基于大豆酶解聚集體制備Pickering乳液凝膠及環(huán)境穩(wěn)定性分析

敬雪蓮，蔡勇建，陳碧芬，趙謀明，趙強(qiáng)忠

（華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510641）

固體顆粒不可逆地吸附在油水界面并形成具有空間位阻作用的界面層，以此類(lèi)顆粒及界面層穩(wěn)定的乳液為Pickering乳液。通過(guò)定向構(gòu)建中等潤(rùn)濕性Pickering粒子、調(diào)節(jié)油相體積分?jǐn)?shù)等手段可將Pickering乳液轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑囟üδ埽ㄈ缁钚晕镔|(zhì)輸送、固體脂肪替代）的乳液凝膠。因其可調(diào)控的兩親性、綠色安全、可食性等優(yōu)勢(shì)，植物蛋白已成為食品級(jí)Pickering粒子的主要來(lái)源，尤其以玉米蛋白、麥醇溶蛋白、豌豆蛋白等傳統(tǒng)植物蛋白構(gòu)建Pickering粒子的研究和應(yīng)用較多。但這些蛋白粒子制備的Pickering乳液在高鹽和酸性體系中易失穩(wěn)，這極大限制了該類(lèi)蛋白粒子在真實(shí)食品體系中的應(yīng)用。因此開(kāi)發(fā)新型穩(wěn)定的植物蛋白基Pickering粒子將有利于擴(kuò)展植物蛋白基粒子在真實(shí)食品體系中的應(yīng)用形式和應(yīng)用范圍。

大豆酶解渣是豆類(lèi)產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的主要副產(chǎn)物，主要是大豆蛋白經(jīng)酶法水解制備可溶性大豆肽時(shí)產(chǎn)生的不溶性聚集物，其產(chǎn)量高達(dá)40%。大豆酶解渣溶解性差，再加工難度大，多作為動(dòng)物飼料或被丟棄；但大豆酶解渣中蛋白質(zhì)含量高（80%以上），如能采用適當(dāng)方式對(duì)其加以利用，將可有效解決大豆酶解渣相關(guān)的環(huán)境污染與蛋白資源浪費(fèi)等問(wèn)題。近期研究發(fā)現(xiàn)，采用特殊處理方式加工大豆酶解渣，可得到乳化性等功能特性增強(qiáng)的大豆酶解聚集體（insoluble soy peptide aggregate，ISPA）。然而，目前鮮有采用ISPA制備Pickering乳液凝膠的報(bào)道，更是缺乏對(duì)其環(huán)境穩(wěn)定機(jī)制的探究?；诖?，本研究旨在探究ISPA作為Pickering粒子的潛力，在探索ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和油相體積分?jǐn)?shù)對(duì)Pickering乳液的粒徑、顯微結(jié)構(gòu)、流變學(xué)性質(zhì)影響基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析鹽離子濃度和酸性pH值對(duì)ISPA基Pickering乳液凝膠穩(wěn)定性的影響，為其在食品加工的應(yīng)用提供更多理論支持和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆酶解渣（蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)82.13%，干基計(jì)） 廣東華肽生物科技有限公司；尼羅藍(lán) 美國(guó)Sigma-Aldrich公司；疊氮鈉、氯化鈉、鹽酸及氫氧化鈉（均為分析純） 廣州精科化玻儀器公司；金龍魚(yú)大豆油市售；除特別指明，本實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。

1.2 儀器與設(shè)備

Ultra-Turrax T25高速剪切機(jī) 德國(guó)IKA公司；AHBASIC II高壓均質(zhì)機(jī) 加拿大ATS公司；Mastersizer 2000激光粒度分析儀 英國(guó)Malvern公司；CX31光學(xué)顯微鏡 日本Olympus公司；LSM880激光共聚焦顯微鏡 德國(guó)Leica公司；MARS III哈克旋轉(zhuǎn)流變儀 美國(guó)Thermo Fisher公司。

1.3 方法

1.3.1 大豆酶解聚集體的制備

將大豆酶解渣與去離子水以1∶10（g/mL）混合，50 ℃攪拌30 min，調(diào)pH值至10后繼續(xù)攪拌30 min，然后在50 MPa下均質(zhì)1 次，維持pH 10并在50 ℃攪拌90 min，冷卻至室溫（25 ℃）后調(diào)pH值至7，最后將分散液在4 ℃透析48 h，凍干后得ISPA（其油水三相接觸角為92.5°）。

