復(fù)合乳化劑對(duì)椰奶穩(wěn)定性的影響

蔣佩佩，向 東*

（海南大學(xué) 食品學(xué)院，海南 ?？?570228）

椰子是棕櫚科單子葉植物，種植廣泛，是熱帶地區(qū)主要的食品能源及經(jīng)濟(jì)作物。亞洲是世界上椰子最大的生產(chǎn)地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)世界上椰子總量的百分之九十種植在印度尼西亞、菲律賓、印度、斯里蘭卡和泰國(guó)[1-2]。而在中國(guó)，椰子主要生長(zhǎng)在海南地區(qū)。椰子可以通過(guò)椰子水、椰子糖、椰奶及椰子油等幾種方式消費(fèi)。椰奶是從生長(zhǎng)大概十二個(gè)月，肉質(zhì)很厚很硬的成熟的椰子中壓榨出來(lái)的。椰奶是一種天然的水包油乳液，其主要組成成分為水（54.1%）、脂肪（32.2%）、蛋白質(zhì)（4.4%）和碳水化合物（8.3%）[3-5]。在乳液中，椰油油滴在連續(xù)的水相中分散開(kāi)來(lái)形成椰奶。由于椰奶獨(dú)特的風(fēng)味和可觀的感官特性，在亞洲以及其他國(guó)家，椰奶已經(jīng)作為一種重要的烹飪?cè)媳焕?。?jù)統(tǒng)計(jì)，全球有25%的椰子是以椰奶的形式加工出口的[6-7]。

椰奶是由椰蛋白（如球蛋白和清蛋白）和磷脂穩(wěn)定的乳液，在椰奶乳液中，椰蛋白像乳化劑一樣附著在椰油表面，阻止椰油絮凝、合并[8]。但由于天然椰奶中的椰蛋白的乳化性、熱穩(wěn)定性差，表面活性較低，導(dǎo)致椰奶在加工過(guò)程中極不穩(wěn)定并且容易分層。加工1 h左右，椰奶就開(kāi)始分層，5～10 h后，椰奶就會(huì)徹底分成奶油層和乳清層[9-10]。為了延長(zhǎng)椰奶的貨架期，在椰奶的加工過(guò)程中，各種蛋白質(zhì)以及小分子表面活性劑被加入椰奶中提高其穩(wěn)定性[11-14]。

食品乳化劑可以通過(guò)不同的機(jī)制提高乳液的穩(wěn)定性，如使脂肪滴之間產(chǎn)生斥力，不會(huì)相互靠近發(fā)生聚集；在油滴周圍生成界面膜，維持界面膜的完整性等[15]。單硬酯酸甘油酯簡(jiǎn)稱單甘酯（glyceryl monostearate，GMS），其親水親油平衡值（hydrophile lipophile balance，HLB）為3.8，是多元醇型非離子型表面活性劑，可以作為油包水（W/O）和水包油（O/W）型乳化劑，以α-晶型的水合物存在于分散相中，α-晶型對(duì)于提高乳化活性極為有利；蔗糖脂肪酸酯簡(jiǎn)稱蔗糖酯（sucrose ester，SE），其HLB為15，是一種多元醇脂肪酸酯，從分子結(jié)構(gòu)上看，親水部分蔗糖基占優(yōu)勢(shì)，因此其具有水包油型乳化劑性能。而更多研究表明復(fù)配乳化劑的乳化穩(wěn)定效果要優(yōu)于單一的乳化劑，當(dāng)把低、高HLB值的乳化劑混合使用時(shí)，在界面上吸附形成“復(fù)合物”，走向排列緊密，具有較高的強(qiáng)度，從而能很好的防止聚結(jié)，增加乳狀液穩(wěn)定性[16-17]。由于單甘酯與其他乳化劑的兼容性好，蔗糖酯雖然沒(méi)有多晶型性，但可以穩(wěn)定單甘酯的α-晶型[18-19]，因此本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定椰奶的粒徑、ζ-電位以及乳析指數(shù)等指標(biāo)，研究了復(fù)合乳化劑（單苷酯-蔗糖酯）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)椰奶表面特性及穩(wěn)定性的影響，從而對(duì)乳化劑的作用機(jī)理進(jìn)行分析，為椰奶穩(wěn)定性的控制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

