甜菜果膠乳化活性及穩(wěn)定性

陳 浩，張凱華，劉世永，岳曉強(qiáng)，甘 晶，邱 爽，吉愛國，殷麗君,5,*

（1.山東大學(xué)（威海）海洋學(xué)院，山東 威海 264209；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心，北京 100083；3.威海海洋職業(yè)學(xué)院食品工程系，山東 威海 264300；4.嘉吉亞太食品系統(tǒng)（北京）有限公司，北京 102200；5.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

甜菜果膠乳化活性及穩(wěn)定性

陳 浩1,2，張凱華2，劉世永3，岳曉強(qiáng)4，甘 晶2，邱 爽2，吉愛國1，殷麗君2,5,*

（1.山東大學(xué)（威海）海洋學(xué)院，山東 威海 264209；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心，北京 100083；3.威海海洋職業(yè)學(xué)院食品工程系，山東 威海 264300；4.嘉吉亞太食品系統(tǒng)（北京）有限公司，北京 102200；5.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

甜菜果膠是一種從甜菜粕中提取的酸性陰離子多糖，主鏈由鼠李糖和半乳糖醛酸組成，側(cè)鏈數(shù)量豐富，主要由鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、果糖等一些中性糖組成。其中中性糖末端與蛋白質(zhì)共價(jià)連接，賦予了甜菜果膠良好的乳化性質(zhì)。本研究主要探究了甜菜果膠的乳化特性并與柑橘果膠進(jìn)行對(duì)比?？疾炝颂鸩似僧a(chǎn)地、果膠質(zhì)量濃度、pH值、溫度、貯藏時(shí)間等對(duì)乳液特性（粒徑分布、平均粒徑、Zeta-電位和濁度變化）的影響。研究結(jié)果表明，產(chǎn)地不同對(duì)甜菜果膠結(jié)構(gòu)組成影響較大，以甜菜果膠制備的乳液粒徑顯著小于柑橘果膠乳液，且乳化活性更高。當(dāng)甜菜果膠質(zhì)量濃度為10～25 mg/mL時(shí)，乳液在4 周的貯存期內(nèi)保持良好的穩(wěn)定性，而柑橘果膠乳液粒徑顯著增加。pH 2～6的范圍內(nèi)，果膠粒徑基本保持不變。25～85℃升溫過程中，柑橘果膠乳液粒徑大幅增加。說明甜菜果膠具有良好的乳化活性和穩(wěn)定性。本研究為甜菜果膠的實(shí)際應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。

甜菜果膠；產(chǎn)地；柑橘果膠；乳化活性；乳化穩(wěn)定性

乳化技術(shù)是食品生產(chǎn)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)借助乳化劑降低界面張力來實(shí)現(xiàn)兩種不相溶液體（通常是油和水）的均一混合，形成水包油型（oil in water，O/W）或油包水型（water in oil，W/O）乳液，軟飲料、蛋黃醬、冰淇淋和人造奶油等均是典型的乳化體系。食品工業(yè)中，乳化劑通常分為2 類：一類是小分子表面活化劑，主要包括聚山梨醇酯、甘油酯、蔗糖酯等；另外一類是大分子物質(zhì)，常見的有各種蛋白質(zhì)、多糖等[1]。

乳化劑種類不同，其乳化能力和制備的乳液的性質(zhì)也存在較大差異。蛋白質(zhì)和卵磷脂具有較好的乳化能力，所制備的乳液雖然粒徑較小，但對(duì)酸堿變化、鹽的添加、加熱和冷凍處理等非常敏感[2]。果膠作為一酸性陰離子多糖，擁有良好的乳化能力。Siew等[3]發(fā)現(xiàn)甜菜果膠中的蛋白質(zhì)賦予了其良好的乳化能力，柑橘果膠和蘋果果膠分子質(zhì)量低于80 kDa時(shí)，能形成穩(wěn)定的乳液[4-5]。雖然大多數(shù)植物組織中都含有果膠成分，但目前商業(yè)果膠大部分仍從柑橘和蘋果果皮中獲得[6]。作為世界上種植規(guī)模和產(chǎn)量最大的2 種水果，蘋果和柑橘果膠具有原料充足、果膠含量較高且果膠質(zhì)量相對(duì)較好等特點(diǎn)。而在前期實(shí)驗(yàn)中又發(fā)現(xiàn)，柑橘果膠的乳化性質(zhì)要優(yōu)于蘋果果膠[6]；因此本研究中選擇了柑橘果膠與甜菜果膠進(jìn)行各方面理化性質(zhì)的比較。