1.3.2 大豆酶解聚集體基Pickering乳液及乳液凝膠的制備

1.3.2.1 乳液的制備

將ISPA 分散在去離子水中形成不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%和1.50%）的分散液，室溫（25 ℃）攪拌2 h后分別加入不同體積分?jǐn)?shù)（30%、40%、50%和60%）的大豆油，12 000 r/min高速剪切2 min后30 MPa均質(zhì)2 次，得到一系列不同ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和油相體積分?jǐn)?shù)的乳液。

1.3.2.2 乳液凝膠的制備

將ISPA分散在不同離子強(qiáng)度（0、50、100、200、500 mmol/L和1 000 mmol/L）的去離子水中形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.00%的分散液，室溫（25 ℃）攪拌2 h后加入體積分?jǐn)?shù)為60%的大豆油，12 000 r/min高速剪切2 min后30 MPa均質(zhì)2 次，得到一系列不同離子強(qiáng)度的乳液凝膠。

將ISPA分散在去離子水中形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.00%的分散液，將ISPA分散液pH值分別調(diào)至2、3、4、5、6和7，室溫（25 ℃）攪拌2 h后加入體積分?jǐn)?shù)為60%的大豆油，12 000 r/min高速剪切2 min后30 MPa均質(zhì)2 次，得到一系列不同pH值的乳液凝膠。

1.3.3 乳液及乳液凝膠粒徑測(cè)定

利用激光粒度分析儀測(cè)定乳液及乳液凝膠的粒徑。激光粒度分析儀的參數(shù)設(shè)定如下：分析模式為通用模式，樣品折射率1.414，樣品吸收率0.001，分散劑為純凈水，其折射率1.330，泵的轉(zhuǎn)速2 500 r/min，測(cè)定溫度25 ℃。體積平均直徑（）按下式計(jì)算：

式中：n為直徑為d的液滴數(shù)。

1.3.4 乳液及乳液凝膠顯微結(jié)構(gòu)和外觀形態(tài)觀察

1.3.4.1 乳液顯微結(jié)構(gòu)觀察

采用光學(xué)顯微鏡觀察乳液顯微結(jié)構(gòu)：取去離子水稀釋10 倍的乳液至載玻片上，蓋上蓋玻片后，利用光學(xué)顯微鏡觀察乳液的微觀結(jié)構(gòu)（目鏡×10，物鏡×40）。

1.3.4.2 乳液凝膠顯微結(jié)構(gòu)觀察

采用激光共聚焦顯微鏡觀察乳液凝膠顯微結(jié)構(gòu)：參照張會(huì)等的方法并稍作修改。將10 mg尼羅藍(lán)（在633 nm激發(fā)）分散在10 mL無(wú)水乙醇中以制備熒光染料溶液，染料溶液與乳液凝膠按質(zhì)量比1∶25進(jìn)行染色，然后將染色的乳液凝膠置于載玻片上，蓋上蓋玻片后，利用激光共聚焦顯微鏡在×40物鏡下觀察乳液凝膠并采集圖片。

1.3.4.3 乳液及乳液凝膠外觀形態(tài)觀察

取適量乳液及乳液凝膠于玻璃瓶中并對(duì)其進(jìn)行拍照，以觀察其外觀分層狀態(tài)。

1.3.5 乳液及乳液凝膠流變學(xué)性質(zhì)測(cè)定

1.3.5.1 乳液及乳液凝膠剪切黏度測(cè)定

利用HAAKE MARS III旋轉(zhuǎn)流變儀對(duì)乳液及乳液凝膠進(jìn)行剪切黏度測(cè)定，測(cè)定條件為：C60/1° TiL錐板轉(zhuǎn)子（直徑60 mm，間隙52 μm），溫度25 ℃，記錄剪切速率1～100 s范圍內(nèi)乳液及乳液凝膠黏度變化。

1.3.5.2 乳液及乳液凝膠動(dòng)態(tài)頻率掃描測(cè)定

參考Cai Yongjian等的方法并稍作修改。用配備P60 TiL平板轉(zhuǎn)子（直徑60 mm，間隙1 mm）的HAAKE MARS III旋轉(zhuǎn)流變儀對(duì)乳液及乳液凝膠進(jìn)行頻率掃描，測(cè)定溫度為25 ℃。首先測(cè)定乳液及乳液凝膠隨應(yīng)變變化（0.01%～100%）的儲(chǔ)能模量（storage modulus，′）和損耗模量（loss modulus，′′），確定乳液及乳液凝膠的線性黏彈區(qū)域。然后固定應(yīng)變?yōu)?.5%（線性黏彈區(qū)域內(nèi)），對(duì)乳液及乳液凝膠進(jìn)行頻率掃描（0.1～10 Hz）。

