熱處理乳清濃縮蛋白乳化體系儲(chǔ)藏穩(wěn)定性研究

王超，曹傳愛(ài)，蔡浚澤，陳益春，孔保華，劉騫，*

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030；2.北京三元食品股份有限公司，北京100163）

熱處理乳清濃縮蛋白乳化體系儲(chǔ)藏穩(wěn)定性研究

王超1，曹傳愛(ài)1，蔡浚澤2，陳益春1，孔保華1，劉騫1，*

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030；2.北京三元食品股份有限公司，北京100163）

主要研究了以預(yù)加熱的乳清濃縮蛋白（90℃，5 min）為穩(wěn)定劑的菜籽油水包油型乳狀液在儲(chǔ)藏期間物理穩(wěn)定性的變化。測(cè)定乳狀液在整個(gè)儲(chǔ)藏期間（0～14 d）的ζ-電勢(shì)、粒徑、絮凝指數(shù)、分層指數(shù)、流變特性以及蛋白質(zhì)界面分布指標(biāo)。研究結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)預(yù)加熱的乳清濃縮蛋白相對(duì)天然乳清濃縮蛋白能夠顯著降低乳狀液在整個(gè)儲(chǔ)藏期間的物理穩(wěn)定性，具體表現(xiàn)為較低的ζ-電勢(shì)（p＜0.05），以及較高的粒徑、絮凝指數(shù)、分層指數(shù)和黏度（p＜0.05）。此外，加熱導(dǎo)致的乳清濃縮蛋白變性和聚集，能夠顯著增加其在乳狀液界面蛋白膜表面的分布（p＜0.05）。上述結(jié)果表明，預(yù)加熱能夠顯著降低整個(gè)乳狀液在儲(chǔ)藏期間的物理穩(wěn)定性，為乳清濃縮蛋白的預(yù)熱處理在乳狀液食品中的合理應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

乳清濃縮蛋白；預(yù)加熱；水包油型乳狀液；穩(wěn)定性；界面分布

乳清作為乳酪或酪蛋白產(chǎn)品的副產(chǎn)物，是一種可利用的蛋白質(zhì)來(lái)源。乳清蛋白包括β-乳球蛋白（β-Lg，約占總蛋白的50%～60%）和α-乳清蛋白（α-La，約占總蛋白的20%～25%）及免疫球蛋白、牛血清白蛋白、蛋白糖蛋白胨和其他次要蛋白質(zhì)[1]。通常使用超濾的方法來(lái)濃縮蛋白質(zhì)，得到乳清濃縮蛋白（whey protein concentrate，WPC）[2]。WPC的蛋白質(zhì)含量從 30%到80%，此外還含有大量的乳糖、礦物質(zhì)和脂肪[3]。WPC有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及諸如溶解性、攪打起泡性、成膜性、凝膠性等良好的功能特性，是重要的功能性食品原料[2，4]。此外，由于蛋白質(zhì)分子中既含有極性氨基酸等親水性基團(tuán)又含有非極性氨基酸等疏水性基團(tuán)，蛋白質(zhì)的這種特殊的雙親結(jié)構(gòu)使其具有表面活性，表現(xiàn)為乳化性及乳化穩(wěn)定性，可以作為乳化劑[5]。乳化體系是由不混容的兩相（一般為油和水）組成的非均相體系，其中一種以液滴（0.1 μm～100 μm）的形式（分散相）分散于另一相（連續(xù)相）中[6]。由于乳狀液是非自發(fā)形成的熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，按照熱力學(xué)使整體系統(tǒng)能量趨于最小的說(shuō)法，乳狀液會(huì)迅速發(fā)生相分離以便使界面接觸面積和自由能最小化，表現(xiàn)為絮凝、聚結(jié)、分層和奧斯瓦爾德熟化等各種機(jī)制[7]。因此，需要加入乳化劑以制備穩(wěn)定的乳狀液。一些具有“兩親”性的天然乳化劑（如蛋白質(zhì)和多糖）分子，極性部分能很好的溶于水相，非極性部分則能較好的溶于油相[8]，利用界面疏水作用迅速吸附于乳狀液滴的表面，降低表面張力，此外，還能夠在液滴表面形成保護(hù)膜，防止液滴聚集和絮凝，提高乳狀液的穩(wěn)定性[9]。蛋白質(zhì)的乳化性與其表面疏水性和柔性密切相關(guān)。WPC屬于球蛋白，研究表明，當(dāng)其吸附于油-水界面時(shí)，球蛋白在乳狀液界面層部分結(jié)構(gòu)展開(kāi)，暴露更多的非極性氨基酸，增強(qiáng)了表面疏水性，提高了乳狀液的穩(wěn)定性[10]。在實(shí)際生產(chǎn)加工過(guò)程中，蛋白質(zhì)的乳化性常常會(huì)受到一些加工條件的影響，進(jìn)而影響乳狀液的穩(wěn)定性。

