5時，同一乳化劑制備的乳狀液填充大豆蛋白凝膠在不同NaCl濃度時的持水性差異不顯著（P>005。在相同NaCl濃度條件下，不同乳化劑制備的乳狀液填充大豆蛋白凝膠在pH值相同時的持水性差異不顯著（P>005，大部分乳狀液填充大豆蛋白凝膠在偏中性（pH值為6條件下的持水性在一定程度上比偏酸性（pH值為4、5條件下的高。由于大豆蛋白的等電點在45左右，大豆蛋白的溶解度在pH值為4、5時較低。這可能影響了大豆蛋白凝膠的結(jié)構(gòu)，從而影響了凝膠的持水性。在pH值為6、NaCl濃度為50 mmol/L條件下，不同乳化劑制備的乳狀液填充大豆蛋白凝膠的持水性和以水為溶劑制備（對照的無填充大豆蛋白凝膠相比并沒有降低（圖2。

22pH值和NaCl濃度對乳狀液填充大豆蛋白凝膠強度的影響

和持水性一樣，凝膠強度也是凝膠的重要性質(zhì)之一，它和食[CM（25]品在口腔中的感官性質(zhì)（如咀嚼性等有一定的關(guān)聯(lián)性。[CM]

[F（W19][TPCY1tif][F]

[F（W11][TPCY2tif][F]

由圖3可知，和持水性的結(jié)果類似，pH值和NaCl濃度對乳液大豆蛋白凝膠強度有一定的影響。在pH值為6時，降低NaCl濃度可提高乳液大豆蛋白凝膠強度。當NaCl濃度為 50 mmol/L 時，以大豆蛋白、酪蛋白和吐溫20為乳化劑制備的乳狀液填充大豆蛋白凝膠的凝膠強度分別比濃度為 200 mmol/L 時的高649%、762%、363%（P<005。盡管NaCl濃度的提高可增加大豆蛋白中11S的溶解度[10]，且11S與凝膠的形成與強度有關(guān)，然而NaCl濃度的升高會破壞11S與7S之間的非共價作用，阻礙11S與7S形成大分子聚集體，從而導(dǎo)致蛋白凝膠強度的下降；同時，乳狀液填充蛋白凝膠中乳化顆粒的填充作用會顯著影響凝膠的性質(zhì)[1-2]。NaCl濃度的升高會壓縮乳化顆粒表面的雙電層，從而減弱乳化顆粒與凝膠網(wǎng)絡(luò)的相互作用，導(dǎo)致凝膠強度下降。以酪蛋白為乳化劑制備的乳液大豆蛋白凝膠在pH值為4時也得到了相似的結(jié)果，其在NaCl濃度為 50 mmol/L 時的凝膠強度比在 200 mmol/L 條件下高319倍。當pH值為4、5時，以大豆蛋白和吐溫20為乳化劑制備的乳狀液填充大豆蛋白凝膠強度在不同NaCl濃度時差異不顯著（P>005。當NaCl濃度為50 mmol/L時，以酪蛋白為乳化劑制備的乳狀液填充大豆蛋白凝膠強度在pH值為4、6時差異不顯著（P>005，因而對[CM（25]比pH值為6時的乳狀液填充大豆蛋白凝膠和以水為溶[CM]

[F（W19][TPCY3tif][F]

劑制備的無填充大豆蛋白凝膠強度，結(jié)果見圖4。結(jié)果表明，以大豆蛋白和酪蛋白為乳化劑制備的乳狀液填充大豆蛋白凝膠的凝膠強度均高于對照樣品（147、276倍，而以吐溫20為乳化劑的乳狀液填充大豆蛋白凝膠強度和對照樣品相比并沒有顯著提高。這與 McClements 等的研究結(jié)果[11]相似，大豆蛋白和酪蛋白得到的乳化顆粒為活性填充，可以通過界面與凝膠網(wǎng)絡(luò)中蛋白的鍵合作用以及凝膠網(wǎng)絡(luò)空間中乳化顆粒的力學支撐作用提高凝膠強度；而吐溫20得到的乳化顆粒為非活性填充，界面與凝膠網(wǎng)絡(luò)中蛋白無鍵合作用，且乳化顆粒的力學支撐作用不強，不能提高凝膠強度。