甜菜粕是甜菜榨糖的主要副產(chǎn)物，與甜菜糖的產(chǎn)出比約為9∶1。僅2010—2011年的榨季，我國的甜菜濕粕產(chǎn)量就高達(dá)650萬 t[6]。甜菜粕中富含纖維素（約30%）、果膠（約20%）、蛋白質(zhì)（約10%）、糖（約4%）以及甜菜堿等物質(zhì)[7-9]。目前甜菜粕主要被用作動(dòng)物飼料，開發(fā)利用率極低，且在加工利用過程中，存在著產(chǎn)業(yè)鏈短、利用率低、資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等問題[10-12]。因此，拓寬甜菜粕的應(yīng)用范圍，提高其附加值，實(shí)現(xiàn)甜菜粕的綜合利用和多層次開發(fā)，不僅能提高其商業(yè)價(jià)值，更是減少環(huán)境污染的有效途徑。

甜菜果膠在甜菜粕中含量豐富，具有良好的乳化特性和凝膠特性，是食品中常見的增稠穩(wěn)定劑，并且市面上已經(jīng)出現(xiàn)了許多相關(guān)專業(yè)產(chǎn)品，如可食用生物降解膜、藥物及營養(yǎng)物質(zhì)的包埋和運(yùn)輸載體等[10-11]。目前為止，發(fā)現(xiàn)的果膠的結(jié)構(gòu)有以下4 種：同聚半乳糖醛酸（homogalacturonan，HG）、鼠李糖半乳糖醛酸Ⅰ（rhamnogalacturonan Ⅰ，RG-Ⅰ）、鼠李半乳糖醛酸Ⅱ（rhamnogalacturonan Ⅱ，RG-Ⅱ）以及木聚糖-半乳糖醛酸（xylogalacturonan，XGA）[13-14]。甜菜果膠中存在大量的RG-Ⅰ型結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈數(shù)量豐富，主要由半乳糖醛酸和一些中性糖組成。中性糖末端與蛋白質(zhì)共價(jià)連接，賦予了甜菜果膠良好的乳化性質(zhì)。而側(cè)鏈中部分阿拉伯呋喃糖的C-2和吡喃半乳糖的C-6位酯化后共價(jià)連接的阿魏酸基團(tuán)，則是對(duì)甜菜果膠進(jìn)行改性處理的重要位點(diǎn)[15]。甜菜果膠分子質(zhì)量較小，乙?；枯^高，很難形成凝膠，但蛋白質(zhì)、阿魏酸的存在使其具有一定的疏水特性，從而呈現(xiàn)出良好的乳化性質(zhì)。

中國是世界上主要的甜菜產(chǎn)區(qū)之一，內(nèi)蒙古、新疆、東北是主要的種植地區(qū)，約占全國甜菜總產(chǎn)量的90%。本實(shí)驗(yàn)主要從這3 個(gè)甜菜主產(chǎn)區(qū)中選擇了5 個(gè)縣市的甜菜粕，進(jìn)行果膠提取研究。分析了不同產(chǎn)地甜菜果膠的結(jié)構(gòu)組成及理化性質(zhì)差異。優(yōu)選蛋白質(zhì)含量較高產(chǎn)地的甜菜粕，進(jìn)行提取方法研究。本研究對(duì)甜菜果膠制備的O/W乳液的乳化特性進(jìn)行了分析，并以柑橘果膠作為對(duì)照，考察了果膠質(zhì)量濃度、pH值、溫度、鹽對(duì)乳液特性（粒徑分布、平均粒徑、Zeta-電位和濁度變化）的影響，為其應(yīng)用開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

甜菜粕顆粒由博天糖業(yè)有限公司提供，分別取自綠源、赤峰、博城、九三、前旗5 個(gè)地區(qū)。5 個(gè)工廠獲得甜菜干粕的方法均為熱風(fēng)120 ℃條件下烘干40 min。為去除甜菜粕顆粒表面灰塵及夾帶的雜質(zhì)、可溶性糖等，將甜菜粕顆粒放入清水中浸泡2 h使其充分溶脹，撈出后盡量擠干水分，再以流動(dòng)的清水沖洗數(shù)遍至水顏色較為澄清。將瀝干水分的甜菜粕放入55 ℃烘箱中烘至水分含量7%（干基）左右。用粉碎機(jī)粉碎，放入干燥器中備用。

P9135柑橘果膠、疊氮鈉（分析純） 美國Sigma-Aldrich公司；大豆油（食品級(jí)） 益海嘉里食品營銷有限公司；其他試劑均為分析純 北京化學(xué)試劑公司。

1.2 儀器與設(shè)備

T9型紫外-可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；T25basic型高速均質(zhì)機(jī) 德國IKA公司；NS1001L型高壓均質(zhì)機(jī) 意大利GEA NiroSoavi公司；LS230型激光衍射粒徑儀 美國貝克曼庫爾特公司。

1.3 方法

1.3.1 甜菜果膠的提取

取10 g甜菜粕粉末，按料液比為1∶30（m/V）加入去離子水，用1 mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值至1.2。在恒溫水浴鍋（90 ℃）中浸提3 h后，冷卻至室溫。用250 目尼龍布過濾，濾液用6 mol/L NaOH溶液調(diào)pH值至3.5，6 000 r/min離心5 min得到上清液[7]，將上清液轉(zhuǎn)移至燒杯中，加入2 倍體積無水乙醇，靜置5 h使果膠充分析出，用250 目尼龍布過濾得濕果膠[16]，用30 mL乙醇清洗2 次以除去色素和游離的中性糖[17]。最后冷凍干燥，獲得甜菜果膠。

