食品表面活性劑提升蛋白質(zhì)粉溶解性的研究進展

張 婷，楊 藝，張 敏，江竑宇，劉靜波，劉軒廷,

（1.吉林大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林省營養(yǎng)與功能食品重點實驗室，吉林長春 130062；2.吉林大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長春 130062）

蛋白質(zhì)粉作為一種重要的食品基料，以其高加工適用性（如乳化性、凝膠性、起泡性），可有效改善食品的感官性狀，在食品加工中應(yīng)用場景廣泛[1]。此外，蛋白質(zhì)粉以其高營養(yǎng)價值常作為營養(yǎng)強化劑被加入到奶粉、飲料、面包中[2]。然而，蛋白質(zhì)粉在溶解的過程中極易發(fā)生結(jié)塊和聚沉現(xiàn)象，使溶解性降低，進而影響蛋白質(zhì)粉的高加工適用性。因此，尋找一種提升蛋白質(zhì)粉溶解性以及沖調(diào)性的有效策略是食源性蛋白質(zhì)功能配料創(chuàng)制和開發(fā)中亟待研究和解決的問題之一。

蛋白質(zhì)粉的溶解性可用潤濕性、下沉性、分散性和溶解度四個指標(biāo)進行評價[3]。溶解性受到多種因素影響：首先，蛋白質(zhì)粉溶解性與其內(nèi)部各成分相互作用有關(guān)，如蛋白質(zhì)和糖類的非共價相互作用[4]、蛋白質(zhì)間的疏水相互作用及蛋白質(zhì)與其表面鹽離子形成鹽橋等都會影響蛋白質(zhì)溶解性[1,5]。此外，蛋白質(zhì)粉的粉體粒度和表面成分等也會影響蛋白質(zhì)粉的溶解性[6]，越小的粉體粒度其比表面積就越大，蛋白質(zhì)粉越易結(jié)塊[7]，而表面成分的疏水性則會影響蛋白質(zhì)的水化作用，故兩者都不利于粉末的潤濕。最后，蛋白質(zhì)粉溶解性也與溶液的環(huán)境因素有關(guān)，例如溶液的pH、溫度和離子強度等都會影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)從而影響其溶解性[8-9]。目前研究者們已采用多種物理、化學(xué)方法提升蛋白質(zhì)粉的溶解性，例如超聲[10]、流化床造粒[11]、超聲輔助pH調(diào)節(jié)法[12]、微波輔助磷酸化法[13]等來改善蛋白質(zhì)粉的溶解性。然而，采用物理方法存在耗能大、機械設(shè)備昂貴等缺點，而化學(xué)方法所引入的有機物難以控制和被完全去除。因此，針對以上技術(shù)方法的局限性，尋求一種綠色環(huán)保、安全有效的方法更符合我國食品加工業(yè)中可持續(xù)發(fā)展的需求。

食品表面活性劑分子具有不對稱的親水和親油結(jié)構(gòu)，這使得它能夠吸附在不同相的界面上（水/油或氣/液或氣/固）[14-15]，食品表面活性劑的疏水端為疏水性烷基，對水不表現(xiàn)出親和力[16]。在界面上，絕大多數(shù)表面活性劑即使在較低濃度下，也可以發(fā)生定向吸附，大幅度降低溶液的表面張力。而在溶液中，食品表面活性劑可以根據(jù)濃度差異，以單體或膠束的形式存在[17]。表面活性劑分子在界面上吸附以及在溶液中的自組裝能力，使其在制藥工業(yè)、農(nóng)業(yè)和日化行業(yè)[18-20]等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。尤其是在食品加工領(lǐng)域，表面活性劑已經(jīng)作為分散劑和潤濕劑被用于改善沖調(diào)飲料、可可粉等粉狀食品的親水性和分散性。因此，基于食品表面活性劑對粉體的潤濕性、分散性、溶解度等顯著的提升效果，食品表面活性劑或可成為一種改善食源性蛋白質(zhì)粉溶解性的有效策略。因此，本文對食品表面活性劑的主要類型、性質(zhì)及與蛋白質(zhì)的作用機制、食品表面活性劑對蛋白質(zhì)粉溶解過程各階段的影響及作用條件等角度進行綜述，以期為蛋白質(zhì)粉溶解性的提升提供理論指導(dǎo)。