1.3.6 乳液凝膠穩(wěn)定性測(cè)定

1.3.6.1 乳液凝膠貯藏穩(wěn)定性測(cè)定

分別將不同NaCl濃度和不同酸性pH值的乳液凝膠（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.02%疊氮鈉）放置在室溫（25 ℃）下，測(cè)定貯藏90 d后乳液凝膠粒徑，測(cè)試方法見(jiàn)1.3.3節(jié)。

1.3.6.2 乳液凝膠加熱穩(wěn)定性測(cè)定

分別將不同NaCl濃度和不同酸性pH值的乳液凝膠在90 ℃加熱60 min后，冷卻至室溫（25 ℃），測(cè)定加熱后乳液凝膠粒徑，測(cè)試方法見(jiàn)1.3.3節(jié)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和油相體積分?jǐn)?shù)對(duì)乳液的影響

2.1.1 乳液的粒徑和顯微結(jié)構(gòu)

粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)和油相體積分?jǐn)?shù)是影響乳液制備與粒徑、流變學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性等性質(zhì)的主要因素。由表1可知，乳液的為5.59～66.81 μm。當(dāng)ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%時(shí)，隨著油相體積分?jǐn)?shù)增加而增大，當(dāng)ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.50%及以上時(shí)，逐漸減小。這是因?yàn)镮SPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%時(shí)，不足以穩(wěn)定30%及以上油相體積分?jǐn)?shù)的乳液，而在ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.50%及以上時(shí)，足夠的ISPA能更有效地吸附到油水界面以形成粒徑較小的乳液液滴。這與Pickering粒子濃度充足時(shí)可穩(wěn)定更大的油水界面，從而形成總表面積較大的小液滴的研究結(jié)果一致。另一方面，在相同油相體積分?jǐn)?shù)下，均隨ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而減小，這是因?yàn)檩^高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Pickering粒子可以穩(wěn)定更大的油水界面，而在油相體積分?jǐn)?shù)一定時(shí)，粒徑較小的乳液液滴具有更大的總表面積。

表1 不同ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和油相體積分?jǐn)?shù)下乳液的d4,3Table 1 d4,3 of emulsions with different ISPA mass fractions and oilphase volume fractions

由圖1可知，ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和油相體積分?jǐn)?shù)下，乳液粒徑分布均呈單峰分布。當(dāng)ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)（除0.25%）一定時(shí)，乳液液滴尺寸隨油相體積分?jǐn)?shù)增加而減小，在油相體積分?jǐn)?shù)一定時(shí)，乳液液滴尺寸隨ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而減小，這與表1中乳液的變化趨勢(shì)一致。另一方面，在油相體積分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，隨著ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，乳液液滴不斷聚集，但這種聚集現(xiàn)象隨油相體積分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增加而逐漸消失。這是因?yàn)樵诟逫SPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和低油相體積分?jǐn)?shù)的情況下，有限的油水界面上只能吸附部分ISPA，多余的ISPA分散至連續(xù)相中發(fā)生相互交聯(lián)，進(jìn)而引起乳液液滴聚集；當(dāng)油相體積分?jǐn)?shù)增加時(shí)，增加的油水界面可以吸附更多的ISPA，從而有效抑制了ISPA在連續(xù)相中的殘余甚至交聯(lián)現(xiàn)象。

圖1 不同ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和油相體積分?jǐn)?shù)下乳液的顯微結(jié)構(gòu)和粒徑分布Fig.1 Microstructure and particle size distribution of emulsions with different ISPA mass fractions and oil-phase volume fractions