熱處理是食品加工過(guò)程中最常用的處理手段之一，會(huì)導(dǎo)致球蛋白的結(jié)構(gòu)及功能發(fā)生一定的變化。熱處理會(huì)誘導(dǎo)蛋白質(zhì)界面疏水性和靈活性的改變，不僅會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)的聚集產(chǎn)生影響，還會(huì)影響蛋白質(zhì)在油水界面的界面活性。而乳清蛋白在熱處理過(guò)程中極易變性從而導(dǎo)致部分蛋白變性聚集，而影響其功能特性[11]，WPC是熱不穩(wěn)定蛋白質(zhì)，這主要是由于WPC包含著球狀蛋白，在正常pH范圍內(nèi)，當(dāng)熱處理溫度高于75℃時(shí)，β-Lg開(kāi)始發(fā)生變性，暴露了位于α-螺旋內(nèi)部的半胱氨酸，在二硫鍵、靜電作用和疏水作用力的共同作用下使β-Lg分子相互聚集，從而形成結(jié)構(gòu)致密的蛋白聚集體[12]。與此同時(shí)，針對(duì)預(yù)加熱后的乳清濃縮蛋白對(duì)乳狀液的影響方面的研究甚少。

因此，本實(shí)驗(yàn)主要研究加熱預(yù)處理（90℃，5 min）是否對(duì)乳清濃縮蛋白作為穩(wěn)定劑所制備的菜籽油水包油型乳狀液的特性和物理穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，分析探討整個(gè)乳狀液在儲(chǔ)藏期間的ζ-電勢(shì)、粒徑、絮凝指數(shù)、分層指數(shù)、流變特性和乳狀液中蛋白質(zhì)分配系數(shù)的變化趨勢(shì)，為乳清濃縮蛋白在乳狀液食品中的合理應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

乳清濃縮蛋白（WPC-80，蛋白含量80%）：北京銀河路商貿(mào)有限責(zé)任公司；菜籽油：當(dāng)?shù)爻?；疊氮鈉、十二烷基磺酸鈉硫酸（SDS）等均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。

1.2 儀器

AL-104型精密電子天平：上海梅特勒-托利多儀器設(shè)備有限公；AM-1磁力攪拌器：北京鼎昊源實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；DK-8B型電熱恒溫水浴鍋：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；T18勻漿機(jī)：德國(guó)IKA公司；FPG12805型高壓均質(zhì)機(jī)：英國(guó)斯坦斯特德流體動(dòng)力有限公司；FE20K型pH計(jì)：上海梅特勒-托利多儀器設(shè)備有限公司；Malvern Nano ZS型動(dòng)態(tài)光散射儀：英國(guó)馬爾文公司；Malvern 2000型激光粒度儀：英國(guó)馬爾文公司；Allegra 64R型臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)：美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特有限公司；DHR-1動(dòng)態(tài)剪切流變儀：美國(guó)TA公司。

1.3 方法

乳狀液的制備：分散一定量的乳清濃縮蛋白（WPC）粉末于去離子水中，用磁力攪拌器在室溫下至少攪拌1 h確保其充分溶解，配制成4%的蛋白分散液，同時(shí)加入0.01%的疊氮鈉以抑制微生物的生長(zhǎng)。將該WPC分散液等體積分成兩份，其中一份于90℃水浴中加熱5 min，拿出后迅速冷卻到室溫，表示為預(yù)加熱乳清濃縮蛋白（Pre-heated whey protein concentrate，H-WPC）。取這兩種處理的蛋白分散液90 mL分別與10 mL的菜籽油混合，用勻漿機(jī)于13 500 r/min勻漿2 min，制得粗乳狀液。將得到的粗乳狀液在40 MPa條件下進(jìn)行均質(zhì)，將均質(zhì)液（新鮮乳狀液）于4℃分別儲(chǔ)藏 0、1、4、7、10、14 d，進(jìn)行測(cè)量。