1 食品表面活性劑分類、性質(zhì)及作用機制

根據(jù)食品表面活性劑親水端在水中的解離性質(zhì)可以將其分為離子型和非離子型[16]。離子型食品表面活性劑根據(jù)解離電荷性質(zhì)差異，又可分為陰離子型、陽離子型和兩性離子型。非離子型食品表面活性劑以多元醇型食品表面活性劑為代表。蛋白質(zhì)大分子與食品表面活性劑的相互作用方式與食品表面活性劑的類型有關(guān)。其中，離子型食品表面活性劑改善蛋白質(zhì)粉溶解性的機理為雙電層增溶，而非離子型食品表面活性劑是通過形成水化層來發(fā)揮作用。圖1展示了不同類型食品表面活性劑增溶蛋白質(zhì)粉可能的機理。本節(jié)將對食品表面活性劑類型、性質(zhì)及與蛋白質(zhì)的作用機制進行綜述。

圖1 食品表面活性劑分類、結(jié)構(gòu)與增溶機制Fig.1 Types, structure and mechanism of food surfactants on protein powder solubility enhancement

1.1 離子型食品表面活性劑

1.1.1 陰離子型食品表面活性劑 陰離子型食品表面活性劑是一種親水端帶有負(fù)電荷的表面活性劑，應(yīng)用最廣，可作為分散劑、潤濕劑、發(fā)泡劑和乳化劑等[21]。當(dāng)這種食品表面活性劑與水混合時，會產(chǎn)生帶負(fù)電荷的陰離子，與蛋白質(zhì)發(fā)生的靜電作用較強，在溶液中電離出的陽離子通常為堿性金屬離子（Na+，K+）[22]。根據(jù)親水基團的不同，陰離子食品表面活性劑分為磷酸酯、脂肪酸鹽型、硫酸鹽型、磺酸鹽、羧酸鹽型[23]。經(jīng)聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織批準(zhǔn)的陰離子食品表面活性劑包括硬脂酰乳酸鈣（鈉）、硬脂酰富馬酸鈉、十二烷基磺酸鈉、海藻酸鈉、果膠鈉等。

蛋白質(zhì)較差的溶解性影響其在食品工業(yè)中的應(yīng)用。陰離子型食品表面活性劑改善蛋白質(zhì)溶解性的研究廣泛，但其作用效果受到多種因素的影響。首先，陰離子型食品表面活性劑與蛋白質(zhì)的相互作用或結(jié)合程度取決于溶液的pH，當(dāng)pH＜pI時，蛋白質(zhì)帶凈正電荷，此時由于電荷的中和作用，會導(dǎo)致形成蛋白質(zhì)-陰離子食品表面活性劑配合物沉淀；相反，當(dāng)溶液pH＞pI時，帶凈負(fù)電荷的蛋白質(zhì)與陰離子型食品表面活性劑通過疏水相互作用形成可溶性復(fù)合物，蛋白質(zhì)間的靜電斥力增加了其分散性和溶解度[24]。其次，蛋白質(zhì)和食品表面活性劑的比率會影響蛋白質(zhì)-食品表面活性劑復(fù)合物的形成及蛋白質(zhì)性質(zhì)，正如S Nakai等[24]發(fā)現(xiàn)10% （w/w）的亞油酸鈉使油菜籽蛋白幾乎完全溶解，但是并未闡明蛋白質(zhì)和表面活性劑的比率影響蛋白質(zhì)溶解性的內(nèi)在原因。Xia等[25]利用熒光光譜法探究了不同卵磷脂濃度與肌原纖維蛋白在高鹽濃度下的相互作用，發(fā)現(xiàn)隨著卵磷脂濃度的增加，蛋白質(zhì)發(fā)生了進一步的熒光猝滅現(xiàn)象并且溶解度提高，作者認(rèn)為兩者之間存在氫鍵和疏水相互作用。與Xia的猜想相似，Giroux等[26]提出了離子型表面活性劑導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性理論，他認(rèn)為離子型表面活性劑導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性與表面活性劑濃度有關(guān)。隨著表面活性劑/蛋白質(zhì)比例增加，附著在蛋白質(zhì)表面的表面活性劑使其溶解度和熱穩(wěn)定性逐漸增加，然而比例進一步增加會使蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)展開并暴露出大量的疏水基團，使溶解度降低。因此，陰離子型食品表面活性劑增加蛋白質(zhì)溶解度存在最適復(fù)配比。單媛媛[27]發(fā)現(xiàn)利用十二烷基硫酸鈉（Sodium dodecyl sulfate，SDS）可破壞蛋白質(zhì)之間的氫鍵、疏水鍵等次級鍵進而破壞蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象，蛋白質(zhì)暴露更多的疏水基團并與SDS發(fā)生靜電相互作用形成雙電層進而增加蛋白質(zhì)的靜電斥力，從而增加卵黏蛋白的溶解性（圖2）。