成熟椰子：當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)購(gòu)買(mǎi)；單硬脂酸甘油酯（單甘酯）、蔗糖脂肪酸酯（蔗糖酯）：廣州嘉德樂(lè)生化科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Zetasizer Nano S90激光粒度儀（ζ-電位也用此儀器測(cè)量）：英國(guó)馬爾文儀器有限公司；KL-GJJ高壓均質(zhì)機(jī)：上?？苿跈C(jī)械設(shè)備有限公司；JYZ-S6九陽(yáng)榨汁機(jī)、FW177粉碎機(jī)：天津市泰斯特儀器有限公司；HH4數(shù)顯恒溫水浴鍋：常州澳華儀器有限公司；LS-B50L高壓滅菌鍋：上海華線醫(yī)用核子儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備

趙強(qiáng)忠等[20-21]研究發(fā)現(xiàn)，單苷酯與蔗糖酯的復(fù)配比例為2∶1時(shí)，乳化效果最好。因此，本實(shí)驗(yàn)選取的復(fù)配乳化劑的HLB值為7，分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、0.05%、0.15%、0.25%、0.35%、0.45%的復(fù)合乳化劑溶液，放入75 ℃水浴鍋中加熱溶解，備用。將成熟的椰子用專用刀去殼，削皮，保留白色新鮮的椰肉，常溫椰肉現(xiàn)取現(xiàn)用，用粉碎機(jī)將不同方式處理后的椰肉粉碎成椰蓉，用榨汁機(jī)壓榨取汁，兩層紗布過(guò)濾，獲得椰奶樣品。將榨取的椰奶倒入以上各組溶液中，使得每組樣品中椰奶含量為10%。在50 ℃水浴鍋中攪拌10 min，然后將每組樣品經(jīng)過(guò)高壓均質(zhì)機(jī)（30 MPa、50 ℃）均質(zhì)1 min，再進(jìn)行高溫高壓（121 ℃、0.1 MPa）滅菌15 min，冷卻待測(cè)。每個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的樣品做3個(gè)平行。復(fù)合乳化劑添加量按以下公式計(jì)算：

式中：HLBAB為復(fù)合乳化劑的親水親油值，本實(shí)驗(yàn)中HLBAB=7；HLBA為單甘脂（GMS）的親水親油值，本實(shí)驗(yàn)中HLBA=4.3；HLBB為蔗糖酯（SE）的親水親油值，本實(shí)驗(yàn)中HLBB=15。WA為乳液中單甘酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；WB為乳液中蔗糖酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。WAB為乳液中復(fù)配乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

1.3.2 粒徑及分散指數(shù)的測(cè)量

椰奶乳液中油滴粒徑及分散指數(shù)用激光粒度儀進(jìn)行測(cè)定，使用聚丙乙烯樣品池，加入樣品的高度約10 mm，并蓋上隔熱帽，根據(jù)樣品的性質(zhì)特征將樣品折射率設(shè)為1.09，分散劑水的折射率設(shè)為1.33，測(cè)量溫度設(shè)為25 ℃，平衡時(shí)間為120 s。測(cè)量粒徑前樣品被稀釋到0.05%，脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.01%，以減少多重散射效應(yīng)。平均粒徑公式為：

式中：d43是椰奶油滴的平均粒徑，nm；ni是粒徑為di的油滴的個(gè)數(shù)，個(gè)。

分散指數(shù)（polydisper dispersion index，PDI）的計(jì)算公式如下：

式中：PDI是油滴粒徑的分散指數(shù)；Mw是質(zhì)均分子質(zhì)量；Mn是數(shù)均分子質(zhì)量。

1.3.3ζ-電位的測(cè)量

待測(cè)樣品中油滴帶的電荷用激光粒度儀測(cè)量，使用聚丙乙烯樣品池，加入樣品的高度約10 mm，并插入電極，根據(jù)樣品的性質(zhì)特征將樣品折射率設(shè)為1.09，分散劑水的折射率設(shè)為1.33，測(cè)量溫度設(shè)為25 ℃，平衡時(shí)間為120 s。