2.1.2 乳液的流動(dòng)行為

乳液黏度對(duì)乳液穩(wěn)定性具有重要影響，一般而言，高黏度更有利于抵抗由于重力作用產(chǎn)生的乳液失穩(wěn)。由圖2可知，本研究中乳液黏度均隨著剪切速率增加而減小，呈剪切變稀特性，這是因?yàn)殡S著剪切速率的增加，單個(gè)液滴或液滴團(tuán)簇被破壞或形變，使乳液黏度降低。另一方面，由圖2也可明顯看出，在相同ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，乳液黏度隨著油相體積分?jǐn)?shù)增加而增加，且在相同油相體積分?jǐn)?shù)下，乳液黏度隨著ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加也逐漸增加。這是因?yàn)槿橐毫诫S著ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和油相體積分?jǐn)?shù)增加而減小，吸附在油滴表面的ISPA間相互作用因乳液液滴表面積增加而增強(qiáng)，這有利于阻礙乳液的流動(dòng)，導(dǎo)致乳液黏度增大。

圖2 不同ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和油相體積分?jǐn)?shù)下乳液的剪切黏度Fig.2 Viscosity versus shear rate curves of emulsions with different ISPA mass fractions and oil-phase volume fractions

2.1.3 乳液的黏彈性

通過(guò)調(diào)控油相體積分?jǐn)?shù)將Pickering乳液轉(zhuǎn)變?yōu)槿橐耗z是構(gòu)建Pickering乳液凝膠的有效手段，黏彈性是評(píng)價(jià)乳液凝膠性能的重要參數(shù)。由圖3可知，在0.1～10 Hz內(nèi)，本研究乳液′和″均隨頻率增加而略微增加且′大于″，表明所有乳液形成了以彈性主導(dǎo)的弱凝膠結(jié)構(gòu)。一方面，在相同ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，乳液′和″隨著油相體積分?jǐn)?shù)增加而增加，這是因?yàn)橛拖囿w積分?jǐn)?shù)越高，乳液液滴間距離越小而堆積密度越大，因此乳液的凝膠強(qiáng)度越高。另一方面，在相同油相體積分?jǐn)?shù)下，乳液′和″隨著ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增加，這一結(jié)果與蛋白顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液一致，蛋白顆粒包裹的油滴可以通過(guò)油水界面上吸附的蛋白顆粒和/或連續(xù)相中未吸附的蛋白顆粒間的相互作用而被納入凝膠網(wǎng)絡(luò)，蛋白顆粒濃度增加會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)此相互作用，導(dǎo)致Pickering乳液凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)。

圖3 不同ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和油相體積分?jǐn)?shù)下乳液的黏彈性Fig.3 Viscoelasticity of emulsions with different ISPA mass fractions and oil-phase volume fractions

2.1.4 乳液外觀

由圖4可知，當(dāng)ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%和0.50%時(shí)，所有油相體積分?jǐn)?shù)的乳液均出現(xiàn)分層現(xiàn)象，且ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%的乳液分層高度更高。當(dāng)ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.75%及以上時(shí)，所有乳液外觀均保持穩(wěn)定。另一方面，當(dāng)油相體積分?jǐn)?shù)為30%和40%時(shí)，裝在玻璃瓶中乳液的無(wú)法倒置不動(dòng)，而當(dāng)油相體積分?jǐn)?shù)為50%和60%時(shí)，所有ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乳液均可倒置保持靜止，這與乳液黏彈性結(jié)果一致，當(dāng)油相體積分?jǐn)?shù)為50%和60%時(shí)，乳液均在100 Pa以上，這表明此時(shí)乳液凝膠強(qiáng)度顯著增加，形成自支撐的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由此也可知乳液黏彈性主要由油相體積分?jǐn)?shù)決定，在油相體積分?jǐn)?shù)為30%和40%時(shí)，即使增加ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)也無(wú)法形成自支撐的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖4 不同ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和油相體積分?jǐn)?shù)下乳液外觀圖Fig.4 Appearance of emulsions with different ISPA mass fractions and oil-phase volume fractions

由以上研究結(jié)果可知，ISPA因其接觸角（92.5°）接近90°具有穩(wěn)定油水界面的能力，且通過(guò)調(diào)控ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和油相體積分?jǐn)?shù)可成功制備出具有自支撐的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和油相體積分?jǐn)?shù)分別為1.00%和60%時(shí)，即可制備出性質(zhì)良好的Pickering乳液凝膠，考慮到ISPA基Pickering乳液凝膠在真實(shí)食品體系中的應(yīng)用，進(jìn)一步探究環(huán)境應(yīng)力（離子強(qiáng)度、pH值）對(duì)其性質(zhì)的影響。

2.2 NaCl對(duì)Pickering乳液凝膠的影響

2.2.1 不同NaCl濃度下乳液凝膠的粒徑和顯微結(jié)構(gòu)

