單甘酯對酪蛋白乳濁液穩(wěn)定性的影響

鄺婉湄，趙謀明，趙強(qiáng)忠

（華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510640）

單甘酯對酪蛋白乳濁液穩(wěn)定性的影響

鄺婉湄，趙謀明，趙強(qiáng)忠*

（華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510640）

在酪蛋白乳濁液體系中研究了單甘酯用量對乳濁液界面乳化劑濃度、液相蛋白濃度、粒度分布、脂肪部分聚結(jié)率及離心乳析率的影響，探討了單甘酯對酪蛋白乳濁液穩(wěn)定性影響的機(jī)理。結(jié)果表明，隨著單甘酯用量的增加，單甘酯在界面膜上的競爭吸附作用增強(qiáng)，界面單甘酯濃度和液相蛋白濃度均逐漸增高；表面積平均直徑D（3，2）、體積平均直徑D（4，3）、脂肪部分聚結(jié)率和離心乳析率均呈現(xiàn)先減小后增大趨勢，單甘酯用量為0.6%時(shí)達(dá)到最小值，乳濁液穩(wěn)定性最好。

乳濁液，單甘酯，酪蛋白，穩(wěn)定性

Abstract：The impact of monoglyceride addition on interface emulsifier concentration，protein concentration in liquid phase，particle size distribution，partial coalescence of fat and centrifugal creaming ratio in a model emulsion stabilized by casein were studied.The possible mechanisms were also revealed.The result showed that with the addition of monoglycerides increasing，the competitive absorption of monoglyceride on the interface membrane enhanced，both interface monoglyceride concentration and protein concentration in liquid phase gradually increased.The surface area mean diameter（D（3，2）），volume mean diameter（D（4，3）），the partial coalescence of fat and the centrifugal creaming ratio decreased first and increased later，whose minimums appeared when the amount of monoglyceride was 0.6%，indicating that the emulsion was most stable.

Key words：emulsion；monoglyceride；casein；stability

乳濁液是食品加工中最重要的體系之一，通常以蛋白質(zhì)、油脂、乳化劑和多糖為主要組成成分。食品乳濁液的不穩(wěn)定性是經(jīng)常遇到的問題，含蛋白乳濁液在貨架期內(nèi)的失穩(wěn)現(xiàn)象尤為突出，嚴(yán)重影響到食品的外觀和質(zhì)量。在實(shí)際生產(chǎn)中，常通過添加乳化劑的方式提高食品乳濁液的穩(wěn)定性。單甘酯（單脂肪酸甘油酯，monoglyceride）是多元醇型非離子型表面活性劑，可以作為W/O和O/W型乳化劑[1]，在食品工業(yè)中廣泛應(yīng)用。單甘酯的兩親分子結(jié)構(gòu)是產(chǎn)生表面活性作用的基礎(chǔ)，容易在乳濁液液滴界面發(fā)生吸附并定向排列，長碳鏈脂肪酸基團(tuán)朝向油，而甘油羥基與水結(jié)合，從而降低表面張力[2]。針對目前食品蛋白乳濁液體系存在的失穩(wěn)現(xiàn)象，且單甘酯的界面吸附影響乳濁液穩(wěn)定性的機(jī)理研究很少報(bào)道，故以酪蛋白穩(wěn)定的乳濁液為模型，研究單甘酯用量對其界面乳化劑含量、液相蛋白濃度、粒度分布、脂肪部分聚結(jié)率、離心乳析率等指標(biāo)的影響，探討單甘酯對酪蛋白乳濁液穩(wěn)定性影響的機(jī)理，為食品乳狀液穩(wěn)定性的控制提供一定的理論和方法指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

MyverolTM18-04K型單甘酯 美國凱瑞（Kerry）有限公司，食品級；酪蛋白 澳洲邁高（Murray Goulburn）乳業(yè)公司，食品級；氫化油脂BS-2000 南海油脂工業(yè)有限公司；金龍魚玉米油 益海（廣州）糧油工業(yè)有限公司，食品級；油紅O 上海生工生物技術(shù)有限公司，分析純；甲醇、乙腈、異丙醇、三氯甲烷 北京迪馬科技有限公司，色譜級；疊氮鈉 上海天齊生物科技有限公司，分析純；去離子水（電導(dǎo)率＜10μS/cm，自制）。