1.3.4 乳析指數(shù)的測(cè)量

將每組經(jīng)過(guò)均質(zhì)（30 MPa、50 ℃）1 min的樣品稱取25 mL放入具蓋的玻璃試管中，放入高溫高壓（121 ℃、0.1 MPa）滅菌鍋中滅菌15 min。靜置72 h，測(cè)量上浮高度，每組樣品做3個(gè)平行，按下式計(jì)算乳析指數(shù)：

式中：H0為椰奶下清液的高度，mm；H為椰奶總高度，mm。

1.3.5 統(tǒng)計(jì)分析

所有的數(shù)據(jù)均做3個(gè)平行，并用Minitab統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行顯著性分析，Origin 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合乳化劑的不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)椰奶粒徑及分散指數(shù)的影響

如圖1 所示，隨著復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，椰奶油滴的平均粒徑成減小趨勢(shì)，當(dāng)未加入復(fù)合乳化劑時(shí)，椰奶的油滴平均粒徑約為1 800 nm，加入的復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%時(shí)，油滴的平均粒徑降為約600 nm。當(dāng)復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.15%～0.45%時(shí)，椰奶油滴的平均粒徑分別為為334 nm、327 nm、332 nm、313 nm，當(dāng)復(fù)合乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.15%時(shí)，隨著復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，椰奶的粒徑總體呈下降趨勢(shì)，但并無(wú)顯著性差異。

圖1 復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)椰奶粒徑及分散指數(shù)的影響Fig.1 Effect of compound emulsifier concentration on the droplet size and PDI of coconut milk

粒徑的分散指數(shù)是衡量油滴分散程度的指標(biāo)，分散指數(shù)越大，證明乳液中油滴的粒徑大小越不均勻，分散指數(shù)越小，證明油滴的粒徑大小分布越均勻。

由圖1可知，粒徑的分散指數(shù)隨著復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先呈下降趨勢(shì)，且未加入復(fù)合乳化劑及加入0.05%復(fù)合乳化劑與加入0.15%～0.45%復(fù)合乳化劑的椰奶油滴的分散指數(shù)差異顯著，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%～0.45%復(fù)合乳化劑的椰奶油滴的分散指數(shù)沒(méi)有顯著性差異。當(dāng)未加入復(fù)合乳化劑時(shí)，粒徑的分散指數(shù)約等于1，證明椰奶中椰油的大小分布很不均勻。復(fù)合乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%時(shí)，椰奶粒徑的分散指數(shù)降到0.6左右，證明椰奶油滴的粒徑分布較均勻。當(dāng)復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)到達(dá)0.15%時(shí)，分散指數(shù)已經(jīng)降低到0.4以下。復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞0.15%，粒徑的分散指數(shù)雖然有所波動(dòng)，但均在0.2～0.4，這說(shuō)明椰奶粒徑的分布比較均勻。結(jié)果表明，當(dāng)復(fù)合乳化劑的添加量為0.15%時(shí)，椰奶油滴的粒徑及其分散指數(shù)已經(jīng)達(dá)到理想的狀態(tài)。

在高壓均質(zhì)過(guò)程中，乳化劑快速的附著在油滴表面，形成一層厚的界面膜，會(huì)在油滴間形成較強(qiáng)的斥力，降低表面張力，防止油滴相互靠近，但當(dāng)乳化劑加入不足或形成的界面層較薄，液滴間產(chǎn)生絮凝或聚結(jié)，并最終導(dǎo)致油脂析出[15]；又由于椰蛋白的乳化性差且對(duì)溫度及其敏感，在80～90 ℃就變性，很難阻止油滴之間相互吸引、聚合、絮凝或者合并[9]。因此乳化劑有助于減小椰奶的粒徑及其分散指數(shù)，并且隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，椰奶的粒徑及分散指數(shù)成減小趨勢(shì)，但當(dāng)復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.15%時(shí)，椰奶的粒徑?jīng)]有明顯的變化，而且分布比較均勻。

