乳化劑穩(wěn)定乳液的機(jī)理及應(yīng)用研究進(jìn)展

王君文，韓 旭，李田甜，于國(guó)萍

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

乳液是一種液體以分散（分散相）的形式分散在另一種不相溶液體中（連續(xù)相）的分散體系[1]。簡(jiǎn)單乳液可以是水包油型或油包水型[2]。水包油型乳液是指油脂分散在水相中，其廣泛用于清潔、化妝品、制藥和食品工業(yè)，但由于乳液的熱力學(xué)不穩(wěn)定性，在貯藏過(guò)程中會(huì)發(fā)生分層，因此通常向乳液中加入乳化劑。食品工業(yè)中最常用的乳化劑類(lèi)型包括小分子表面活性劑、蛋白質(zhì)、多糖和磷脂?？紤]到表面活性劑的安全性，因此，更傾向于使用天然乳化劑[3-4]。本文綜述了水包油型乳液及其穩(wěn)定性，以及單一/復(fù)合乳化劑穩(wěn)定乳液的機(jī)理、應(yīng)用及其研究現(xiàn)狀，以期為食品級(jí)乳化劑在乳液中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 乳液及其穩(wěn)定性

“穩(wěn)定的乳液”是指乳液體系具有抵抗隨時(shí)間的延長(zhǎng)導(dǎo)致其性質(zhì)變化的能力[5]。乳液在日常生活（如食品、個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品和藥品）中有大量應(yīng)用。在許多應(yīng)用中，乳液穩(wěn)定性是學(xué)者們首要考慮和關(guān)注的最重要性質(zhì)之一。一些配制成的乳液具有非常長(zhǎng)的保質(zhì)期（例如化妝品），并且要在極端條件下（例如低溫、高溫、光照、振動(dòng)等）進(jìn)行測(cè)試[6]。乳液的穩(wěn)定性越高，耐受工藝條件的能力越強(qiáng)（例如泵送、萃取、過(guò)濾、擠出等）[7]。常規(guī)乳液是熱力學(xué)不穩(wěn)定的體系，由于各種物理化學(xué)作用（例如Ostwald熟化、絮凝、聚結(jié)和乳化等）使乳液被破壞而分層。乳化劑的類(lèi)型、濃度和油相或水相的組成等都會(huì)影響乳液的穩(wěn)定性和初始液滴大小[6]。

1.1 乳液的重力分離

在乳液的貯藏過(guò)程中，由于油相和水相密度的差異，油相趨于聚集而移動(dòng)到乳液的上層。當(dāng)水-油界面層相對(duì)較厚且致密時(shí)，乳液液滴的總體密度可能明顯高于油相的密度而使乳液分層[8]。通過(guò)降低液滴大小、降低油相與水相的密度差和增加分散介質(zhì)的黏度等都可以降低乳液分層的速率[9]。

1.2 乳液的絮凝

乳液絮凝是指乳液中液滴間相互吸引的作用（例如范德華力、疏水性和電荷的耗盡）大于相互排斥作用（如空間斥力和靜電斥力）時(shí)所發(fā)生的現(xiàn)象。在實(shí)際的食品乳液中，液滴（＞2 μm）越大，絮凝越快，此外，乳液分層還會(huì)促進(jìn)絮凝作用的發(fā)生。當(dāng)乳液中存在大分子乳化劑時(shí)，通過(guò)大分子的相互吸附作用發(fā)生橋接絮凝。橋接絮凝是一個(gè)非常復(fù)雜的現(xiàn)象，主要取決于體系中大分子物質(zhì)的大小、類(lèi)型和數(shù)量。此外絮凝的速率受環(huán)境、pH值和離子強(qiáng)度的影響，蛋白質(zhì)、多糖和水溶性表面活性劑間的相互作用也會(huì)影響乳液的穩(wěn)定性[10-11]。乳化劑是通過(guò)增加液滴間的斥力而增強(qiáng)乳液的絮凝穩(wěn)定性。

1.3 乳液的聚結(jié)