1.3.2 甜菜果膠O/W乳液的制備

稱取不同質(zhì)量的甜菜果膠和柑橘果膠，加入含0.2 mg/mL疊氮鈉（防止微生物生長引起乳液腐?。┑娜ルx子水，溶解配制成為5、10、15、20、25 mg/mL的果膠溶液。將配制好的果膠溶液和大豆油以9∶1（m/m）的比例混合，通過高剪切乳化機(jī)在轉(zhuǎn)速16 000 r/min下均質(zhì)3 min制備初乳液，隨后將初乳液通過50 MPa壓力的高壓均質(zhì)機(jī)進(jìn)行高壓均質(zhì)，獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的O/W乳液[6]。

1.3.3 果膠的基本成分分析

1.3.3.1 果膠中蛋白質(zhì)含量測定

果膠中蛋白質(zhì)含量的測定采用考馬斯亮藍(lán)法[18]，應(yīng)用蛋白質(zhì)與考馬斯亮藍(lán)G-250通過范德華力結(jié)合后，變成藍(lán)色，在595 nm波長處有最大吸光度。以牛血清白蛋白（bovine serum album，BSA）含量計(jì)。

1.3.3.2 果膠中阿魏酸含量的測定

果膠中阿魏酸含量的測定采用酈金龍等[19]的方法，略有改動(dòng)。將果膠溶于蒸餾水中，配成0.5 mg/mL果膠溶液，測定其在325 nm波長處的紫外吸光度。配制一系列質(zhì)量濃度的阿魏酸溶液，測定其在325 nm波長處的吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，并計(jì)算得到果膠中阿魏酸的含量。

1.3.3.3 果膠中半乳糖醛酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定

商品果膠要求半乳糖醛酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須達(dá)到65%以上，因此果膠中半乳糖醛酸含量是判斷果膠品質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)。本研究采用咔唑硫酸法測定果膠中半乳糖醛酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)[20]。稱取0.15 g咔唑溶于100 mL精制乙醇中，得到1.5 mg/mL咔唑-乙醇溶液。取25 mL玻璃試管，放入冰水浴中預(yù)冷30 min后，緩慢加入6 mL濃硫酸（防止掛壁），隨后加入1 mL果膠溶液（0.5 mg/mL），充分混勻冷卻后，放入沸水浴中加熱10 min。取出后用流動(dòng)的水沖洗使其快速降至室溫，隨后加入0.5 mL咔唑-乙醇溶液，充分混勻后，室溫放置30 min后，測定其在530 nm波長處的吸光度。以半乳糖醛酸為標(biāo)準(zhǔn)品，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，并計(jì)算得到各果膠中半乳糖醛酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.4 甜菜果膠理化性質(zhì)測定

1.3.4.1 果膠酯化度的測定

果膠酯化度采用滴定法測定[7,21-22]。用蒸餾水配制20 mL 1 mg/mL果膠溶液，磁力攪拌至充分溶解，向果膠溶液中加入2～3 滴酚酞指示劑，并用0.05 mol/L NaOH溶液滴定至變色，所用NaOH溶液體積記為V1。隨后，向該溶液中緩慢加入20 mL 0.1 mol/L NaOH溶液，于磁力攪拌器上攪拌30 min，得到去甲酯化果膠。最后，向該溶液加入20 mL 0.1 mol/L鹽酸溶液，過量鹽酸用0.1 mol/L NaOH溶液滴定至酚酞指示劑變色，所消耗NaOH溶液體積記為V2。按公式（1）計(jì)算酯化度。

1.3.4.2 果膠親水親油平衡值的測定

采用乳化法測定甜菜果膠的親水親油平衡（hydrophile-lipophile balance，HLB）值。配制10 mg/mL果膠溶液作為乳化劑。用松節(jié)油（HLB值為16）和棉籽油（HLB值為6）配制一系列所需不同HLB值的油相，HLB值按式（2）計(jì)算。每15 份油相中加入5 份果膠溶液，然后加入80 份水，在均質(zhì)機(jī)中以3 000 r/min剪切均質(zhì)30 min，比較一系列樣品的穩(wěn)定性，其中穩(wěn)定性最好的乳液中油相所需HLB值就是表面活性劑的HLB值[22]。

式中：m1、m2分別為松節(jié)油、棉籽油質(zhì)量/g；HLB1、HLB2分別為松節(jié)油、棉籽油所需HLB值。

1.3.4.3 果膠溶液Zeta-電位的測定

稱取0.01 g果膠樣品，加入到10 mL蒸餾水中配制成1 mg/mL果膠溶液。測定前用蒸餾水稀釋500 倍，避免濃度過大產(chǎn)生光散射影響測定結(jié)果。將稀釋液加入到Zeta-電位測定儀樣品池中進(jìn)行測定[23]。