鹽離子對(duì)乳液性質(zhì)的影響會(huì)直接決定其在真實(shí)食品體系中的應(yīng)用，基于此，明晰離子強(qiáng)度對(duì)ISPA基Pickering乳液凝膠性質(zhì)的影響具有重要意義。由圖5A可知，在不同NaCl濃度下，Pickering乳液凝膠的粒徑分布均成單峰分布，且隨著NaCl濃度增加而逐漸減?。?.86～6.83 μm），當(dāng)NaCl濃度達(dá)500 mmol/L時(shí)，繼續(xù)增加NaCl濃度，未發(fā)生顯著變化。這表明ISPA基Pickering乳液凝膠在高NaCl濃度下仍可保持穩(wěn)定，這主要是因?yàn)辂}離子對(duì)ISPA產(chǎn)生了靜電屏蔽效應(yīng)，靜電斥力減弱促進(jìn)更多的ISPA吸附在油水界面上，增強(qiáng)了ISPA的乳化能力。

為探究NaCl濃度對(duì)Pickering乳液凝膠顯微結(jié)構(gòu)的影響，利用激光共聚焦顯微鏡觀察ISPA在乳液凝膠中的分布情況。由圖5B可知，在本研究NaCl濃度下，ISPA均可有效地吸附在油滴表面并形成界面膜和連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使乳液液滴仍呈緊密排列狀態(tài)，這表明ISPA穩(wěn)定Pickering乳液凝膠主要是空間位阻作用而非靜電斥力。另一方面，激光共聚焦顯微鏡圖中乳液液滴尺寸隨著NaCl濃度增加而降低，這與乳液凝膠的變化趨勢(shì)一致。這表明高鹽濃度不會(huì)影響ISPA在油水界面的吸附和乳液凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成。

圖5 不同NaCl濃度下Pickering乳液凝膠的粒徑分布及d4,3（A）和顯微結(jié)構(gòu)（B）Fig.5 Particle size distribution,d4,3 (A) and microstructure (B) of Pickering emulsion gels under different NaCl concentrations

2.2.2 不同NaCl濃度下乳液凝膠的流變學(xué)性質(zhì)

由圖6A可知，乳液凝膠黏度隨NaCl濃度增加而增加。這是因?yàn)樵诟逳aCl濃度下，ISPA間的相互作用因靜電斥力的屏蔽而增強(qiáng)，導(dǎo)致黏度增加；另一方面，由于乳液凝膠粒徑隨著NaCl濃度增加而減小，吸附在油滴表面的ISPA間相互作用因乳液液滴總表面積增大而增強(qiáng)，從而黏度增加。由圖6B可知，在0.1～10 Hz內(nèi)，不同NaCl濃度下，Pickering乳液凝膠的′和″均隨頻率增加而略微增加且′大于″，表明NaCl的添加不會(huì)影響ISPA基Pickering乳液凝膠以彈性主導(dǎo)的弱凝膠結(jié)構(gòu)特性。此外，乳液凝膠的′和″隨NaCl濃度增加而增加，這是因?yàn)楦啕}濃度下，ISPA間的靜電斥力由于鹽離子電荷屏蔽作用被屏蔽，這可增強(qiáng)吸附在油滴表面的ISPA間相互作用，促進(jìn)乳液液滴間更緊密的堆積，使形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)。

圖6 不同NaCl濃度下Pickering乳液凝膠的剪切黏度（A）和黏彈性（B）Fig.6 Shear viscosity (A) and viscoelasticity (B) of Pickering emulsion gels under different NaCl concentrations

2.2.3 不同NaCl濃度下乳液凝膠的貯藏穩(wěn)定性和加熱穩(wěn)定性

由圖7A可知，在不同NaCl濃度下，經(jīng)貯藏或加熱后的乳液凝膠均變化較??；由圖7B可知，所有NaCl濃度下的Pickering乳液凝膠在經(jīng)貯藏或加熱后其外觀均保持穩(wěn)定且可倒置，這表明ISPA基Pickering乳液凝膠具有良好穩(wěn)定性且NaCl的添加不會(huì)影響其穩(wěn)定性。這是因?yàn)樵诟鱊aCl濃度下，ISPA仍可有效地吸附在油水界面上，形成的界面層因空間位阻作用可阻止液滴聚結(jié)，此外，在各NaCl濃度下，Pickering乳液凝膠的黏度和黏彈性均增強(qiáng)，這可有效阻止乳液液滴自由移動(dòng)而增強(qiáng)其穩(wěn)定性。