圖2 SDS改善蛋白質(zhì)粉溶解性機理示意圖Fig.2 Schematic diagram of improving protein powder solubility by SDS

1.1.2 陽離子型食品表面活性劑 食品的表面污染和腐敗主要與真菌有關(guān)，為延長食品貨架期和保證食品安全性，抗菌劑和防腐劑的使用受到食品從業(yè)者的關(guān)注。陽離子型表面活性劑主要是季銨鹽（-R4N+）類化合物，由于其表面的陽離子基團能夠很好地吸附細(xì)菌表面的負(fù)電荷所以多用作抗菌劑和消毒劑，它可以與非離子型表面活性劑共用，但它與陰離子型表面活性劑共用時會導(dǎo)致陰陽離子相互結(jié)合，使其降低或失去活性[28]。傳統(tǒng)陽離子型表面活性劑通常具有皮膚刺激性或毒性，因此在食品工業(yè)中，設(shè)計和生產(chǎn)食品級陽離子表面活性劑具有挑戰(zhàn)性和廣泛應(yīng)用前景。在最近的研究中，精氨酸型陽離子食品表面活性劑已被設(shè)計并應(yīng)用于果蔬及肉制品的防腐[29-30]，另外，月桂酸精氨酸酯增強食品級包裝材料（結(jié)晶納米纖維素）在非極性聚合物基質(zhì)中的分散性已經(jīng)得到證實[31]。陽離子型表面活性劑的兩親性賦予其助溶和助分散能力，其中研究最充分的一類分散劑是烷基鏈表面活性劑（ACSs），它已被證明可以促進納米碳材料在水中的分散和溶解，但ACSs在高劑量下是有毒的，這對于食品分散具有局限性[32]。因此，食品級陽離子型表面活性劑多應(yīng)用于防腐，作為分散劑或潤濕劑的報道鮮少。

1.1.3 兩性離子型食品表面活性劑 兩性離子型食品表面活性劑屬于離子型表面活性劑的范疇，但與陰離子型食品表面活性劑和陽離子型食品表面活性劑不同的是，它可以根據(jù)溶液的pH呈現(xiàn)不同的帶電性[33-34]。一般來說，兩性離子型食品表面活性劑整體表現(xiàn)為電中性，在等電點以下它表現(xiàn)為陽離子型食品表面活性劑行為，相反在較高pH下表現(xiàn)為陰離子型食品表面活性劑行為[35]。兩性離子型食品表面活性劑的pH依賴性使得其與蛋白質(zhì)相互作用的情況更加復(fù)雜，因此在研究蛋白質(zhì)-兩性離子型食品表面活性劑復(fù)合改善蛋白質(zhì)性質(zhì)的過程中，綜合考慮特定蛋白質(zhì)的等電點、帶電性和食品表面活性劑帶電性等至關(guān)重要。