1.3.5 環(huán)境條件對(duì)果膠O/W乳液乳化性質(zhì)的影響

1.3.5.1 pH值對(duì)果膠O/W乳液乳化性質(zhì)的影響

取5 mL 10 mg/mL果膠乳液，用0.1 mol/L鹽酸溶液和0.1 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值分別至3、4、5、6。室溫放置不同時(shí)間后，測定乳液乳化特性[24]。

1.3.5.2 溫度對(duì)果膠O/W乳液乳化性質(zhì)的影響

取5 mL果膠質(zhì)量濃度為10 mg/mL的乳液，分別置于25、45、65、85 ℃恒溫水浴鍋中加熱20 min。然后將其冷卻至室溫，放置不同時(shí)間后，測定其乳化特性[25]。

1.3.6 果膠O/W乳液乳化性質(zhì)的測定

1.3.6.1 粒徑分布及平均粒徑的測定

乳液粒徑采用激光粒徑分析儀進(jìn)行測定。選擇蒸餾水作為測量背景，Small Volume Module模式，將樣品加入樣品池直到顯示體積分?jǐn)?shù)為8%～12%之間，即可開始進(jìn)行測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過LS 3.29軟件進(jìn)行記錄和數(shù)據(jù)分析。果膠乳液的平均粒徑用體積平均粒徑（d4,3）表示，按式（3）計(jì)算[5]。

1.3.6.2 乳化活性和乳化穩(wěn)定性的測定

乳化活性用濁度來表示。乳化穩(wěn)定性由濁度變化前后的比值來反映。將乳液用1 mg/mL十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfonate，SDS）溶液稀釋400 倍，以SDS溶液為空白對(duì)照，用紫外-可見分光光度測定其在500 nm波長處的吸光度，濁度按式（4）計(jì)算。

式中：T為果膠O/W乳液的濁度/m-1；A為稀釋乳液所測的吸光度，N為稀釋倍數(shù)（400），I為光程差，即比色皿厚度（0.01 m）。

1.3.6.3 Zeta-電位的測定

測定5 mg/mL果膠溶液制得乳液Zeta-電位，具體方法同1.3.4.3節(jié)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有圖都用Origin 8.6軟件繪制，通過Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。除特殊說明外，所有樣品至少做2 組平行，測定2 次以上。所有指標(biāo)均為3 組以上數(shù)據(jù)平均值，并采用SPSS 19.0軟件中Duncan法分析組間差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)地甜菜果膠的理化性質(zhì)

表1 不同產(chǎn)地甜菜果膠的理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of sugar beet pectin from different geographical origins

對(duì)5 個(gè)產(chǎn)地甜菜粕提取的甜菜果膠做進(jìn)一步的成分分析，如表1所示。所得到的甜菜果膠的半乳糖醛酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在65%以上，達(dá)到商品果膠的要求。甜菜果膠中蛋白質(zhì)含量豐富，除前旗地區(qū)外，其余均大于65 mg/g，遠(yuǎn)高于柑橘果膠中蛋白質(zhì)含量（36.7 mg/g）。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，甜菜果膠中的蛋白質(zhì)大多共價(jià)連接于鼠李糖的末端，是甜菜果膠具有良好乳化性質(zhì)的重要原因[3,15]；而阿魏酸主要連接于側(cè)鏈上的阿拉伯糖和半乳糖的末端，是對(duì)甜菜果膠進(jìn)行改性處理的重要位點(diǎn)。甜菜果膠中的阿魏酸含量約在15.5～22.0 mg/g范圍內(nèi)，高于柑橘果膠。

酯化度指果膠分子中半乳糖醛酸羧基被酯化的程度，甲氧基、乙酰基和酰胺基均可與半乳糖醛酸發(fā)生酯化反應(yīng)，分別稱甲酯化、乙?；王０坊碚撋硝セ仁沁@三者的和，由于甲酯化占比最大，故一般以果膠甲酯化程度來表示酯化度，不同酯化度的果膠，應(yīng)用特性也有所不同，尤其是凝膠形成條件的差異。因此，分析果膠的酯化度信息，對(duì)于其應(yīng)用的開展十分必要。甜菜果膠的酯化度均大于50%，屬高甲酯果膠，且酯化度均在53%～57%范圍內(nèi)，屬于甲酯化程度相對(duì)較低的高甲酯果膠。甜菜果膠的Zeta-電位在-35 mV左右，pH值在3左右，是一種酸性陰離子多糖。甜菜果膠的HLB值為12，屬于親水性乳化劑。甜菜果膠質(zhì)量濃度為5 mg/mL時(shí)，磁力攪拌2 h即可溶于水中；當(dāng)質(zhì)量濃度升高到25 mg/mL時(shí)，需攪拌過夜；當(dāng)質(zhì)量濃度為30 mg/mL時(shí)，甜菜果膠溶液流動(dòng)性較差，呈現(xiàn)半固體狀。因此，甜菜果膠在30 mg/mL以下使用較好。由于博城甜菜粕提取果膠蛋白質(zhì)含量最高（73.6 mg/g），因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)選取該果膠做更全面的乳化性質(zhì)評(píng)價(jià)。