乳液聚結(jié)是指乳液中兩個(gè)或多個(gè)液滴彼此接近，并融合在一起形成更大的液滴[12-13]。即當(dāng)液滴之間相互作用的吸引力大于排斥力時(shí)，該過(guò)程開(kāi)始發(fā)生。并且當(dāng)液滴接觸時(shí)，油滴周?chē)慕缑鎸悠屏?。聚結(jié)伴隨著表面膜的破壞，這一過(guò)程是不可逆的。通常乳化劑的溶解性、pH值、鹽、乳化劑濃度、溫度等多種因素都會(huì)影響乳液的聚結(jié)穩(wěn)定性。

1.4 Ostwald熟化

Ostwald熟化發(fā)生在具有多分散液滴的乳濁液中，是由于小液滴單體的表面能、化學(xué)勢(shì)高于大液滴，因此液滴從小液滴擴(kuò)散到大液滴，進(jìn)而導(dǎo)致小顆粒消失和大顆粒變大[14-15]。表現(xiàn)為隨時(shí)間的延長(zhǎng)，較大液滴的生長(zhǎng)和較小液滴收縮，這是油分子通過(guò)中間連續(xù)相擴(kuò)散作用的結(jié)果[16]。該過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力是曲率效應(yīng)，與較大液滴相比，油分子在較小液滴附近的溶解度更高[17]。水包油乳液不穩(wěn)定的幾種形式見(jiàn)圖1。

圖1 水包油乳液由于各種物理化學(xué)作用變得不穩(wěn)定的現(xiàn)象Fig. 1 Unstable phenomena of water-in-oil emulsion due to various physicochemical actions

2 不同乳化劑的乳化機(jī)理

乳液體系是熱力學(xué)不穩(wěn)定的，是由被分散的油相和連續(xù)的水相組成。為了克服這個(gè)問(wèn)題，通常將乳化劑加入到動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定的水包油乳液中，所用的乳化劑類(lèi)型取決于所需的產(chǎn)品保質(zhì)期、穩(wěn)定性和功能性[18]。乳化劑的親水-親油平衡（hydrophilic-lipophilic balance，HLB）值在乳液穩(wěn)定性中起主導(dǎo)作用，其代表乳化劑對(duì)油相或水相的親和力。根據(jù)乳化劑的疏水性可以將其分類(lèi)，給出乳化劑結(jié)構(gòu)中存在的親水基團(tuán)與疏水基團(tuán)的比例。具有低HLB值（3～6）的乳化劑可用于穩(wěn)定油包水乳液，具有中等HLB值（7～9）的乳化劑可作為良好的潤(rùn)濕劑，具有高HLB值（8～18）的乳化劑可用于穩(wěn)定水包油乳液。HLB值低于3或高于18的分子具有低表面活性并且不能抑制液滴絮凝或聚結(jié)[19]。乳化劑通?？煞譃楹铣扇榛瘎┖吞烊蝗榛瘎?。雖然現(xiàn)已證明合成乳化劑（如小分子表面活性劑）在穩(wěn)定乳液方面非常有效，但對(duì)其安全性的擔(dān)憂(yōu)促使研究人員對(duì)天然乳化劑進(jìn)行探索。在食品和藥物乳液的制造中，經(jīng)常使用的合成乳化劑包括小分子表面活性劑等，而經(jīng)常使用的天然乳化劑包括磷脂、蛋白質(zhì)和多糖等。通常，乳液用于表面活性劑或兩親性聚合物的制備，使其在油-水界面處降低界面張力。乳化劑產(chǎn)生的靜電排斥和空間排斥是解釋液滴穩(wěn)定性的兩個(gè)主要機(jī)制。而油滴的尺寸分布是另一個(gè)重要因素，因?yàn)檩^大的油滴加劇了乳液的不穩(wěn)定性[1]。