FJ200-S型高速分散均質(zhì)機(jī) 上海江儀儀器有限公司；APV-1000型高壓均質(zhì)機(jī) 丹麥APV公司；Mastersizer 2000型激光粒度分析儀 英國馬爾文公司；Waters600高效液相色譜 沃特世（中國）有限公司；3000型蒸發(fā)光散射檢測器 奧特Alltech有限公司；754型分光光度計(jì) 上海光學(xué)儀器廠；BHW-IV型電熱恒溫水槽 北京市醫(yī)療設(shè)備廠；JJ500型電子分析天平 深圳市朗普電子科技公司；LG10-2.4A型離心機(jī) 北京醫(yī)用離心機(jī)廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 乳濁液的制備 根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，構(gòu)建酪蛋白乳濁液模型體系，確定其基本配方如下：0.2%～1.0%單甘酯，0.5%酪蛋白，20%BS-2000，去離子水定容至100%。在65℃水浴條件下，將BS-2000融化，加入乳化劑、酪蛋白，充分分散，制得油相，在攪拌狀態(tài)下將65℃的去離子水緩慢加入到油相中，用高速分散均質(zhì)機(jī)在9000r/min的速率下剪切3min，然后用高壓均質(zhì)機(jī)在20MPa條件下均質(zhì)一次，加入0.04%的疊氮鈉溶液，制得樣品。

1.2.2 界面單甘酯的測定 根據(jù)Matsumiya[3]的方法改良而成，方法如下：通過預(yù)實(shí)驗(yàn)控制樣品最終質(zhì)量濃度在0.1～1.0mg/g范圍內(nèi)，稱取樣品，加1.5mL水、2.5mL甲醇、1.25mL三氯甲烷，于室溫下用旋渦振蕩器振搖10min，再加入2.5mL三氯甲烷、2.5mL質(zhì)量濃度為1%的氯化鈉溶液，在離心力950×g、4℃的條件下離心5min，取底層三氯甲烷層，加入少量的Na2SO4除水，于4℃保藏過夜。然后重復(fù)上述離心過程一次，取底層三氯甲烷層，氮?dú)鉂饪s吹干，取4mL三氯甲烷復(fù)溶，用高效液相色譜-蒸發(fā)光散射法（HPLC-ELSD）定量測量單甘酯[4]。

界面單甘酯濃度（mg/m2）=界面單甘酯質(zhì)量濃度（mg/g）/乳狀液脂肪球比表面積（m2/g）

1.2.3 液相蛋白濃度的檢測 準(zhǔn)確稱取20g乳濁液，于30℃，10000×g條件下離心30min，迅速將離心管置于0℃左右的環(huán)境下，待上層的油脂層凝固后，用注射器將下層清液吸出，用微量凱氏定氮法測定液相中游離未吸附的蛋白質(zhì)[4]。計(jì)算公式為：

液相蛋白濃度（mg/g）=液相中蛋白質(zhì)的質(zhì)量（mg）/液相的質(zhì)量（g）

1.2.4 粒度分布的測定 樣品按1∶1000（w∶w）用去離子水稀釋，設(shè)定激光粒度分析儀的操作參數(shù)如下：分析模式為通用；進(jìn)樣器Hydro 2000MU（A）；顆粒折射率1.520；顆粒吸收率0.1；分散劑水；分散劑折射率1.330；泵的轉(zhuǎn)速2200r/min[5]。

式中，ni為直徑為di的脂肪球的數(shù)量。

1.2.5 脂肪部分聚結(jié)率的測定 精確稱取油紅O 0.015g，加入1000g粟米油中，在25℃的條件下慢速攪拌約12h使油紅O充分溶解，制備的油紅O溶液需避光保存，其吸光度值可以保持一周以上恒定。準(zhǔn)確稱取乳濁液樣品20g和油紅O溶液10g置于50mL離心管中，混合均勻，在25℃下以10000×g的離心力離心30min，移取上層澄清透明的紅色油液倒入比色杯，在520nm波長條件下測定吸光度值[6]。計(jì)算公式為：