2.2 果膠質(zhì)量濃度對(duì)乳液特性的影響

2.2.1 果膠質(zhì)量濃度對(duì)乳液粒徑分布的影響

圖1 質(zhì)量濃度對(duì)甜菜果膠（A）和柑橘果膠（B）乳液粒徑分布的影響Fig. 1 Droplet size distribution of O/W emulsions with different concentrations of SBP (A) and CP (B)

果膠質(zhì)量濃度不僅影響乳化界面上果膠的吸附量，也能影響乳液黏度，從而影響乳液穩(wěn)定性。因此，尋找適宜的果膠質(zhì)量濃度對(duì)于展現(xiàn)其優(yōu)良乳化特性至關(guān)重要。由圖1A可知，5 mg/mL甜菜果膠溶液制備的乳液呈現(xiàn)鐘罩型曲線，隨著質(zhì)量濃度增加，粒徑分布向更小粒徑范圍移動(dòng)，但出現(xiàn)了雙峰，這可能是由于提取過程存在一些雜質(zhì)（如一些小分子寡糖和蛋白質(zhì)等），在穩(wěn)定水-油界面時(shí)呈現(xiàn)出不同的界面張力，最終表現(xiàn)為乳液粒徑的分布不均。而商品柑橘果膠經(jīng)過系列的純化過程，雜質(zhì)較小且分子質(zhì)量更為均一，因此乳液粒徑分布相對(duì)更為均勻。此外，當(dāng)甜菜果膠質(zhì)量濃度達(dá)到10 mg/mL時(shí)，乳液粒徑分布幾乎不發(fā)生變化。這說明甜菜果膠質(zhì)量濃度為10 mg/mL時(shí)，即可達(dá)到良好的乳化性能。從圖1B中可以看出，隨著柑橘果膠質(zhì)量濃度的增加，其乳液粒徑持續(xù)減小且顯著大于甜菜果膠乳液粒徑。

2.2.2 果膠質(zhì)量濃度對(duì)乳液粒徑變化的影響

表2 不同質(zhì)量濃度果膠乳液粒徑變化Table 2 Droplet size changes of O/W emulsions with different concentrations of SBP and CP after storage

乳液粒徑用d4,3表示，它與乳液的穩(wěn)定性呈現(xiàn)出良好的相關(guān)性。不同質(zhì)量濃度果膠溶液制得乳液，貯藏過程中的粒徑變化如表2所示?？梢钥闯觯S質(zhì)量濃度的增加，甜菜果膠制備的新鮮乳液平均粒徑逐漸降低，與Nakauma[26]的研究結(jié)論相一致，且10、15 mg/mL和20 mg/mL甜菜果膠乳液的粒徑之間不存在顯著性差異（P＞0.05）。柑橘果膠制備的新鮮乳液的粒徑也隨果膠質(zhì)量濃度升高逐漸減小，且不同質(zhì)量濃度間均存在顯著差異（P＜0.05）。甜菜果膠乳液的粒徑小于柑橘果膠乳液，25 mg/mL柑橘果膠溶液制備的新鮮乳液粒徑為（1.35±0.01）μm，而5 mg/mL甜菜果膠溶液制備的新鮮乳液粒徑僅為（1.26±0.02）μm?？梢姡鸩斯z的乳化能力優(yōu)于柑橘果膠。室溫放置4 周后，各乳液的粒徑均有所增加，尤其是5 mg/mL的柑橘果膠乳液，由（2.79±0.03）μm增加到（4.70±0.70）μm。甜菜果膠粒徑增加程度小于柑橘果膠。與阿拉伯膠相比，僅需5～10 mg/mL的甜菜果膠溶液即可制備出相應(yīng)粒徑大小的乳液，而其所需阿拉伯膠為100～150 mg/mL[26]，因此甜菜果膠的應(yīng)用將會(huì)很大程度降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

2.2.3 果膠質(zhì)量濃度對(duì)乳液Zeta-電位的影響

Zeta-電位是指乳液中連續(xù)相內(nèi)部與分散液滴表面的電位差，通常用于表征乳液體系的穩(wěn)定性[27-28]。不同質(zhì)量濃度乳液的Zeta-電位如圖2所示，乳液Zeta-電位均為負(fù)值，不同質(zhì)量濃度甜菜果膠溶液制備的乳液，其Zeta-電位均在-40 mV左右。而5 mg/mL柑橘果膠溶液Zeta-電位僅為-24.6 mV，其他質(zhì)量濃度果膠的Zeta-電位均低于-30 mV。乳液Zeta-電位絕對(duì)值高于30 mV時(shí)，電荷間的靜電排斥力才能維持乳液的穩(wěn)定。因此，5 mg/mL柑橘果膠乳液4 周后粒徑增加最為顯著，乳化穩(wěn)定性最差。