2.2 不同乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)椰奶ζ-電位的影響

ζ-電位是椰奶油滴表面所帶的電荷，帶電量越大，油滴之間的排斥力就越大，油滴就越不容易絮凝、合并等，ζ-電位對(duì)保持椰奶的穩(wěn)定性起到積極的作用。表1為ζ-電位與體系穩(wěn)定性之間的關(guān)系[22-23]。由于椰蛋白中氨基酸的組成，以及椰油對(duì)電荷的吸附作用，使得純椰奶中椰油本身帶有負(fù)電荷，所帶電荷約為-16 mV左右[21]。

表1 ζ-電位與體系穩(wěn)定性之間的關(guān)系Table 1 The relationship between ζ-potential and system stability

如圖2所示，ζ-電位與復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比例的關(guān)系，當(dāng)乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、0.05%時(shí)，椰奶的ζ-電位分別為-14.3 mV、-22.3 mV，且差異顯著，對(duì)照表1，證明椰奶處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，因?yàn)橛偷沃g的排斥作用不足以抵抗油滴之間的吸引作用。當(dāng)復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%時(shí)，ζ-電位為36.8 mV，對(duì)照表1，椰奶的穩(wěn)定性一般。而當(dāng)復(fù)合乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%、0.35%、0.45%時(shí)，ζ-電位分別為-40 mV、-40.07 mV、-41.53 mV，ζ-電位略有上升，但沒(méi)有顯著性差異，對(duì)照表1，椰奶的穩(wěn)定性較好。

圖2 復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)椰奶ζ-電位的影響Fig.2 Effect of compound emulsifier concentration on the ζ-potential of coconut milk

產(chǎn)生這種現(xiàn)象可能有以下幾種原因：第一，高壓均質(zhì)過(guò)程中乳化劑快速的附著在油水界面，并且形成一層厚的界面膜，降低了表面張力，從而阻止油滴聚合，減小油滴粒徑，隨著乳化劑的增加，油滴的粒徑變小，椰油的比表面積增大，吸附的電荷更多，因此椰奶的ζ-電位的絕對(duì)值變大。第二，由于蔗糖中存在一定量的陰離子物質(zhì)，如脂肪酸，致使蔗糖酯溶液帶有一定量的負(fù)電荷[24]，因此，加入乳化劑之后，椰奶的ζ-電位有所變化。ζ-電位越大，油滴之間的排斥力就越大，椰奶就越穩(wěn)定。結(jié)果表明，當(dāng)復(fù)合乳化劑的添加量達(dá)到0.25%時(shí)，椰奶的ζ-電位達(dá)到-40 mV以上，椰奶的穩(wěn)定性較好。因此乳化劑的添加量為0.25%時(shí)為宜。

2.3 乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)椰奶乳析指數(shù)的影響

椰奶是一種天然的水包油乳液，很容易分層，而椰奶的乳析指數(shù)可以直觀的表述椰奶的穩(wěn)定性，椰奶的乳析指數(shù)為椰奶下清液高度與總高度的比值，椰奶的乳析指數(shù)越大，表示椰奶的分層越明顯，椰奶的穩(wěn)定性越差，反之，椰奶的乳析指數(shù)越小，椰奶越穩(wěn)定。

乳化劑可以替換椰蛋白吸附在椰油表面，形成厚的界面膜，從而降低表面張力，阻止油滴聚合，提高穩(wěn)定性[11]。比較加入不同含量的復(fù)合乳化劑的椰奶靜置72 h后的乳析指數(shù)的大小，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)椰奶乳析指數(shù)的影響Fig.3 Effect of the compound emulsifier concentration on the creaming index of coconut milk

如圖3所示，當(dāng)椰奶中加入的乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、0.05%時(shí)，椰奶非常不穩(wěn)定，幾乎全部上浮，其乳析指數(shù)分別為84.44%和83.33%；而當(dāng)乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%、0.25%時(shí)，乳析指數(shù)分別為15.79%、8.89%，顯著降低；當(dāng)乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升到0.35%、0.45%時(shí)，椰奶的乳析指數(shù)非常低，分別為3.33%、2.22%，且沒(méi)有顯著性差異，這表明當(dāng)復(fù)合乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.35%后，椰奶上浮不明顯，穩(wěn)定性較好。結(jié)果表明，隨著復(fù)合乳化劑添加量的升高，椰奶的乳析指數(shù)降低，穩(wěn)定性提高，且在乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.35%時(shí)，椰奶的乳析指數(shù)較小，椰奶穩(wěn)定性較好。