[F（W11][TPCY4tif][F]

23乳狀液的微觀結(jié)構(gòu)

由于在pH值6、NaCl濃度50 mmol/L條件下，各乳化劑制備得到的乳狀液填充凝膠的持水性和凝膠強度較好，因此分析這一條件下乳狀液的微觀結(jié)構(gòu)（圖5和穩(wěn)定性（圖6。[FL]

[F（W10][TPCY6tif；S+2mm][F]

[FL（22][F（W11][TPCY5tif][F]

從圖5、圖6可以看出，以吐溫20 制備得到的乳狀液中乳化顆粒比以大豆蛋白和酪蛋白制備的乳化顆粒小，根據(jù)斯托克方程，含水解馬鈴薯蛋白的乳狀液中乳化顆粒上浮速率下降，穩(wěn)定性提高，這與乳化穩(wěn)定性的結(jié)果相吻合。盡管小分子乳化劑吐溫20制備的乳狀液的物理穩(wěn)定性高于大分子，然而凝膠形成過程中并未觀察到破乳及油析出的相分離現(xiàn)象，因此乳狀液穩(wěn)定性對凝膠強度的影響較小。乳狀液中乳化顆粒尺寸的減小使顆粒的表面積增加，從而增加了乳化顆粒與凝膠網(wǎng)絡(luò)的接觸面積，然而以吐溫20為乳化劑的乳液蛋白凝膠并未表現(xiàn)出更好的凝膠強度?？梢?，吐溫20乳化顆粒的大小可能并不能完全支撐網(wǎng)絡(luò)的空間，從而降低了填充效果，使凝膠強度下降。對于吐溫20這一類與凝膠網(wǎng)絡(luò)化學作用較弱的非活性填充，合適的填充劑尺寸（乳化顆粒大小產(chǎn)生的物理支撐效果可能比較重要。而由大豆蛋白和酪蛋白得到的乳狀液中顆粒盡管較大，其界面上吸附的蛋白由于可以和凝膠網(wǎng)絡(luò)中的蛋白分子有物理及化學鍵合作用，其凝膠強度反而更好。而由大豆蛋白和酪蛋白得到的乳狀液中的顆粒大小相近，但是以酪蛋白為乳化劑得到的乳狀液填充蛋白凝膠強度比以大豆蛋白為乳化劑得到的乳狀液填充蛋白凝膠高088倍。這可能是由于乳化顆粒表面酪蛋白與大豆蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)有更好的鍵合作用。可見，對于活性填充，界面組成與凝膠網(wǎng)絡(luò)的鍵合作用比較重要。endprint

3結(jié)論

在pH值為6、NaCl濃度為50 mmol/L時， 以乳狀液為溶劑制備的凝膠持水性不低于以水為溶劑制備的凝膠。NaCl濃度過高（200 mmol/L不利于乳狀液凝膠持水性的增加，pH

[FL]

[H4D]

值為6時的乳狀液填充凝膠的持水率比pH值為4、5時的高。

在pH值為6、NaCl濃度為50 mmol/L時，以大豆蛋白和酪蛋白為乳化劑制備的乳狀液填充蛋白凝膠強度高于以水為溶劑制備的凝膠，以吐溫20為乳化劑制備的乳狀液填充蛋白凝膠強度與以水為溶劑制備的凝膠差異不顯著。NaCl濃度過高（200 mmol/L不利于凝膠強度的提高， 以酪蛋白為乳化劑制備的乳狀液填充大豆蛋白凝膠強度較高。

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