圖2 果膠質(zhì)量濃度對(duì)乳液Zeta-電位的影響Fig. 2 Effect of concentrations of SBP and CP on emulsion zeta-potential

2.2.4 果膠質(zhì)量濃度對(duì)乳液乳化活性和乳化穩(wěn)定性的影響

圖3 質(zhì)量濃度對(duì)甜菜果膠（A）、柑橘果膠（B）乳化活性和乳化穩(wěn)定性的影響Fig. 3 Effect of SBP (A) and CP (B) concentrations on emulsion activity and emulsion stability

濁度的變化是因樣品的吸收或顆粒的散射而造成的透射光的衰減，對(duì)于乳液顆粒尺寸的變化更為敏感，乳液濁度的變化可以反映乳液顆粒在貯藏中的穩(wěn)定性[29]。質(zhì)量濃度對(duì)果膠乳液濁度的影響如圖3所示。隨質(zhì)量濃度增加，甜菜果膠乳液濁度逐漸增大，在質(zhì)量濃度為25 mg/mL時(shí)達(dá)到最大值，4 周后，濁度均有所下降，高質(zhì)量濃度果膠溶液由于其較高黏度和更厚的界面膜更具乳化穩(wěn)定性。柑橘果膠乳液的濁度變化較為不明顯，與Zeta-電位的變化趨勢相近。

2.3 pH值對(duì)乳液特性的影響

2.3.1 pH值對(duì)乳液粒徑的影響

圖4 pH值對(duì)甜菜果膠（A）、柑橘果膠（B）乳液粒徑分布的影響Fig. 4 Effect of pH on droplet size distribution of SBP (A) and CP (B)O/W emulsions

從圖4可以看出，pH值的變化對(duì)乳液的粒徑分布影響較小。在pH 3～6的變化范圍內(nèi)，乳液粒徑分布幾乎不發(fā)生變化。

圖5 pH值對(duì)果膠乳液粒徑的影響Fig. 5 Effect of pH on droplet size changes of SBP and CP O/W emulsions

pH值對(duì)果膠乳液粒徑的影響如圖5所示，pH值從3到6的變化對(duì)兩種果膠乳液的粒徑?jīng)]有出現(xiàn)顯著變化（P＞0.05），同粒徑分布結(jié)果相一致，甜菜果膠平均粒徑均在1.1 μm左右，柑橘果膠粒徑約為2.2 μm。果膠屬于陰離子多糖，其pKa在4左右，pH值的變化并沒有引起乳液粒徑的明顯變化，可能是由于果膠中半乳糖醛酸存在著甲酯化，C2和C3位置發(fā)生乙?；?，因此，酸根離子存在量較少，空間位阻和黏度特性在維持乳液穩(wěn)定方面更占優(yōu)勢，靜電斥力的改變對(duì)乳化顆粒變化影響較小。阿拉伯膠也有類似性質(zhì)，pH值在3～6范圍內(nèi)變化時(shí)，其乳液粒徑變化不明顯[25]。

2.3.2 pH值對(duì)乳液濁度的影響

不同pH值下，貯藏4 周后兩種果膠乳液濁度的變化如表3所示。新鮮乳液的濁度可以表征該乳液乳化活性的優(yōu)劣，濁度越高說明其乳化活性越好，貯藏4 周后乳液濁度與原濁度的比值越大，乳液穩(wěn)定性越好。

從表3中可以看出，pH 3～6范圍內(nèi)，濁度大小總體保持穩(wěn)定，與粒徑變化趨勢相近，說明pH值對(duì)果膠的乳化性質(zhì)影響相對(duì)較小。隨著pH值增加，甜菜果膠新鮮乳液濁度先升高后降低，pH 4時(shí)濁度最高，故pH 4時(shí)甜菜果膠乳化活性最好；而柑橘乳液在pH 3時(shí)濁度最大，隨pH值升高，濁度逐漸降低，可能與兩種果膠不同的解離常數(shù)pKa有關(guān)。從表3也可以看出，貯藏4 周后，各乳液濁度均有一定程度的降低，pH值變化對(duì)乳液的穩(wěn)定性也有一定影響，從濁度比可以看到，兩種果膠乳液濁度比均在80%左右，具有良好的穩(wěn)定性。甜菜果膠乳液在pH 4時(shí)，濁度比最大，濁度下降幅度最小，穩(wěn)定性最高，pH 6時(shí)，穩(wěn)定性最差，但均在80%以上，Nakauma等[26]在研究pH值對(duì)甜菜果膠乳液Zeta-電位時(shí)發(fā)現(xiàn)，pH值在2～6范圍內(nèi)時(shí)，Zeta-電位均小于-30 mV；而柑橘果膠乳液在pH值為3時(shí)穩(wěn)定性最好。對(duì)于甜菜果膠和柑橘果膠，隨pH值升高，濁度比減小，其乳化穩(wěn)定性逐漸變差。