2.1 合成乳化劑的乳化機(jī)理

表面活性劑可用作乳化劑以增加乳液的穩(wěn)定性。大多數(shù)用于食品工業(yè)的小分子表面活性劑是合成分子（如吐溫、司盤(pán)、甘油酯等）[8]。表面活性劑是在某些熱力學(xué)條件下傾向于自締合以形成膠束的化合物。這種自締合過(guò)程取決于表面活性劑的濃度，由單體和表面活性劑膠束之間的化學(xué)平衡決定。在不發(fā)生膠束化的熱力學(xué)條件下，表面活性劑具有強(qiáng)電解質(zhì)的行為；而在膠束化過(guò)程發(fā)生的條件下，由于表面活性劑分子之間存在的離解平衡，可以觀(guān)察到弱酸性行為，所述表面活性劑分子可以是游離態(tài)或形成膠束[20]。表面活性劑的類(lèi)型及其物理化學(xué)性質(zhì)（例如臨界膠束濃度、HLB值等）在乳液的穩(wěn)定中起非常重要的作用[6]。大部分小分子表面活性劑有典型的非極性的尾部和極性的頭部。乳液性質(zhì)高度依賴(lài)于表面活性劑的濃度和油的類(lèi)型。乳液形成較小顆粒是由于表面活性劑分子從油相到水相的運(yùn)動(dòng)受到較少限制。如果表面活性劑濃度過(guò)高，可能在界面處產(chǎn)生液晶，這限制了液滴的形成。此外，多余的表面活性劑可能導(dǎo)致液滴耗盡，從而形成更大的液滴[21]。

2.2 天然乳化劑的乳化機(jī)理

2.2.1 磷脂乳化機(jī)理

磷脂是一類(lèi)特殊的天然小分子表面活性劑，通常來(lái)源于植物、動(dòng)物或者微生物組織的細(xì)胞膜[22-24]。磷脂由甘油和磷酸基團(tuán)組成，通常磷酸基團(tuán)在立體有擇位次編排（stereos-pecifically numbering，sn）-3的位置，兩個(gè)脂肪酸鏈分別位于sn-1和sn-2的位置。脂肪酸鏈的相對(duì)位置、鏈長(zhǎng)和不飽和度的不同是由磷脂的生物來(lái)源決定的[25]。連接在酸基團(tuán)的官能團(tuán)性質(zhì)的顯著不同也是由磷脂來(lái)源決定的。作為乳化劑，磷脂的功能特性極大地取決于頭部基團(tuán)磷酸酯和附著于甘油骨架的尾部基團(tuán)特性。最常見(jiàn)的幾種頭部基團(tuán)不同的磷脂是卵磷脂、腦磷脂、磷脂酰甘油、磷脂酰肌醇、磷脂酰絲氨酸、磷脂酸。在用于覆蓋乳液液滴的各種表面活性劑中，磷脂由于其良好的生物相容性和許多生物學(xué)應(yīng)用功能，可能比簡(jiǎn)單的表面活性劑更有益[26]。磷脂的化學(xué)穩(wěn)定性取決于脂肪酸鏈的不飽和度，其會(huì)影響磷脂的氧化敏感性。雖然磷脂將油相與水相分離的界面區(qū)域僅占乳液總體積的一小部分，但它對(duì)乳液的物理化學(xué)和感官特性具有重要且直接的影響。Züge等[27]使用鱷梨果肉中的磷脂作為乳化劑制備乳液并測(cè)定乳液穩(wěn)定性，研究結(jié)果表明，磷脂濃度對(duì)于乳液穩(wěn)定性影響較大，添加鱷梨磷脂的乳液顯示出凝膠狀和強(qiáng)大的分子間作用力。因此，從鱷梨油中提取的磷脂可以形成乳液并保持其穩(wěn)定性。