1.4 乳狀液測(cè)定指標(biāo)

1.4.1 ζ-電勢(shì)

用Malvern Nano ZS型動(dòng)態(tài)光激光粒度儀來(lái)表征乳狀液滴的ζ-電勢(shì)，為了避免多重散射效應(yīng)，將均質(zhì)后的乳狀液用去離子水稀釋到油相濃度的0.001%，接著將稀釋后的乳狀液置于兩端具有電極的透明矩形比色皿中，然后將比色皿插入到有激光束通過(guò)其中的狹縫中。激光器提供光源以照射樣品內(nèi)的顆粒。當(dāng)電場(chǎng)施加于比色皿時(shí)，激光粒度儀便可檢測(cè)出顆粒的電泳遷移率，進(jìn)而計(jì)算出液滴的ζ-電勢(shì)[13]。

1.4.2 粒徑

用粒度分布儀對(duì)新鮮乳狀液滴和儲(chǔ)藏一定時(shí)間的乳狀液滴的粒徑大小進(jìn)行測(cè)量。具體步驟為：用去離子水或1%SDS溶液將樣品的遮蔽度稀釋到10%和20%之間，待體系穩(wěn)定后進(jìn)行測(cè)量。液滴大小用體積分?jǐn)?shù)平均粒徑（d4，3）表示。

1.4.3 分層指數(shù)

將25 mL乳狀液置于垂直放置的帶刻度的具塞玻璃管中，在室溫條件下儲(chǔ)藏 0、1、4、7、10、14 d，油相相對(duì)于周?chē)乃嗑哂休^低的密度，傾向于向上移動(dòng)，而水相則在重力作用下向下層移動(dòng)，因此乳狀液在儲(chǔ)藏期間會(huì)發(fā)生分層現(xiàn)象，上層為不透明的乳化層，下層為輕微混濁或透明的血清層。記錄不同儲(chǔ)藏時(shí)間血清層的高度（Hs）和乳狀液的總高度（Ht）。

1.4.4 絮凝指數(shù)

新鮮或儲(chǔ)藏一定時(shí)間乳狀液滴的絮凝指數(shù)用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：d4，3-water表示水作為分散劑的乳狀液滴的d4，3，d4，3-water表示 1%SDS 作為分散劑的乳狀液滴的d4，3。

在1.4.2.中分別用去離子水和1%SDS溶液稀釋乳狀液滴并測(cè)量了平均粒徑（d4，3）。

1.4.5 流變特性

為了測(cè)定新鮮乳狀液和儲(chǔ)藏14 d的乳狀液的流變特性，本試驗(yàn)采用具有平行板（平板直徑為40 mm，間隙高度為0.5 mm）的DHR-1動(dòng)態(tài)剪切流變儀，測(cè)量溫度為25℃，。剪切流動(dòng)試驗(yàn)中剪切速率由0.01 s-1到10 s-1。通過(guò)測(cè)量表觀黏度對(duì)剪切速率的變化趨勢(shì)來(lái)表征乳狀液的流變特征。

1.4.6 乳化劑在水相及界面的分布

參照YU等[14]的方法測(cè)定新鮮乳狀液和儲(chǔ)藏14 d的乳狀液中蛋白含量在各相的分布情況，取1 mL乳狀液置于1.5 mL的離心管中，于25℃，15 000 g條件下離心45 min，用注射器小心吸取下層清液在相同條件下再次離心，小心吸取下層清液，并合并多個(gè)離心中的清液，合并后的清液過(guò)0.22 μm濾膜，使用Lowry等[15]的方法測(cè)定濾液的蛋白含量。