pH值對(duì)果膠乳液特性的影響，很大程度上受果膠酯化度和黏度的影響，果膠由于存在部分未酯化的半乳糖醛酸，使得其在水溶液中帶一定量的負(fù)電荷。當(dāng)水相pH值較低時(shí)，半乳糖醛酸電離受到影響，靜電斥力弱，易相互聚集，造成粒徑增大、乳化穩(wěn)定性變差；隨水相pH值升高，半乳糖醛酸電離增強(qiáng)，乳液靜電斥力增加，乳滴不易聚集。柑橘果膠酯化度高于70%，甜菜果膠富含乙?；?，酯化度也超過50%，當(dāng)pH 3～6范圍內(nèi)時(shí)，它們制備的乳液在對(duì)半乳糖醛酸的電離影響不大，靜電斥力也未發(fā)生明顯變化。總之，甜菜果膠與柑橘果膠在制備乳液后，均具有較強(qiáng)的pH值抵抗性，pH 3～5條件下乳化穩(wěn)定性好，可以在酸性飲品中開展應(yīng)用。

表3 pH值對(duì)果膠乳液濁度變化的影響Table 3 Effect of pH on turbidity changes of SBP and CP O/W emulsions

2.4 溫度對(duì)果膠乳液特性的影響

2.4.1 溫度對(duì)果膠乳液粒徑分布的影響

高溫加熱處理是食品加工中必不可少的環(huán)節(jié)，但應(yīng)避免其給食品的色澤、外觀和質(zhì)構(gòu)等帶來的不利影響。親水膠體種類不同，結(jié)構(gòu)各異，熱穩(wěn)定性也各有不同。因此明確果膠在制備成乳液后的熱穩(wěn)定性對(duì)于開展其應(yīng)用十分必要[30]。

圖6 加熱溫度對(duì)甜菜果膠（A）和柑橘果膠（B）乳液粒徑分布的影響Fig. 6 Effect of temperature on droplet size distribution of SBP (A)and CP (B) O/W emulsions

從圖6可以看出，兩種果膠制備的乳狀液表現(xiàn)出不同的熱穩(wěn)定性：甜菜果膠乳液有著較佳的熱穩(wěn)定性，65 ℃和85 ℃加熱20 min，其粒徑分布仍未發(fā)生明顯變化，這一點(diǎn)與阿拉伯膠在不同溫度處理下粒徑分布不變的性質(zhì)較為相似[31]；而柑橘果膠乳液經(jīng)不同溫度加熱處理后，粒徑分布均有一定程度的變化，尤其是85 ℃處理過的乳液，其主要粒徑分布峰遷移到10 μm左右。

2.4.2 溫度對(duì)乳液濁度的影響

圖7 不同處理溫度對(duì)果膠乳液濁度的影響Fig. 7 Effect of temperature on turbidity of SBP and CP O/W emulsions

從圖7可以看出，隨溫度升高，兩種乳液的濁度均呈降低趨勢，柑橘果膠乳液下降尤為明顯，濁度從25 ℃時(shí)的78.70×103m-1下降到85 ℃時(shí)的35.62×103m-1，與粒徑分布結(jié)果基本一致。可見甜菜果膠乳液相比于柑橘果膠乳液，其對(duì)熱處理的抵抗能力更強(qiáng)。

2.4.3 溫度對(duì)乳液粒徑的影響

表4 不同溫度處理后乳液粒徑變化Table 4 Effect of temperature on droplet size changes of SBP and CP O/W emulsions

由表4可知，加熱溫度由25 ℃升至65 ℃，甜菜果膠新鮮乳液粒徑變化不顯著（P＞0.05），85 ℃加熱時(shí)，粒徑顯著增大（P＜0.05）。柑橘果膠新鮮乳液的粒徑隨加熱溫度升高不斷增大（P＜0.05），從（2.11±0.06）μm大幅度升至（6.13±0.22）μm。乳液放置4 周后，乳液粒徑均有一定程度的增加。當(dāng)果膠分子吸附到水-油界面后，首先經(jīng)歷一段時(shí)間的分子結(jié)構(gòu)變化，以盡可能增大有利交聯(lián)，減少不利纏結(jié)。隨著貯藏時(shí)間的進(jìn)一步延長，由于重力沉降和油脂氧化的作用，果膠分子逐漸從水-油界面脫離，從而可能引起果膠分子的聚集，以及乳滴間的橋接絮凝，最終導(dǎo)致乳液的粒徑增加[32]。

高溫導(dǎo)致乳液粒徑增大的原因可能是溫度升高，柑橘果膠黏度的驟降使其失去了穩(wěn)定乳液的能力，同時(shí)高溫促進(jìn)了油滴的快速移動(dòng)，加速了油滴間的聚合，最終導(dǎo)致乳液粒徑的顯著變化。此外，高溫條件下果膠分子發(fā)生解聚，且不同乳滴粒子上果膠分子之間相互纏結(jié)，同樣可能導(dǎo)致乳化穩(wěn)定性的下降，使得乳液粒徑增加[23-24]。