2.2.2 蛋白質(zhì)乳化機(jī)理

蛋白質(zhì)通常在食品和制藥工業(yè)中用作穩(wěn)定水包油乳液中的乳化劑，這些天然聚合物具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：生物相容性、生物降解性、良好的兩親性和功能性。溶解性是蛋白質(zhì)最重要的功能特性之一，因?yàn)樗€可以影響其他功能特性[28]。很多食品級(jí)的蛋白質(zhì)都是雙親型分子，意味著它們可以在均質(zhì)化過(guò)程中吸附到液滴表面。由于吸附是通過(guò)其結(jié)構(gòu)中存在的疏水基團(tuán)發(fā)生的，因此在油-水界面處的吸附量和構(gòu)象取決于蛋白質(zhì)氨基酸組成[29]。在蛋白質(zhì)（如乳清蛋白、酪蛋白、卵蛋白、大豆蛋白等）的表面既有極性基團(tuán)又有非極性基團(tuán)。作為一種良好的乳化劑，蛋白質(zhì)表面極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)應(yīng)該是適當(dāng)平衡的，以產(chǎn)生良好的水溶性和表面活性。如果蛋白質(zhì)中的非極性基團(tuán)過(guò)多，它將不溶于水；但如果極性基團(tuán)過(guò)多，其表面活性就會(huì)較差[30-31]。此外，蛋白質(zhì)對(duì)環(huán)境應(yīng)力（如酸堿性、離子強(qiáng)度和溫度）高度敏感，這也會(huì)影響其對(duì)化合物的包封。在接近蛋白質(zhì)等電點(diǎn)和/或乳液中高鹽濃度的pH值下，蛋白質(zhì)吸附層的靜電排斥力降低，因此會(huì)發(fā)生聚結(jié)和絮凝[32]。此外，絮凝的發(fā)生也可因?yàn)榈鞍踪|(zhì)變性將液滴固定在一起[33]?，F(xiàn)已尋找到幾種策略來(lái)改善由酸堿性或離子強(qiáng)度而導(dǎo)致蛋白質(zhì)穩(wěn)定乳液液滴絮凝的行為：1）向乳液體系中加入多價(jià)抗衡離子，如Ca2+、Fe2+或Fe3+；2）向蛋白質(zhì)穩(wěn)定的乳液中加入離子型表面活性劑，改變液滴Zeta-電位的pH值依賴(lài)性，從而改變pH值的范圍，使乳液對(duì)絮凝穩(wěn)定；3）將帶電荷的生物聚合物添加到帶相反電荷的蛋白質(zhì)穩(wěn)定的乳液中，以增加其對(duì)環(huán)境壓力的物理穩(wěn)定性[3,34]。

2.2.3 多糖乳化機(jī)理

天然多糖是一類(lèi)廣泛用于生產(chǎn)乳液的生物聚合物，由于它們具有廣泛的可用性、良好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性，已被廣泛用于食品中，以提供連續(xù)相的黏度，改變質(zhì)地屬性和流變性質(zhì)，進(jìn)而穩(wěn)定乳液和懸浮液。許多作為食品添加劑的多糖是高度親水分子，表面活性差，因此不適于作為乳化劑。然而，許多天然或改性多糖的親水鏈上連接了疏水基團(tuán)，這使它們具有兩親性，如阿拉伯膠、改性淀粉、改性纖維素和甜菜果膠等[35]。由于陰離子官能團(tuán)的存在，最常用的表面活性多糖在很大的pH值范圍內(nèi)都具有負(fù)電荷，這些官能團(tuán)包括羧酸基團(tuán)、磷酸酯基團(tuán)或者硫酸酯基團(tuán)[8]。過(guò)往研究表明，將多糖作為第二穩(wěn)定劑引入水相可以顯著提高乳液的穩(wěn)定性。多糖通?？梢酝ㄟ^(guò)形成多糖-蛋白質(zhì)雙層界面改變?nèi)橐旱慕缑?、流變學(xué)或凝膠化性質(zhì)，多糖還可以顯著增強(qiáng)由蛋白質(zhì)穩(wěn)定的乳液穩(wěn)定性[36]。此外，多糖可在水相中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這可通過(guò)空間位阻限制油滴的流動(dòng)性，從而改善乳液的乳化穩(wěn)定性[37]。上述的這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在水相中還可能潛在地影響乳液液滴的消化速率，以及與酶的結(jié)合和相互作用過(guò)程，并因此影響所包封生物活性營(yíng)養(yǎng)素的釋放[38]。