參考Hunag[16]等的方法計(jì)算蛋白在兩相中的分配系數(shù)，公式如下：

式中：Vw表示水的體積，mL；Vl表示油的體積，mL；Wt表示總蛋白含量，（mg/mL）；Ww表示水相中的蛋白含量，（mg/mL）；計(jì)算時(shí)所用油的密度（g/mL）為0.922；水相中的蛋白含量占總蛋白含量的比例為（Ww/Wt）；界面上吸附的蛋白含量所占的比例等于總的蛋白含量與水相中蛋白含量之差。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)三次，結(jié)果表示為平均數(shù)±SD。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Statistix 8.1（St Paul，MN）軟件包中Linear Models程序進(jìn)行，差異顯著性（P<0.05）分析使用Tukey HSD程序。采用Sigmaplot11.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 ζ-電勢(shì)的變化

乳化體系是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，為了改善乳狀液的穩(wěn)定性，需要表面活性劑。食品中許多具有表面活性的物質(zhì)（例如一些蛋白質(zhì)分子、磷脂分子）一般都具有帶電性，當(dāng)這些具有表面活性的物質(zhì)附著在水包油型乳狀液的油-水界面膜上的時(shí)候，使得油滴表面的界面膜也具有一定的帶電性。

根據(jù)DLVO理論，乳狀液的穩(wěn)定性一定程度上取決于乳狀液液滴間吸引力（范德華力）和排斥力（例如靜電，空間和水合力）的相對(duì)大小[17]。WPC及H-WPC穩(wěn)定的乳狀液的ζ-電勢(shì)隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

圖1 儲(chǔ)藏時(shí)間對(duì)乳狀液粒子ζ-電位的影響Fig.1 Effect of storage time on zeta potential of emulsion

ζ-電勢(shì)表示的是懸浮顆粒表面的電動(dòng)力學(xué)電荷的大小，并且表明乳液液滴之間的排斥力的強(qiáng)度，能夠在一定程度上反映出乳化體系的穩(wěn)定性。一般認(rèn)為，當(dāng) ζ-電勢(shì)為±0-10 mV，±10-20 mV 和±20-30 mV以及±30 mV時(shí)，分別表示膠體體系高度不穩(wěn)定，相對(duì)穩(wěn)定，中度穩(wěn)定和高度穩(wěn)定[18]。由圖1可知，當(dāng)pH 7.0時(shí)兩種乳狀液的ζ-電勢(shì)為負(fù)值，說(shuō)明乳狀液滴表面所帶的靜電電荷為負(fù)，即吸附到油滴表面的蛋白質(zhì)分子帶負(fù)電荷，此外，伴隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的逐步延長(zhǎng)，不論是WPC還是H-WPC涂覆的乳狀液滴，其ζ-電勢(shì)的絕對(duì)值均呈下降趨勢(shì)，WPC涂覆的液滴的電位從-41.8 mV顯著降低到-29.1 mV（p<0.05），H-WPC穩(wěn)定的液滴也從-41.4 mV 顯著變?yōu)?26.3 mV（p<0.05），Yi[19]等的研究表明ζ-電勢(shì)的絕對(duì)值越高，乳狀液物理穩(wěn)定性越高，即乳狀液在貯藏期間可以抵抗聚集和絮凝的能力越強(qiáng)，因此ζ-電勢(shì)絕對(duì)值的減小說(shuō)明了乳狀液滴間靜電斥力的降低，即乳狀液的穩(wěn)定性隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加呈逐漸下降的趨勢(shì)。此外，ζ-電位的變化反映了蛋白質(zhì)和表面組成的變化[20]。在同一儲(chǔ)藏時(shí)間，WPC穩(wěn)定的乳狀液滴的ζ-電勢(shì)與H-WPC涂覆的液滴相比有所增大，說(shuō)明WPC穩(wěn)定的乳狀液滴表面所帶的靜電荷更多，WPC穩(wěn)定的乳狀液的物理穩(wěn)定性更好。這是因?yàn)闊崽幚頃?huì)誘導(dǎo)蛋白質(zhì)表面疏水性的變化。本試驗(yàn)中對(duì)WPC蛋白分散液進(jìn)行90℃預(yù)處理導(dǎo)致β-Lg的變性，使原本位于球形蛋白內(nèi)部的疏水性氨基酸殘基暴露出來(lái)，增加了其表面疏水性，同時(shí)，乳清蛋白分子之間通過(guò)SH/S-S/S交換反應(yīng)形成聚合物，從而導(dǎo)致乳狀液的穩(wěn)定性降低，表現(xiàn)為ζ-電勢(shì)有所下降[21]。