兩性離子型表面活性劑按所含陰離子類型可分為卵磷脂型、甜菜堿型、咪唑啉型和氨基酸型，其中甜菜堿型、咪唑啉型和氨基酸型表面活性劑更多的應(yīng)用于日化領(lǐng)域，而大豆卵磷脂作為分散劑和潤濕劑應(yīng)用于速溶奶粉、速溶豆粉等食品加工產(chǎn)業(yè)中的研究最廣泛，且復(fù)水后的飲品不會產(chǎn)生不良的風(fēng)味，GB 2760-2015中規(guī)定其在固體飲料中的使用量按稀釋倍數(shù)增加[36-37]。溶液中的大豆卵磷脂同時含有親水的帶電基團和疏水基團，具備離子型食品表面活性劑的所有特征，可以與蛋白質(zhì)通過靜電相互作用、疏水相互作用和氫鍵作用等結(jié)合，形成的蛋白質(zhì)-卵磷脂復(fù)合物影響蛋白質(zhì)的溶解特性[38]。Hammes等[39]解釋了大豆卵磷脂改善奶粉潤濕性的內(nèi)在機理。研究表明，向濃縮牛奶中添加1% （w/w）的卵磷脂后進行噴霧干燥，奶粉潤濕時間由5 min縮短至63.9 s，且這種改性方式對奶粉顆粒的含水量、形態(tài)、顏色和粒徑分布影響不大。其作用機理如圖3所示：對于未加入卵磷脂的牛奶在噴霧干燥時（圖3a），脂肪優(yōu)先遷移到霧滴表面；加入卵磷脂后（圖3b），疏水相互作用促進了卵磷脂與蛋白的結(jié)合，而噴霧干燥時形成的蛋白質(zhì)-卵磷脂復(fù)合物優(yōu)先于脂肪遷移到蛋白質(zhì)粉的最外層，顆粒表面脂肪覆蓋率減少，因此改善了干燥蛋白質(zhì)顆粒的潤濕性。與陰離子型表面活性劑和陽離子型表面活性劑相比，兩性離子型表面活性劑的毒性更低，更適合在食品中的應(yīng)用[33]。

圖3 卵磷脂提升乳粉潤濕性機理示意圖Fig.3 Schematic diagram of the lecithin enhanced wettability of milk powder

1.2 非離子型食品表面活性劑

非離子型食品表面活性劑是在水溶液中不離解成離子的表面活性劑，它們是根據(jù)其親水基團的類型進行詳細(xì)劃分的[40]。以多元醇類為代表的非離子食品表面活性劑在溶液中呈電中性，且不受溶液pH和其他離子影響，可通過疏水相互作用和氫鍵與蛋白質(zhì)結(jié)合形成水化層結(jié)構(gòu)，進而改善蛋白質(zhì)粉溶解性。非離子型食品表面活性劑相對于離子型食品表面活性劑而言，其與蛋白質(zhì)的作用較弱，一方面，這可能是由于非離子型食品表面活性劑不存在帶電基團，與蛋白質(zhì)結(jié)合時，疏水相互作用力相較靜電相互作用力更弱；另一方面，非離子食品表面活性劑的臨界膠束濃度（critical micelle concentration，CMC）值較小，在溶液中的單體濃度很難達到與蛋白質(zhì)協(xié)同結(jié)合的濃度。聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織批準(zhǔn)使用的食品非離子型食品表面活性劑包括甘油脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、Tween等。其中，山梨糖醇酐脂肪酸酯、Tween、甘油脂肪酸酯等常被應(yīng)用于乳清蛋白粉和咖啡中以增加其速溶性。