2.3 復(fù)合乳化劑乳化機(jī)理

乳化劑在生產(chǎn)基于乳液的商品中通常有兩個(gè)重要作用：1）促進(jìn)乳液形成；2）提高乳液穩(wěn)定性[8]。但單一的天然乳化劑也有缺點(diǎn)：對(duì)于磷脂來(lái)說(shuō)，存在純度和穩(wěn)定性的問(wèn)題，特別是用于藥物乳液制劑時(shí)；對(duì)于蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)，它們對(duì)酸性環(huán)境和高溫的敏感性使得其不適用于摻入食品中的乳液，且蛋白質(zhì)分子在油滴周?chē)纬傻慕缑嫠采w厚度通常不夠，不足以為乳液提供長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性，難以滿(mǎn)足乳液穩(wěn)定的需求[39]。此外，蛋白質(zhì)也可能對(duì)健康有害，已證明有人在食用蛋白時(shí)發(fā)生過(guò)敏反應(yīng)[40-41]。相反，多糖通常是無(wú)毒的，并且可廣泛獲得，在較寬范圍的溫度和pH值條件下是穩(wěn)定的。盡管多糖具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，但由于其缺乏表面活性而未被廣泛使用。事實(shí)上，許多科學(xué)家認(rèn)為，多糖不適合用作制造水包油乳液的唯一乳化劑，因?yàn)槎嗵遣粫?huì)主動(dòng)吸附在油-水界面上[4]。因此，將不同乳化劑復(fù)合使用便成為熱點(diǎn)，如將兩種生物聚合物或兩種表面活性劑復(fù)合，或?qū)⑸锞酆衔锖捅砻婊钚詣?fù)合，由于兩種物質(zhì)的相互作用而使穩(wěn)定乳液的效果大大提高。

2.3.1 復(fù)合乳化劑乳化的油滴之間的作用力

在一般的商業(yè)產(chǎn)品中很少使用到兩種表面活性劑作為乳化劑，原則上，當(dāng)兩種表面活性劑混合在一起時(shí)，它們可能以?xún)煞N彼此不相互作用的表面活性劑單體或膠束的形式存在[42]。當(dāng)表面活性劑與生物聚合物混合作為乳化劑時(shí)，如果兩者之間沒(méi)有較強(qiáng)的吸引力，那么它們的存在類(lèi)似于將其單獨(dú)分散在乳液中，即表面活性劑以單獨(dú)的膠束形式存在，而生物聚合物作為單獨(dú)的分子或簇的形式存在。由于作為乳化劑的生物聚合物的表面具有非極性區(qū)域的兩親分子，因此該生物聚合物可以通過(guò)疏水相互作用與表面活性劑結(jié)合在一起[43-45]。此外，大多數(shù)作為乳化劑的生物聚合物具有電荷，因此也可以通過(guò)靜電相互作用使其與離子表面活性劑相互作用?，F(xiàn)已表明，離子表面活性劑吸附到蛋白質(zhì)涂層油滴表面，通過(guò)增強(qiáng)它們之間的靜電排斥來(lái)改善它們的絮凝穩(wěn)定性[46-47]；而非離子表面活性劑吸附到蛋白質(zhì)涂層油滴表面，則是通過(guò)增強(qiáng)它們之間的空間斥力來(lái)改善絮凝穩(wěn)定性[46]。當(dāng)兩種生物聚合物作為乳化劑時(shí)，如果它們都是中性物質(zhì)或兩者都具有強(qiáng)負(fù)電荷，它們?cè)谒芤褐谢旌显谝黄饡r(shí)可以彼此獨(dú)立地存在；如果它們之間有足夠強(qiáng)的吸引力，它們可能相互結(jié)合并形成可溶性或不溶性復(fù)合物[48-49]。但前者的存在比較少見(jiàn)，因?yàn)槿榛瘎┩ǔＪ蔷哂须姾傻膬捎H分子，因此，它們可以通過(guò)疏水或靜電相互作用彼此結(jié)合[50]。