2.2 粒徑的變化

乳狀液的粒徑隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化情況見(jiàn)圖2所示。

由圖2可知，在同一儲(chǔ)藏時(shí)間，H-WPC涂覆的液滴較WPC穩(wěn)定的乳狀液滴的粒徑大，這是因?yàn)榧訜犷A(yù)處理WPC分散液導(dǎo)致其中的球狀蛋白（如β-Lg，α-La）變性，變性能夠影響蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，致使球狀結(jié)構(gòu)展開(kāi)，暴露了先前隱藏的疏水性基團(tuán)，從而引起蛋白質(zhì)分子的聚集，不能有效的吸附到乳狀液滴表面，使粒徑的增大[22]。此外，乳狀液的粒徑隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增大有所增大，WPC和H-WPC穩(wěn)定的新鮮乳狀液的 d4，3分別為 1.56 μm 和 1.73 μm，經(jīng)過(guò) 14 天的儲(chǔ)藏后，其 d4，3分別增加到 1.97 μm 和 2.96 μm，但差異不顯著（p＞0.05）。

由于蛋白質(zhì)的變性和聚集機(jī)制取決于加熱的條件和化學(xué)環(huán)境，加熱溫度和pH是最重要的決定因素之一，因此，不同的處理溫度和時(shí)間往往會(huì)對(duì)乳狀液的穩(wěn)定性產(chǎn)生不同的影響[23-24]。Dybowska[25]探究了不同加熱溫度對(duì)WPC分散液粒度分布的影響，結(jié)果表明未加熱和加熱至70℃的WPC分散體的粒度分布曲線幾乎相同，隨著加熱溫度的進(jìn)一步提高，粒度分布曲線向具有更高粒徑的方向移動(dòng)。當(dāng)預(yù)加熱溫度為80℃時(shí)，明顯具有更高的平均粒徑，最大聚集體達(dá)到1.28μm，90℃預(yù)處理可達(dá)到1.48 μm，而95℃為1.71 μm。即預(yù)熱溫度高于70℃時(shí)可導(dǎo)致WPC分散體的變性引起廣泛的蛋白質(zhì)聚集。Millqvist-Fureby[26]等將WPC在60℃～90℃條件下熱處理1 000 s后制備乳狀液，研究結(jié)果顯示伴隨著加熱溫度的增加乳液的液滴逐漸增大，并且乳狀液的穩(wěn)定性逐漸下降，這可能是由于加熱處理后乳清蛋白表面活性減小，乳化的效率隨著變性程度的增加而降低，從而導(dǎo)致液滴聚集。

2.3 分層指數(shù)（CI）的變化

由于乳化體系是非自發(fā)形成的熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，在重力的作用下，存在密度差的分散相（油相）和連續(xù)相（水相）經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的貯藏會(huì)發(fā)生相分離，從而降低了乳狀液的穩(wěn)定性[27]。而CI是表征乳狀液滴抗重力分離的穩(wěn)定性的重要方法。CI能夠在一定程度上反映乳狀液滴的聚集程度，進(jìn)一步衡量乳化體系的物理穩(wěn)定性，CI越小，說(shuō)明液滴抵抗重力的能力越強(qiáng)，乳狀液越穩(wěn)定[28]。

在0～14 d儲(chǔ)藏期內(nèi)，WPC和H-WPC穩(wěn)定的乳狀液滴的分層情況變化見(jiàn)圖3。

圖3 儲(chǔ)藏時(shí)間對(duì)乳狀液粒子分層指數(shù)的影響Fig.3 Effect of storage time on creaming index of emulsion