非離子型食品表面活性劑可有效地增加蛋白質(zhì)溶解性：首先，非離子型食品表面活性劑通過疏水相互作用使蛋白質(zhì)親水性增加[41]；其次，非離子型食品表面活性劑與界面上的蛋白質(zhì)發(fā)生競爭吸附有利于增加蛋白質(zhì)粉的溶解性[42]。由此可見，非離子型食品表面活性劑不僅可以通過與蛋白質(zhì)的相互作用增加蛋白質(zhì)粉的溶解性，還可以通過其特有的吸附特性改善蛋白質(zhì)粉的表面特性。Tween-80和蔗糖脂肪酸酯是常見的多元醇型食品非離子型食品表面活性劑，在提升食品蛋白質(zhì)粉溶解性方面應(yīng)用廣泛，GB 2760-2015中規(guī)定Tween-80在固體蛋白飲料中作為分散劑的最大使用量分別為2.0 g/kg，而蔗糖脂肪酸酯可按稀釋倍數(shù)增大使用量。Lallbeeharry等[43]在噴霧干燥前向全脂牛奶中加Tween-80，可有效提高乳粉的潤濕性，這是由于Tween-80在噴霧干燥過程中傳質(zhì)速度較快，與半干霧滴中的脂肪和蛋白質(zhì)發(fā)生競爭吸附，優(yōu)先于脂肪和蛋白質(zhì)吸附在油-水界面上并對脂肪球表面進行改性（親水頭部向外，疏水尾插向脂肪），干燥后的粉末表面形成了由食品表面活性劑組成的可濕性外殼，其作用機理如圖4所示。同樣，蔗糖脂肪酸酯可以與蛋白質(zhì)發(fā)生疏水相互作用而改善蛋白質(zhì)粉溶解性。研究者們通過控制蔗糖脂肪酸酯中脂肪酸殘基的碳數(shù)和酯化度，或?qū)Σ煌セ鹊恼崽酋ミM行混配，使得親水親油平衡值（hydrophilic lipophilic balance，HBL）在 1～18 內(nèi)分布[44]。當(dāng) HLB范圍為7～9時，可作為良好的潤濕劑；HLB的范圍在15～18內(nèi)，可作為良好的增溶劑[45]。因此，蔗糖酯提升蛋白質(zhì)粉溶解性的作用顯著。然而，非離子型表面活性劑中，聚氧乙烯型表面活性劑在低劑量口服時的致癌性和致變異性限制了其在食品中的應(yīng)用，其主要用于化妝品及紡織領(lǐng)域。

圖4 Tween-80提升乳粉潤濕性機理示意圖Fig.4 Schematic diagram of the Tween-80 enhanced wettability of milk powder

2 食品表面活性劑對蛋白質(zhì)粉溶解過程的影響

蛋白質(zhì)粉的溶解過程被分為4個步驟[46]：潤濕、下沉、分散和溶解。任何一個過程都會影響蛋白質(zhì)粉的溶解，但這些步驟并不是接續(xù)發(fā)生的，它們同時發(fā)生且相互影響，因此不能夠清晰的分開。食品表面活性劑對蛋白質(zhì)粉溶解有積極影響。一方面，食品表面活性劑的特殊結(jié)構(gòu)使得其具有降低界面張力的作用；另一方面，食品表面活性劑可以通過疏水相互作用（所有以上食品表面活性劑類型）、靜電相互作用（離子型、兩性離子型食品表面活性劑）、氫鍵（所有以上食品表面活性劑類型）等與蛋白質(zhì)結(jié)合。食品表面活性劑-蛋白質(zhì)混合體系界面吸附有兩種機理：增溶和置換，即界面上的蛋白質(zhì)與食品表面活性劑形成復(fù)合物而進入水相，或界面上的蛋白質(zhì)被食品表面活性劑置換[47]。當(dāng)食品表面活性劑達到其臨界膠束濃度時，食品表面活性劑在溶液中形成的膠團對蛋白質(zhì)起到增溶作用。食品表面活性劑對蛋白質(zhì)粉溶解度的提升主要是通過調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)粉的潤濕性、分散性和溶解度來實現(xiàn)的。