此外，復(fù)合乳化劑的利用可能會(huì)增加液滴之間的斥力，從而提高乳液的絮凝穩(wěn)定性。該方法可在不同類(lèi)型的乳化劑之間形成強(qiáng)的吸引力，在界面處形成多層乳化劑，通過(guò)增加油滴之間的空間斥力或/和靜電排斥力來(lái)提高其穩(wěn)定性[51-54]。用一種類(lèi)型的乳化劑吸附到液滴表面，然后再用另一種類(lèi)型的乳化劑吸附到液滴表面，該過(guò)程可以重復(fù)多次以形成納米層壓界面層，其厚度、組成、電荷和環(huán)境響應(yīng)性可以針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行微調(diào)[55]。最常用的形成多層界面的方法是帶相反電荷的分子靜電沉積[3,53]。該方法已被廣泛用于改善含有蛋白質(zhì)包被油滴的水包油乳液的物理化學(xué)穩(wěn)定性。特別是乳液在高鹽、高溫、凍融循環(huán)和脫水期間、乳液pH值在等電點(diǎn)附近時(shí)，此方法能夠改善乳液的絮凝抵抗力[56-59]。

2.3.2 復(fù)合乳化劑的競(jìng)爭(zhēng)吸附

在食品乳液中使用混合乳化劑可能對(duì)乳液的形成和穩(wěn)定性產(chǎn)生有益或不利的影響。不同類(lèi)型乳化劑之間的競(jìng)爭(zhēng)在確定乳液界面層的組成和結(jié)構(gòu)時(shí)很重要[60-61]。低分子質(zhì)量表面活性劑在乳化液中的穩(wěn)定性要比蛋白質(zhì)高。大量研究表明，在含有蛋白包被液滴的水包油乳液中添加小分子表面活性劑可以完全或部分置換吸附的蛋白[8]。Jiang Jiang等[60]研究了不同乳化劑的界面競(jìng)爭(zhēng)性吸附，結(jié)果表明對(duì)于低分子質(zhì)量的乳化劑的樣品，由于與蛋白質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)性吸附較弱，添加HLB值較低的表面活性劑可提高其穩(wěn)定性，使更多的蛋白質(zhì)保留在油-水界面上。隨著乳化劑HLB值的增加，界面蛋白的量逐漸減少，表明親水性表面活性劑的競(jìng)爭(zhēng)性吸附更強(qiáng)。蛋白質(zhì)在界面處的部分位移也會(huì)改變界面層的厚度。在通過(guò)表面活性劑和蛋白質(zhì)穩(wěn)定的乳液中，一定量的界面蛋白似乎有助于提高乳液的穩(wěn)定性，因?yàn)樗梢源_保液滴界面層的厚度以及油滴之間的靜電排斥力。

3 天然生物聚合物——蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合乳化劑的應(yīng)用

蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合乳化劑在某種程度上比單體表面活性劑具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)-多糖復(fù)合乳化劑具有多個(gè)吸附位點(diǎn)，可以同時(shí)固定在油-水界面上，在分散的液滴周?chē)纬绅椥员∧?，能夠改善其抵抗機(jī)械應(yīng)力的性質(zhì)，提高空間穩(wěn)定性[55]，以生產(chǎn)具有較好穩(wěn)定性和功能性的新型乳液體系。因此，蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合乳化劑在食品和制藥等領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。

3.1 蛋白質(zhì)和多糖復(fù)合物的形成方式

蛋白質(zhì)和多糖復(fù)合物的形成方式主要分為非共價(jià)結(jié)合和共價(jià)結(jié)合。兩種類(lèi)型的復(fù)合物是使吸附在分散液滴的油-水界面上的蛋白質(zhì)與多糖相互作用，以增加穩(wěn)定層的厚度。