由圖3可知，新鮮制備的乳狀液未發(fā)生分層現(xiàn)象，而在儲(chǔ)藏期內(nèi)，密度較低的油滴向上移動(dòng)形成不透明的乳油層，且乳油層的不透明逐漸增大，而血清相則是渾濁狀態(tài)，盡管乳油層和血清層的分界面不明顯，但仍可以識(shí)別。隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的逐漸延長(zhǎng)，樣品的分層指數(shù)（CI）呈逐漸增大的趨勢(shì)，WPC制備的乳狀液，CI從0%增大到4%，相對(duì)于H-WPC穩(wěn)定的乳狀液來(lái)說(shuō)，分層較為緩慢，且當(dāng)儲(chǔ)藏時(shí)間相同時(shí)，WPC涂覆的液滴的CI較小，H-WPC穩(wěn)定的乳狀液其CI值在第14天達(dá)到最大7%，表明WPC經(jīng)過(guò)高溫預(yù)熱處理后制備的乳狀液的物理穩(wěn)定性下降。

分散相的液滴粒徑大小對(duì)分層指數(shù)具有顯著影響，隨著液滴粒徑增大，乳狀液分層變慢，乳狀液更不穩(wěn)定，反之亦然。乳清濃縮蛋白經(jīng)過(guò)加熱預(yù)處理后，暴露了更多疏水性的氨基酸殘基，增加了其表面疏水性，導(dǎo)致液滴的粒徑增大，從而使乳狀液失穩(wěn)，CI值增大[22]。此外，乳狀液的分層行為還與界面膜的厚度有關(guān)，如果蛋白質(zhì)吸附于界面的速度快于打開(kāi)的速度，則會(huì)形成更厚的界面膜。然而，在90℃預(yù)熱5 min的條件下，WPC變性程度較大，所以蛋白質(zhì)吸附的速度小于展開(kāi)的速度，降低了界面膜的厚度，從而降低了乳狀液的物理穩(wěn)定性。

2.4 絮凝指數(shù)（FI%）的變化

SDS是一種陰離子表面活性劑，能夠吸附在液滴表面，通常在衍射分析期間，如存在SDS，SDS分子會(huì)置換吸附于油/水界面蛋白質(zhì)并且誘導(dǎo)其與液滴之間的靜電排斥作用，從而破壞原始的液滴聚集體[29]。因此，SDS能夠降低橋接油滴的程度，但如果液滴聚結(jié)，則不會(huì)破壞聚集。當(dāng)不存在SDS分子時(shí)，盡管稀釋和攪拌可能破壞任何弱絮凝的液滴，但不會(huì)破壞強(qiáng)絮凝的液滴，因此該方法能夠用來(lái)評(píng)價(jià)由于橋接機(jī)制形成的絮狀物的穩(wěn)定性[30]。

乳狀液在0到14天的儲(chǔ)藏期內(nèi)絮凝指數(shù)（FI）的變化情況見(jiàn)圖4。

圖4 儲(chǔ)藏時(shí)間對(duì)乳狀液粒子絮凝指數(shù)的影響Fig.4 Effect of storage time on flocculation index of emulsion

絮凝是導(dǎo)致乳狀液失穩(wěn)的主要機(jī)制之一。絮凝的發(fā)生通?；谌闋钜旱沃g的相互作用（例如靜電排斥）。在凈排斥相互作用的情況下，液滴吸附層之間的靜電排斥作用能夠防止絮凝，如果電荷減少，則靜電斥力降低并且可能引起液滴絮凝[31]。因此，絮凝指數(shù)可作為衡量乳狀液是否穩(wěn)定的一個(gè)重要指標(biāo)。由圖4可知，伴隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，所有樣品的FI均呈增大趨勢(shì)，在第0天，WPC和H-WPC穩(wěn)定的乳狀液滴的FI分別為0.06%和0.77%，說(shuō)明新鮮乳狀液未有絮凝形成，乳狀液較穩(wěn)定。在第14天達(dá)到了最大，分別為2.77%和3.86%，說(shuō)明兩種乳狀液在儲(chǔ)藏期間均發(fā)生絮凝且絮凝程度逐漸增大，乳狀液的穩(wěn)定性降低。