2.4 椰奶乳析指數(shù)與粒徑、ζ-電位的相關(guān)性討論

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，乳析指數(shù)隨之減小，乳化穩(wěn)定性隨著增強(qiáng)。但值得注意的是，在椰奶體系中，當(dāng)乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.05%時(shí)，經(jīng)高壓均質(zhì)后，椰奶乳液油滴粒徑可以減小至600 nm左右，但椰奶的乳析指數(shù)達(dá)到83%，穩(wěn)定性很差；當(dāng)乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.15%時(shí)，其粒徑均為320 nm左右，且隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，粒徑無(wú)顯著變化，這表明粒徑大小不是影響椰奶穩(wěn)定性的唯一因素。通過(guò)測(cè)定椰奶乳液體系的ζ-電位發(fā)現(xiàn)，隨著乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，ζ-電位隨之增大，表明椰奶體系中的油滴所帶電荷隨著乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大，當(dāng)乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.25%，ζ-電位≥-40 mV時(shí)，乳析指數(shù)降低為10%以下，此時(shí)椰奶乳液體系可以獲得較好的穩(wěn)定性，這與文獻(xiàn)[22-23]所述基本一致。

由椰奶的油滴粒徑及ζ-電位的測(cè)量結(jié)果得出，當(dāng)椰奶中加入的乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，高壓均質(zhì)過(guò)程中，附著在椰油表面的乳化劑越多，越能有效的阻止油滴聚合，因此椰油的粒徑越小，吸附的電荷較多，ζ-電位越大，油滴之間的排斥力增大，椰奶就會(huì)處于一種比較穩(wěn)定的乳化狀態(tài)。

通過(guò)對(duì)粒徑和乳析指數(shù)、ζ-電位和乳析指數(shù)這兩組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行相關(guān)性分析，得到的結(jié)果為，粒徑和乳析指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.766 0，ζ-電位和乳析指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.975 7，高于粒徑和乳析指數(shù)的相關(guān)系數(shù)，這表明ζ-電位對(duì)乳析指數(shù)即椰奶的穩(wěn)定性影響可能更大。

3 結(jié)論

單純的采用乳析指數(shù)對(duì)椰奶乳液的穩(wěn)定性進(jìn)行研究雖然較直觀，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究復(fù)合乳化劑（單苷酯-蔗糖酯2∶1）質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)椰奶的油滴粒徑、ζ-電位以及乳析指數(shù)影響的研究，得出當(dāng)椰奶中加入的乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.15%～0.45%時(shí)，椰奶的粒徑為300～400 nm，且分散指數(shù)為0.2～0.4，說(shuō)明粒徑較小，且分布均勻；當(dāng)乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%～0.45%時(shí)，ζ-電位在-40～-42 mV，油滴之間的排斥力較大，椰奶的穩(wěn)定性較好。而根據(jù)乳析指數(shù)，乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.35%～0.45%的乳析指數(shù)較小，且上浮很少，穩(wěn)定性較好。綜合GB 2760—2014《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定，單甘酯通常在飲料中可以按生產(chǎn)需要量添加，蔗糖酯在飲料中的使用量≤0.15%，考慮經(jīng)濟(jì)效益，復(fù)合乳化劑的最適添加量為0.25%[25]。

綜上所述，加入乳化劑不僅可以減小椰奶乳液均質(zhì)后的粒徑，同時(shí)能夠提高椰奶乳液油滴所帶電荷，這對(duì)于椰奶的穩(wěn)定性至關(guān)重要。椰奶的粒徑以及ζ-電位決定椰奶的穩(wěn)定性，粒徑越小，ζ-電位越大，乳析指數(shù)越小，椰奶越穩(wěn)定，當(dāng)復(fù)合乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.25%時(shí)，椰奶的穩(wěn)定性較好。本研究也分析了椰奶乳析指數(shù)與粒徑、ζ-電位的相關(guān)性，結(jié)果表明，在高壓均質(zhì)條件下處理椰奶，ζ-電位對(duì)椰奶乳液的穩(wěn)定性影響可能更大，這為工廠的加工生產(chǎn)提供了較有價(jià)值的參考。

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