3.1.1 復(fù)合物的非共價(jià)結(jié)合

當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)和多糖在溶液中混合時(shí)，可以彼此相互作用或保持自由分散，這主要取決于它們的表面電性和溶劑的物理化學(xué)性質(zhì)，包括酸堿性和離子強(qiáng)度。非共價(jià)結(jié)合主要包括蛋白質(zhì)與多糖之間的靜電作用和其他弱相互作用（如范德華力、疏水相互作用、氫鍵作用等）。在蛋白質(zhì)和多糖分子攜帶相反電荷的條件下，兩種生物聚合物之間靜電吸引力的強(qiáng)度是控制界面吸附層性質(zhì)的關(guān)鍵因素。通常情況下，將蛋白質(zhì)與天然存在的陰離子多糖相互作用：當(dāng)反應(yīng)體系pH值小于等電點(diǎn)時(shí)，帶正電的蛋白質(zhì)分子會(huì)與帶負(fù)電的多糖分子發(fā)生強(qiáng)烈的靜電吸附作用，從而產(chǎn)生強(qiáng)靜電復(fù)合物；當(dāng)反應(yīng)體系pH值大于等電點(diǎn)時(shí)，帶負(fù)電的蛋白質(zhì)分子會(huì)與同樣帶負(fù)電的多糖分子發(fā)生弱相互作用，產(chǎn)生弱可逆復(fù)合物。蛋白質(zhì)-多糖間弱相互作用是排斥還是吸引，取決于體系的酸堿性、離子強(qiáng)度以及蛋白質(zhì)與多糖的種類(lèi)差異（分子結(jié)構(gòu)、分子質(zhì)量及所帶電荷種類(lèi)）。而有一種情況較為特殊，即蛋白質(zhì)與唯一天然存在的陽(yáng)離子多糖殼聚糖反應(yīng)，在這種情況下，靜電相互作用將在pH值大于等電點(diǎn)時(shí)發(fā)生[55,62]。

圖2 蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物非共價(jià)結(jié)合的兩種途徑Fig. 2 Two pathways for noncovalent binding of protein-polysaccharide complexes

蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物的非共價(jià)結(jié)合有兩種不同的形成途徑（圖2），一種是使用逐層技術(shù)，使蛋白質(zhì)在初級(jí)乳液液滴上形成第一層吸附層，隨后將多糖分散體加入到系統(tǒng)中以形成復(fù)合多糖外層（圖2A）；另一種則是在沒(méi)有油相的情況下，兩種生物聚合物（蛋白質(zhì)-多糖）首先絡(luò)合，在該過(guò)程結(jié)束后加入油相，然后產(chǎn)生混合乳液（圖2B）。盡管已經(jīng)有研究表明，用可溶性酪蛋白酸鈉-硫酸葡聚糖復(fù)合物制備的混合乳液的穩(wěn)定性大于用兩步法制備的雙層乳液的穩(wěn)定性，但是在工業(yè)生產(chǎn)中，逐層法是最常用的方法[63]。

3.1.2 復(fù)合物的共價(jià)結(jié)合

蛋白質(zhì)與多糖之間的共價(jià)結(jié)合發(fā)生在美拉德反應(yīng)的初始階段，即蛋白質(zhì)分子中氨基酸側(cè)鏈的氨基與多糖還原性末端的羰基之間縮合形成Schiff堿化合物并進(jìn)行Amadori重排，形成的共價(jià)鍵使二者發(fā)生交聯(lián)，進(jìn)而形成蛋白質(zhì)-多糖共價(jià)復(fù)合物[57]。美拉德反應(yīng)是提高蛋白質(zhì)功能特性的有效方法，該反應(yīng)不僅可以保留多糖的原始特性，還可以為蛋白質(zhì)創(chuàng)造新的功能特性[64]。大量的證據(jù)表明，與非共價(jià)結(jié)合相比，共價(jià)結(jié)合形成的蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物是一種有望改善蛋白質(zhì)功能特性的方法[65]。通過(guò)美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物已經(jīng)被證明，即使在應(yīng)力條件下也能穩(wěn)定水包油乳液。蛋白質(zhì)-多糖共價(jià)復(fù)合物的多種功能性都得到明顯改善，包括溶解性、乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性、保水性、熱穩(wěn)定性、抗氧化性等。事實(shí)上，最明顯改善蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物乳化性的原因是多糖鏈分子質(zhì)量的增加[55,62]。