式中，φd為脂肪部分聚結(jié)率，即游離態(tài)脂肪占總脂肪的比例；φ為乳濁液中脂肪的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；m0為加入的油紅O油液的質(zhì)量；me為乳濁液的質(zhì)量；A1為離心前油紅O溶液的吸光度值；A2為離心后油紅O溶液的吸光度值。

1.2.6 離心乳析率的測定 取乳濁液樣品10mL置于刻度離心管中，25℃下在3000×g離心15min，讀出油析的體積，計(jì)算公式為：

2 結(jié)果與分析

2.1 單甘酯用量對乳濁液界面乳化劑濃度的影響

圖1 單甘酯用量對酪蛋白乳濁液界面單甘酯濃度的影響Fig.1 Impact of monoglyceride addition on interface monoglyceride concentration of emulsion stabilized by casein

對乳濁液中界面單甘酯濃度進(jìn)行了檢測，結(jié)果如圖1所示。界面單甘酯濃度隨單甘酯用量的增大有顯著性變化（p＜0.05），呈總體上升趨勢。隨著單甘酯用量的增大，單甘酯和酪蛋白之間的競爭性吸附作用增強(qiáng)，單甘酯逐漸將吸附于油-水界面膜上的酪蛋白解析下來[7]，而自身則迅速吸附到油-水界面上形成更加緊密的吸附層[8]，因此界面單甘酯濃度呈上升趨勢。當(dāng)單甘酯用量為0.6%時(shí)，此時(shí)脂肪球粒徑最小，比表面積最大，界面單甘酯吸附量的增加速度小于比表面積增大速度，故界面吸附單甘酯濃度略有下降。

2.2 單甘酯用量對乳濁液液相蛋白濃度的影響

圖2 單甘酯用量對酪蛋白乳濁液液相蛋白濃度的影響Fig.2 Impact of monoglyceride addition on protein concentration in liquid phase of emulsion stabilized by casein

單甘酯用量對乳濁液液相蛋白濃度的影響如圖2所示。液相蛋白濃度隨單甘酯用量增大而增加。當(dāng)單甘酯濃度為0.2%～0.6%時(shí)，單甘酯用量對液相蛋白濃度有顯著性影響（p＜0.05），乳濁液油-水界面同時(shí)吸附著酪蛋白和單甘酯，二者共同作用起乳化穩(wěn)定作用。此時(shí)，酪蛋白主要吸附在界面上，液相中含量分別為2.23%、3.17%和5.20%，油-水界面膜由酪蛋白主導(dǎo)；當(dāng)單甘酯用量為0.6%～1.0%，液相蛋白濃度變化不明顯，無顯著性差異（p＞0.05），可能原因是：小分子乳化劑單甘酯具有較酪蛋白更強(qiáng)降低界面張力的能力和高度側(cè)向遷移性，界面上的酪蛋白逐漸被單甘酯取代[9]，油-水界面膜隨之轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓡胃术ブ鲗?dǎo)，導(dǎo)致液相中蛋白濃度上升。

2.3 單甘酯用量對乳濁液粒度分布的影響

表1 單甘酯用量對酪蛋白乳濁液表面積平均直徑和體積平均直徑的影響Table 1 Impact of monoglyceride addition on surface area mean diameter and volume mean diameter of emulsion stabilized by casein

由表1可知，隨著單甘酯用量的增大，D[3，2]和D[4，3]的變化趨勢一致，呈先下降后上升趨勢，單甘酯用量為0.6%時(shí)達(dá)到最小值。當(dāng)單甘酯用量為0.2%～0.6%時(shí)，隨著單甘酯在界面上的吸附增加，界面自由能進(jìn)一步降低，脂肪球液滴間不易發(fā)生聚集，粒徑隨之變小，乳濁液的穩(wěn)定性增強(qiáng)[10]。當(dāng)單甘酯用量為0.6%時(shí)，單甘酯和酪蛋白的相互作用達(dá)到動態(tài)平衡，表現(xiàn)為乳濁液粒徑最小。當(dāng)單甘酯用量大于0.6%時(shí)，界面膜開始變?yōu)橛蓡胃术ブ鲗?dǎo)，由于小分子乳化劑單甘酯主導(dǎo)的界面膜不及線形柔性酪蛋白主導(dǎo)的界面膜粘彈性能好，空間位阻也比大分子的酪蛋白小得多，脂肪球間易發(fā)生重新聚集，導(dǎo)致粒徑隨單甘酯用量的增加而增大[11]。