靜電排斥力對(duì)于穩(wěn)定乳狀液起到了關(guān)鍵作用，與上述分析可知，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附層的表面電荷減少，靜電斥力降低，形成較大的聚集體，從而導(dǎo)致絮凝程度的增大，這與粒徑和電勢(shì)的測(cè)量結(jié)果一致。由于熱處理導(dǎo)致WPC變性、聚集導(dǎo)致H-WPC制備的乳狀液的FI顯著高于（p＜0.05）WPC制備的乳狀液。這是研究結(jié)果表明，β-Lg經(jīng)過(guò)加熱后其表面疏水性增加，對(duì)于有利于液滴間的相互吸引作用，從而反應(yīng)了乳狀液穩(wěn)定性的降低。熱誘導(dǎo)引起絮凝的程度取決于諸多因素，如熱處理時(shí)間及溫度和未吸附的蛋白質(zhì)濃度。形成的絮凝物通過(guò)吸附到不同液滴表面的蛋白質(zhì)之間的疏水相互作用和共價(jià)二硫鍵結(jié)合在一起，WPC經(jīng)過(guò)高溫加熱后暴露了更多的疏水作用基團(tuán)，從而加劇了絮凝物的形成。

2.5 乳狀液流變學(xué)特性

乳狀液的物理穩(wěn)定性與其流變性能密切相關(guān)[32]。乳狀液中連續(xù)相的流變學(xué)性質(zhì)、平均粒度及粒度分布、內(nèi)部黏度等均能影響乳狀液的流變特性。根據(jù)斯托克定律，乳液的乳化穩(wěn)定性可以通過(guò)減小液滴粒徑大小、增加連續(xù)相的黏度或最小化液滴和連續(xù)相之間的密度差異來(lái)改善[33]。

在第0天和第14天的表觀黏度對(duì)剪切速率的變化情況見(jiàn)圖5。

圖5 剪切速率對(duì)乳狀液粒子黏度的影響Fig.5 Effect of shear rate on the viscosity of emulsion

由圖5可知，在剪切速率從0.01 s-1～1 s-1的變化范圍內(nèi)，所有樣品均表現(xiàn)出假塑性行為，即曲線顯示為剪切稀化行為（乳狀液樣品的表觀粘度隨著剪切速率的增大而減?。?。乳狀液滴表現(xiàn)為剪切稀化行為可能是由于劇烈的剪切而引起的結(jié)構(gòu)的破壞，油滴之間的相互界面力可以解釋這一點(diǎn)。在低剪切速率較低時(shí)，小的流體動(dòng)力不能破壞使液滴聚在一起的界面力，并且乳狀液顯示出高的表觀粘度。當(dāng)剪切速率增加時(shí)，流體動(dòng)力學(xué)力也隨之增大從而破壞絮凝物，造成乳化體系中表觀粘度的降低，實(shí)現(xiàn)在高剪切速率下的類(lèi)似于牛頓流體[34]。此外，H-WPC制備的乳狀液的表觀粘度顯著增大（p＜0.05），而且所有樣品在經(jīng)過(guò)14 d的儲(chǔ)藏后其表觀粘度較新鮮制備的乳狀液均有所增大，第14天達(dá)到最大值。這說(shuō)明隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加，乳狀液滴粘度增大，這也與前文所述的乳狀液滴在儲(chǔ)藏期間粒徑增大，表面電荷減小，液滴發(fā)生聚集，穩(wěn)定性降低一致。Taherian等[35]的研究也表明，乳狀液在儲(chǔ)藏期間黏度的增加與液滴的絮凝有關(guān)，Peng等[36]通過(guò)對(duì)豌豆蛋白進(jìn)行熱預(yù)處理（90℃，30 min），也得到了類(lèi)似的結(jié)論。

2.6 乳化劑在油水界面的分布

蛋白質(zhì)吸附于油水界面上形成具有高粘彈性的界面膜，產(chǎn)生空間位阻和靜電排斥以穩(wěn)定乳狀液，抵抗油滴的聚集絮凝等。蛋白質(zhì)和界面之間的疏水相互作用是驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)分子吸附于界面的主要作用力。因此，蛋白質(zhì)分子表面的疏水性氨基酸殘基越多，越利于吸附于界面。

乳狀液儲(chǔ)藏14天后WPC及H-WPC在水相及與油水界面的分布情況見(jiàn)表1。

表1 不同處理?xiàng)l件下乳化劑在水相中的分布情況Table 1 Partitioning of emulsifier in the aqueous solution under different treatment conditions