粒徑分布、平均粒徑大小和濁度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明甜菜果膠乳液較柑橘果膠具有更好的耐熱穩(wěn)定性，在高溫處理中可以很好地保證產(chǎn)品品質(zhì)，且其為酸性陰離子多糖；因此較柑橘果膠能更好地用于酸性乳飲料的生產(chǎn)中。

3 結(jié) 論

本研究首先對(duì)5 個(gè)地區(qū)的甜菜粕進(jìn)行果膠提取，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)地的不同對(duì)甜菜果膠的物化性質(zhì)影響很大，尤其是對(duì)蛋白質(zhì)和阿魏酸含量影響較大。將博城地區(qū)提取的甜菜果膠與柑橘果膠制備的乳液進(jìn)行乳化特性的比較，通過考察果膠溶液質(zhì)量濃度、溫度和pH值等條件對(duì)乳液平均粒徑、乳化活性和乳化穩(wěn)定性、Zeta-電位等指標(biāo)的影響，明確了兩種果膠在乳化劑應(yīng)用方面的前景。結(jié)論如下：對(duì)比柑橘果膠，質(zhì)量濃度為5 mg/mL的甜菜果膠即可實(shí)現(xiàn)良好穩(wěn)定的乳化效果，且乳液粒徑小于25 mg/mL的柑橘果膠制得乳液具有良好的流動(dòng)性；兩種果膠對(duì)pH值這一環(huán)境條件均不敏感，具有較強(qiáng)的pH值抵抗性；甜菜果膠乳液對(duì)溫度也極不敏感，而柑橘果膠乳液高溫加熱后不穩(wěn)定，乳液迅速發(fā)分層。綜合來看，與柑橘果膠相比，甜菜果膠整體具有較好的乳化活性和穩(wěn)定性。

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Emulsifying Activity and Stability of Sugar Beet Pectin

CHEN Hao1,2, ZHANG Kaihua2, LIU Shiyong3, YUE Xiaoqiang4, GAN Jing2, QIU Shuang2, JI Aiguo1, YIN Lijun2,5,*
(1. Marine College, Shandong University (Weihai), Weihai 264209, China; 2. Beijing Advanced Innovation Center for Food Nutrition and Human Health, China Agricultural University, Beijing 100083, China; 3. Department of Food Engineering, Weihai Ocean Vocational College, Weihai 264300, China; 4. Cargill Asia Pacif i c Food System (Beijing) Co. Ltd., Beijing 102200, China;5. College of Cereal and Food, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China)

Sugar beet pectin (SBP) is an acidic anion polysaccharide extracted from beet pulp. The backbone of SBP is comprised of rhamnose and galacturonic acid, which are rich in neutral sugar side chains, including rhamnose, arabinose,galactose and fructose. The proteins are covalently attached to the end of the neutral sugar side chains, contributing to the excellent emulsifying properties of SBP. This paper focuses on a comparison of the emulsifying properties of SBP and citrus pectin (CP). The effects of the growing area of sugar beet pulp, pectin concentration, pH, thermal treatment and storage time on the emulsifying properties (including drop size distribution, average particle size, zeta-potential, and turbidity) of the pectin were investigated. It was found that the geographical origin of sugar beet pulp showed a great in fl uence on the protein composition in SBP. The drop size of the emulsion prepared with citrus pectin was much larger than that of SBP emulsion, and the former also exhibited poorer emulsifying activity. Emulsions coated with 10—25 mg/mL sugar beet pectin maintained good stability during the storage period (four weeks), while the droplet size of citrus pectin emulsion increased signi fi cantly. Emulsion droplet size remained stable in the swrange of pH 2—6. The droplet size of CP emulsion increased signi fi cantly during thermal treatment(25—85 ℃). This study veri fi ed that SBP exhibited excellent emulsifying activity and emulsion stability.

sugar beet pectin; geographical origin; citrus pectin; emulsifying activity; emulsion stability

10.7506/spkx1002-6630-201801010

TS202.3

A

1002-6630（2018）01-0065-08

陳浩, 張凱華, 劉世永, 等. 甜菜果膠乳化活性及穩(wěn)定性[J]. 食品科學(xué), 2018, 39(1): 65-72.

10.7506/spkx1002-6630-201801010. http://www.spkx.net.cn

2016-09-19

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201303079）；“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2014BAD04B06）

陳浩（1988—），女，講師，博士，研究方向?yàn)橛H水膠體理論及技術(shù)。E-mail：chenhao_2016@sdu.edu.cn

*通信作者簡介：殷麗君（1971—），女，教授，博士，研究方向?yàn)橛H水膠體理論及技術(shù)。E-mail：ljyin@cau.edu.cn

CHEN Hao, ZHANG Kaihua, LIU Shiyong, et al. Emulsifying activity and stability of sugar beet pectin[J]. Food Science,2018, 39(1): 65-72. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201801010. http://www.spkx.net.cn