2.1 潤濕性

研究表明潤濕是蛋白質(zhì)粉溶解的限速步驟[48]，它會影響粉末接下來的下沉及分散過程。導(dǎo)致蛋白質(zhì)粉不易潤濕的原因可以分為以下幾種：a.蛋白質(zhì)粉表面的難濕成分（如脂肪）；b.粉體性質(zhì)（粉末細(xì)微，比表面積大導(dǎo)致粉末團聚）；c.難濕水化膜的形成（蛋白質(zhì)薄膜）。食品工業(yè)為解決粉末難被潤濕的問題，已采用流化床噴涂粘結(jié)劑的造粒的方法來減小粉體比表面積，有效的防止了粉末聚集[49]。然而，最適合粉末被潤濕的粒徑尺寸難以控制，因此還需要過篩進行粉末的分級處理。另外，流化床造粒方法是兩段制粒法，操作復(fù)雜。噴霧干燥方法仍是現(xiàn)在食品工業(yè)中制備蛋白質(zhì)粉的常用方法，但是噴霧干燥粉末比表面積大，并且高溫導(dǎo)致的傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象使水分快速蒸發(fā)，顆粒表面迅速成殼，脂肪等不溶物質(zhì)遷移到顆粒表面等導(dǎo)致粉末不易被潤濕。為解決以上問題，研究者們在采用噴霧干燥制備基礎(chǔ)粉末的同時，向顆粒表面噴涂卵磷脂、吐溫等食品表面活性劑，通過接觸角和潤濕時間對潤濕性進行評價，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)粉的潤濕性顯著提升。例如，Wu等[11]通過向乳清分離蛋白粉表面噴涂 2% （w/v）的卵磷脂，粉末的潤濕時間從（36±1）min 下降到（42±2） s。作者同時利用接觸角對潤濕性進行了評價，發(fā)現(xiàn)原乳清分離蛋白粉的接觸角在 200 s時為 45°，而噴涂 2% （w/v）卵磷脂后，粉末的接觸角在1.52 s時就達到了0°。Ji等[50]也有相似的發(fā)現(xiàn)，噴涂5% （w/w）卵磷脂的乳清分離蛋白粉的潤濕性從＞20 min下降到（3±1） s。潤濕性的改善是由于食品表面活性劑和蛋白質(zhì)粉的團聚形成了大尺寸顆粒，增加了粉體表面不規(guī)則度和顆粒間的孔隙度，這有利于增加水的可接觸面積。此外，卵磷脂與蛋白質(zhì)形成的卵磷脂-蛋白質(zhì)復(fù)合物吸附到粉末表面顯著降低了界面張力使粉末更容易浸沒在水中。粉末與水面接觸時形成的難濕水化膜是阻礙蛋白質(zhì)粉潤濕的主要因素。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)粉被加入到溶液中時，即使粉末中不含有脂肪，界面上也會出現(xiàn)一層薄膜阻礙蛋白質(zhì)粉的進一步潤濕，這層薄膜被認(rèn)為是蛋白質(zhì)覆蓋層，Gaiani等[51]的研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)粉的組成成分及含量影響粉體的潤濕性，且粉體潤濕性與蛋白質(zhì)表面覆蓋率呈負(fù)相關(guān)。這是因為，大量的蛋白質(zhì)堆積在粉體表面時會形成致密的蛋白質(zhì)網(wǎng)膜，水分難以滲入粉體，導(dǎo)致粉末的潤濕性差[52]。食品表面活性劑與蛋白質(zhì)通過疏水相互作用或靜電相互作用與蛋白質(zhì)形成的復(fù)合物破壞了致密的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，食品表面活性劑對改善蛋白質(zhì)粉溶解性至關(guān)重要。