2.4 單甘酯用量對乳濁液脂肪部分聚結(jié)率的影響

圖3 單甘酯用量對酪蛋白乳濁液脂肪部分聚結(jié)率的影響Fig.3 Impact of monoglyceride addition on partial coalescence of fat of emulsion stabilized by casein

對乳濁液的脂肪部分聚結(jié)率進(jìn)行檢測，結(jié)果如圖3所示。當(dāng)單甘酯用量為0.2%～0.6%時(shí)，脂肪部分聚結(jié)率隨著單甘酯用量增大而顯著下降（p＜0.05），當(dāng)單甘酯用量大于0.6%時(shí)，脂肪部分聚結(jié)率緩慢上升，無顯著性差異（p＞0.05）。單甘酯用量在0.2%～0.6%范圍內(nèi)增加，界面單甘酯濃度升高，單甘酯在油-水界面上形成薄分子層，降低兩相的界面張力，阻止脂肪球互相聚結(jié)[12]，脂肪部分聚結(jié)率隨之下降。由于影響乳濁液穩(wěn)定性的最重要因素是界面膜的強(qiáng)度和緊密程度[13]，單甘酯用量繼續(xù)增大，使酪蛋白從界面上解析下來的量超過了一定范圍，降低了界面膜的粘彈性，從而促進(jìn)了脂肪球的聚結(jié)，表現(xiàn)為脂肪部分聚結(jié)率略微上升。

2.5 單甘酯用量對乳濁液離心乳析率的影響

圖4 單甘酯用量對酪蛋白乳濁液離心乳析率的影響Fig.4 Impact of monoglyceride addition on centrifugal creaming ratio of emulsion stabilized by casein

由圖4可知，隨著單甘酯用量的增大，離心乳析率呈先下降后上升趨勢，但均不顯著（p＞0.05）。其中，單甘酯用量為0.6%時(shí)達(dá)到最小值。當(dāng)單甘酯用量在0.2%～0.6%內(nèi)增大時(shí)，乳濁液的脂肪部分聚結(jié)率下降，粒徑減小，從而提高乳濁液的穩(wěn)定性，表現(xiàn)為離心乳析率下降。當(dāng)單甘酯用量大于0.6%時(shí)，脂肪部分聚結(jié)率隨著單甘酯用量增大而上升，導(dǎo)致乳濁液的粒徑增大，離心乳析率增高，其結(jié)果與粒徑變化相符。

3 結(jié)論

3.1 隨著單甘酯用量的增加，界面單甘酯濃度及液相蛋白濃度均呈上升趨勢，說明單甘酯在酪蛋白乳濁液中的競爭性吸附作用逐漸增強(qiáng)。

3.2 單甘酯用量在0.2%～0.6%內(nèi)增大，脂肪部分聚結(jié)率下降，乳濁液穩(wěn)定性增強(qiáng)；單甘酯用量大于0.6%，脂肪部分聚結(jié)率由于界面膜強(qiáng)度下降而略微上升。

3.3 乳濁液粒徑和離心乳析率變化一致，隨單甘酯用量增加呈先減小后增大的趨勢，在單甘酯用量為0.6%時(shí)達(dá)到最小值，乳濁液穩(wěn)定性最高。

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Impact of monoglyceride addition on the stability of casein emulsion

KUANG Wan-mei，ZHAO Mou-ming，ZHAO Qiang-zhong*
（College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

TS201.2

A

1002-0306（2012）16-0131-04

2012-03-12 *通訊聯(lián)系人

鄺婉湄（1988-），女，在讀研究生，研究方向：食品生物技術(shù)。

國家自然科學(xué)基金（20806030）；粵港關(guān)鍵領(lǐng)域重點(diǎn)突破項(xiàng)目（2009A020700003）。