由表1可知，水相中WPC的含量比H-WPC的含量高，且兩者差異顯著（p＜0.05）。經(jīng)過(guò)加熱預(yù)處理后，H-WPC分子在油水界面的分配系數(shù)（4.16）較WPC的分配系數(shù)高（1.52）。這是由于WPC經(jīng)過(guò)高溫加熱預(yù)處理后，蛋白質(zhì)分子打開(kāi)，暴露了原本位于球狀蛋白分子內(nèi)部的疏水性氨基酸殘基，增加了蛋白質(zhì)分子的表面疏水性，因此，水相中蛋白含量減少，從而有利于蛋白質(zhì)吸附到界面上，導(dǎo)致油水界面的分配系數(shù)增大。Peng等[36]對(duì)用熱預(yù)處理（90℃，30 min）的豌豆蛋白穩(wěn)定的乳狀液進(jìn)行，表明在相同的濃度，經(jīng)過(guò)加熱預(yù)處理的乳狀液的蛋白吸附量要高于為加熱的乳狀液，這也與Li[37]等關(guān)于預(yù)加熱的大豆蛋白乳狀液吸附蛋白的百分比的高于未加熱的蛋白乳狀液這一結(jié)果一致。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)主要針對(duì)加熱預(yù)處理（90℃，5 min）是否能夠?qū)θ榍鍧饪s蛋白作為穩(wěn)定劑所制備的菜籽油水包油型乳狀液的特性和物理穩(wěn)定性產(chǎn)生影響進(jìn)行了深入探討。通過(guò)分析乳狀液在儲(chǔ)藏期間（0～14 d）的ζ-電勢(shì)、粒徑、絮凝指數(shù)、分層指數(shù)、流變特性的測(cè)定結(jié)果，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)預(yù)熱處理的乳清濃縮蛋白能夠顯著降低乳狀液在整個(gè)儲(chǔ)藏期間的物理穩(wěn)定性。另外，乳清分離蛋白在油水界面中的分布情況直接驗(yàn)證了預(yù)加熱處理不利于促進(jìn)乳狀液物理穩(wěn)定性的結(jié)果。因此，本試驗(yàn)為乳清濃縮蛋白的預(yù)熱處理在乳狀液產(chǎn)品中的合理應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

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Effect of Preheated Whey Protein Concentrate on the Physical Stability of Oil-in-water Emulsions

WANG Chao1，CAO Chuan-ai1，CAI Jun-ze2，CHEN Yi-chun1，KONG Bao-hua1，LIU Qian1，*
（1.College of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，Heilongjiang，China；2.Beijing Sanyuan Foods Co.，Ltd.，Beijing 100163，China）

The effect of preheated treatment（90℃，5 min）on the physical stability of rapeseed oil-in-water emulsion of prepared by using whey protein concentrate as stabilizer were investigated.The changes trend of ζpotential，particle size，flocculation index，creaming index，rheological property and the partition coefficient of protein in the emulsion during the whole storage period（0-14 days）were measured.The results showed that the preheated treatment of whey protein concentrate could significantly reduce the physical stability of the emulsion during during the whole storage period compared with the natural whey protein concentrate （p＜ 0.05），especially the lower ζ-potential（p ＜ 0.05），and higher particle size，flocculation index，creaming index and viscosity （p ＜ 0.05）.Furthermore，the denaturation and aggregation of whey protein concentrate caused by preheat-treated could significantly increase the distribution of the protein on the surface of the emulsion membrane（p ＜ 0.05），thus confirming the physical stability of the emulsions.The results indicated that the thermal pretreatment significantly reduced the physical stability of the whole emulsion during storage and provided a theoretical basis for the rational application of whey protein concentrate in the emulsion-based food.

whey protein concentrate；preheated treatment；oil-in-water emulsion；stability；distribution of interface

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.23.002

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31671788）；東北農(nóng)業(yè)大學(xué)“學(xué)術(shù)骨干”項(xiàng)目（16XG18）

王超（1993—），女（漢），碩士研究生，研究方向:畜產(chǎn)品加工。

*通信作者：劉騫（1981—），男，教授，博士生導(dǎo)師，博士。

2017-04-24