圖7 不同NaCl濃度下Pickering乳液凝膠的貯藏穩(wěn)定性和加熱穩(wěn)定性Fig.7 Storage and heat stability of Pickering emulsion gels under different NaCl concentrations

2.3 酸性pH值對(duì)Pickering乳液凝膠的影響

2.3.1 不同酸性pH值下乳液凝膠的粒徑和顯微結(jié)構(gòu)

在真實(shí)食品體系中pH值也是重要參數(shù)，為進(jìn)一步明晰ISPA基Pickering乳液凝膠在真實(shí)食品體系中的應(yīng)用前景，探究酸性pH值下ISPA基Pickering乳液凝膠的性質(zhì)。由圖8A可知，在pH 2～7下，乳液凝膠在7.21～9.08 μm范圍內(nèi)，即使在低pH值下乳液凝膠仍較小且粒徑分布仍為單峰分布。這表明酸性環(huán)境下ISPA基Pickering乳液凝膠仍可保持穩(wěn)定，具有耐酸特性。

圖8 不同酸性pH值下Pickering乳液凝膠的粒徑分布及d4,3（A）和顯微結(jié)構(gòu)（B）Fig.8 Particle size distribution,d4,3 (A) and microstructure (B) of Pickering emulsion gels under different acidic pHs

為探究酸性pH值對(duì)Pickering乳液凝膠顯微結(jié)構(gòu)的影響，利用激光共聚焦顯微鏡觀察ISPA在乳液凝膠中的分布情況。如圖8B可知，不同pH值下，ISPA均可吸附在油滴表面并形成界面層，經(jīng)乳液液滴密集堆積最終形成致密的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)樗嵝詐H值下ISPA分子羧基質(zhì)子化使得靜電斥力減弱，從而增強(qiáng)了ISPA在油滴表面的吸附，這也表明ISPA穩(wěn)定Pickering乳液凝膠主要依賴(lài)于界面層的空間位阻作用而非靜電斥力作用。

2.3.2 不同酸性pH值下乳液凝膠的流變學(xué)性質(zhì)

由圖9A可知，與pH 7相比，所有酸性pH值下的乳液凝膠黏度均增加。這是因?yàn)樵谒嵝詐H值下，靜電斥力由于部分ISPA分子羧基質(zhì)子化減弱，使得ISPA在油水界面的吸附增強(qiáng)同時(shí)其在油水界面的交聯(lián)也增強(qiáng)，這些都可導(dǎo)致乳液凝膠黏度增加。如圖9B所示，在0.1～10 Hz內(nèi)，不同pH值下的Pickering乳液凝膠的′和″均隨頻率增加而略微增加，且′大于″，表明酸性pH值不會(huì)影響ISPA基Pickering乳液凝膠以彈性主導(dǎo)的弱凝膠結(jié)構(gòu)特性。另一方面，與pH 7相比，酸性pH值下Pickering乳液凝膠的′和″均增大，這主要是因?yàn)樗嵝詐H值下ISPA間的靜電斥力減弱，降低了ISPA向油水界面吸附的阻力同時(shí)增強(qiáng)了吸附在油滴表面的ISPA間相互作用，促進(jìn)更致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成。

圖9 不同酸性pH值下Pickering乳液凝膠的剪切黏度（A）和黏彈性（B）Fig.9 Shear viscosity (A) and viscoelasticity (B) of Pickering emulsion gels under different acidic pHs

2.3.3 不同酸性pH值下乳液凝膠的貯藏穩(wěn)定性和加熱穩(wěn)定性

由圖10A可知，不同pH值下的Pickering乳液凝膠在貯藏或加熱后乳液凝膠變化較小。由圖10B可知，所有pH值下的Pickering乳液凝膠在經(jīng)貯藏或加熱后，其外觀仍保持穩(wěn)定且仍可倒置。這表明酸性pH值不會(huì)影響ISPA基Pickering乳液凝膠的貯藏穩(wěn)定性和加熱穩(wěn)定性，這是因?yàn)镮SPA基Pickering乳液凝膠在酸性pH值下具有更高的黏度和更強(qiáng)的凝膠強(qiáng)度，這可有效阻止乳液液滴自由移動(dòng)和聚結(jié)，因此乳液凝膠在酸性pH值下具有高穩(wěn)定性。