3.2 蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合乳化劑乳化過(guò)程

多糖和蛋白質(zhì)在乳液中起不同的作用，通常蛋白質(zhì)作為乳化劑而多糖作為穩(wěn)定劑。乳化劑能夠快速和大幅度地降低油-水界面的界面張力，使大量分散的小液滴形成大的界面面積。一旦產(chǎn)生細(xì)小的乳液，必須防止液滴的絮凝或聚結(jié)，使乳液獲得長(zhǎng)期穩(wěn)定性[54]。這可以通過(guò)添加穩(wěn)定劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。穩(wěn)定劑的性能基于空間位阻和靜電相互作用，短程的空間位阻對(duì)于防止聚結(jié)很重要，而相對(duì)遠(yuǎn)程的靜電相互作用則能有效阻止液滴絮凝。為了提供空間穩(wěn)定性，作為乳化劑的蛋白質(zhì)除了附著于油滴表面的疏水基團(tuán)外，油-水界面處的大分子結(jié)構(gòu)還呈現(xiàn)出大量的蛋白親水肽段，這些親水的肽段會(huì)從油滴表面伸出，以增加穩(wěn)定層的厚度[55]。同時(shí)，如果這種大分子結(jié)構(gòu)包含帶電基團(tuán)，那么這些帶電基團(tuán)將有助于增加靜電斥力以防止由于原乳液范德華力引起的相鄰液滴的聚結(jié)[55,66-67]。

Sriprablom等[68]在乳液中添加乳清分離蛋白（乳化劑）和黃原膠（穩(wěn)定劑），改善了乳液的物理和流變性質(zhì)，以及在更寬的酸堿性范圍和更高的離子強(qiáng)度條件下的穩(wěn)定性。也有研究表明，在pH 3.5時(shí)，陰離子多糖黃原膠的添加提高了被水解水稻谷蛋白包被的魚(yú)油水包油乳液的乳化穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性[69]。向大豆分離蛋白和豌豆分離蛋白中加入改性淀粉，解決了在蛋白質(zhì)等電點(diǎn)附近溶解度低的問(wèn)題，并且提供了良好的防止油滴氧化的保護(hù)功能[34]。對(duì)于那些不與蛋白質(zhì)形成復(fù)合物的非吸附性多糖，乳液流變學(xué)特性和穩(wěn)定性的機(jī)械控制來(lái)源于連續(xù)水相中的增稠和膠凝作用，以及通過(guò)耗盡絮凝產(chǎn)生聚集的乳液結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物越來(lái)越多地用于改善食品的穩(wěn)定性，增強(qiáng)食品質(zhì)地特性、生物活性化合物的微囊化以及其他潛在的應(yīng)用[55]。

4 結(jié) 語(yǔ)

相較于單一乳化劑，復(fù)合的天然乳化劑具有更優(yōu)良的性能。最常使用的二元復(fù)合天然乳化劑是多糖和蛋白質(zhì)的復(fù)合物。由于蛋白質(zhì)與多糖種類(lèi)十分豐富、作用方式各異、制備方法多樣、影響因素繁多、應(yīng)用范圍廣泛，形成的復(fù)合物也千差萬(wàn)別，仍需大量研究以獲得更加深入和完善的了解，如嘗試新種類(lèi)蛋白質(zhì)與多糖復(fù)合、對(duì)現(xiàn)有制備方法進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化、對(duì)新興的制備方法進(jìn)行探究、對(duì)影響因素的研究更加細(xì)化、進(jìn)一步擴(kuò)展應(yīng)用范圍等。通過(guò)對(duì)將復(fù)合物作為乳化劑應(yīng)用的探索，能夠增加乳化劑的定向用途，改善食物穩(wěn)定性，增強(qiáng)質(zhì)地特性。綜上，目前對(duì)復(fù)合反應(yīng)機(jī)理的探究還不透徹，反應(yīng)后復(fù)合物結(jié)構(gòu)變化與復(fù)合物功能性改善之間的關(guān)系還不明確，值得進(jìn)一步深入探索。