圖10 不同酸性pH值下Pickering乳液凝膠的貯藏穩(wěn)定性和加熱穩(wěn)定性Fig.10 Storage and heat stability of Pickering emulsion gels under different acidic pHs

通過(guò)探究NaCl濃度和酸性pH值對(duì)ISPA基Pickering乳液凝膠性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)ISPA基Pickering乳液凝膠在高鹽或低pH值下仍可形成更致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這也進(jìn)一步表明ISPA不可逆地吸附在油水界面，形成的界面層產(chǎn)生的空間位阻作用是其穩(wěn)定Pickering乳液凝膠的主要機(jī)制。因此，即使在高鹽或低pH值下，ISPA基Pickering凝膠仍具有高貯藏穩(wěn)定性和加熱穩(wěn)定性。這一研究明晰了ISPA基Pickering乳液凝膠在高鹽或低pH值下具有高穩(wěn)定性的機(jī)理，為ISPA基Pickering乳液凝膠在食品加工中的應(yīng)用提供參考。

2.4 ISPA基Pickering乳液凝膠穩(wěn)定機(jī)理分析

由圖11可知，ISPA作為Pickering粒子吸附在油滴表面形成界面層以穩(wěn)定乳液，而通過(guò)調(diào)控油相體積分?jǐn)?shù)可將Pickering乳液轉(zhuǎn)變?yōu)槿橐耗z，在低油相體積分?jǐn)?shù)下，乳液液滴因吸附在表面的ISPA分子間靜電斥力而呈分散狀態(tài)；當(dāng)增加油相體積分?jǐn)?shù)增加至50%和60%時(shí)且ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)充足時(shí)，油水界面因油相體積分?jǐn)?shù)增加而增加，使更多的ISPA吸附在油滴表面形成更小的乳液液滴，同時(shí)，乳液液滴間距離因油相體積分?jǐn)?shù)增加而減小，使乳液液滴密集堆積形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，成功制備出具有自支撐結(jié)構(gòu)的Pickering乳液凝膠。

圖11 ISPA基Pickering乳液凝膠形成和在鹽離子及酸性pH值下的穩(wěn)定機(jī)理Fig.11 Formation mechanisms of ISPA-based Pickering emulsion gels and stability mechanisms at salt ions and acidic pH

結(jié)合NaCl和酸性pH值對(duì)ISPA基Pickering乳液凝膠性質(zhì)的影響，可知鹽離子對(duì)ISPA產(chǎn)生的靜電屏蔽作用和酸性pH值下ISPA分子羧基質(zhì)子化后靜電斥力減弱可降低ISPA向油水界面吸附的阻力，形成粒徑更小的乳液液滴；另一方面，吸附在油水界面的ISPA間相互作用也因靜電斥力的減弱而增強(qiáng)，導(dǎo)致ISPA相互交聯(lián)形成更致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而Pickering乳液凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)可有效阻止液滴自由移動(dòng)，這是其在高鹽和低pH值條件下具有高穩(wěn)定性的主要原因，這也表明ISPA主要依靠形成的界面層產(chǎn)生的空間位阻作用而非靜電斥力維持Pickering乳液凝膠穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)大豆酶解渣進(jìn)行適當(dāng)處理得到ISPA，成功制備出一系列含不同ISPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和油相體積分?jǐn)?shù)的Pickering乳液，并對(duì)比分析了Pickering乳液凝膠在特定環(huán)境下的流變學(xué)性質(zhì)與穩(wěn)定性能，發(fā)現(xiàn)ISPA基Pickering乳液的流變學(xué)特性主要由油相體積分?jǐn)?shù)決定，尤其在50%和60%油相體積分?jǐn)?shù)下制備的Pickering乳液具有明顯的凝膠特性；ISPA基Pickering乳液凝膠黏彈性隨著NaCl濃度增加而增強(qiáng)，且與中性pH值相比，酸性pH值下的乳液凝膠黏彈性更強(qiáng)。需特別指出的是，制備的ISPA基Pickering乳液凝膠在高鹽或低pH值下仍具有高貯藏穩(wěn)定性和加熱穩(wěn)定性，這表明ISPA及其穩(wěn)定的Pickering乳液凝膠在蛋白精深加工及新型乳制品研發(fā)中具有巨大的加工潛力與應(yīng)用前景。