2.2 分散性

分散性是指粉末狀顆粒之間解離并分散在溶液中的能力[53]。蛋白質(zhì)粉在溶液中的分散涉及到小的固體顆粒從大顆粒表面釋放，此時水分進入到顆粒的間隙中使蛋白質(zhì)粉團聚體崩裂瓦解，然后使蛋白質(zhì)粉顆粒分布在水中[13]。結(jié)塊是影響蛋白質(zhì)粉分散速度的因素之一，粉末結(jié)塊可以被看作是粉末顆粒通過各種不同的分子間作用力，如范德華力、靜電力和磁性而發(fā)生聚集[54]，但是粉體之間的聚集并不是嚴(yán)密的。通常，堆積的蛋白質(zhì)粉顆粒之間會存在微小的間隙，蛋白質(zhì)粉塊內(nèi)部固-固界面的分離是改善蛋白質(zhì)粉分散性的切入點。當(dāng)食品表面活性劑存在于蛋白質(zhì)溶液中時，食品表面活性劑通過作用于這些蛋白質(zhì)間隙中暴露的基團，使固-固界面產(chǎn)生排斥作用，因此在攪拌溶解的過程中可以有效減小粉體顆粒分散所需的機械功，改善蛋白質(zhì)粉的分散性[55]。離子型食品表面活性劑吸附在間隙時，靜電斥力使顆粒易于分散在溶液中，正如馮進[56]發(fā)現(xiàn)十二醇葡萄糖雙子表面活性劑（Gemini-C12）與熱變性卵白蛋白（OVA）相互作用時，Gemini-C12可以填充顆粒表面OVA吸附層留下的空隙,從而提高了納米顆粒的貯藏穩(wěn)定性和再分散性。

2.3 溶解度

蛋白質(zhì)溶解度的熱力學(xué)定義是在一定的離子濃度、溫度、pH和其他添加劑存在的情況下，與固體相結(jié)晶相平衡的蛋白質(zhì)濃度[57]。蛋白質(zhì)溶解度受內(nèi)外多種因素的影響，能夠?qū)е碌鞍踪|(zhì)變性的外在因素如高溫、強酸強堿、強離子濃度等都會使蛋白質(zhì)凝結(jié)或絮沉，從而降低蛋白質(zhì)的溶解度。而影響蛋白質(zhì)溶解度的內(nèi)在因素主要取決于蛋白質(zhì)表面氨基酸的親疏水性，因此從蛋白質(zhì)自身性質(zhì)出發(fā)，探究能夠影響蛋白質(zhì)表面親疏水性的因素，是改善其溶解性的根本途徑。Zhang等[58]研究發(fā)現(xiàn)，向花生蛋白溶液中加入15 wt%的Tween-20能顯著提高蛋白質(zhì)的溶解度。這是因為，Tween-20與花生蛋白的疏水表面發(fā)生了疏水相互作用，并覆蓋了蛋白質(zhì)表面的這些疏水區(qū)域，導(dǎo)致花生蛋白親水性和溶解度增加。馬爽[59]通過添加不同劑量的食品表面活性劑，使蛋黃粉復(fù)配后溶解度提高了6.45%。這些食品表面活性劑改變了蛋白質(zhì)的自身性質(zhì)，降低了蛋白質(zhì)表面的疏水性，從而有效增溶蛋白質(zhì)。增溶的機理與食品表面活性劑的臨界膠束濃度有關(guān)。增溶劑在臨界膠束濃度以下時，被增溶物的溶解度幾乎不變，當(dāng)增溶劑的濃度達到臨界膠束濃度以后，食品表面活性劑形成膠束，使被增溶物的溶解度顯著增高。但是，被增溶物所進入膠束的位點與其化學(xué)結(jié)構(gòu)、食品表面活性劑的種類及溶劑的性質(zhì)有關(guān)。食品表面活性劑的增溶位點可分為以下四種情況[60]：a增溶于膠團的內(nèi)核；b增溶于膠團的定向食品表面活性劑分子之間，形成柵欄結(jié)構(gòu)；c增溶于膠團表面；d增溶于食品表面活性劑的極性基團之間。對于蛋白質(zhì)這種兩親性分子來說，極易被吸附在膠束的親水基表面或定向排列于膠束的柵狀層，形成混合膠束。此時，蛋白質(zhì)表面的疏水基團與食品表面活性劑膠團中的疏水位點發(fā)生疏水性相互作用，掩埋了蛋白質(zhì)表面的部分疏水氨基酸，從而蛋白質(zhì)溶解度得到改善。

3 影響食品表面活性劑改善蛋白質(zhì)粉溶解性的因素

3.1 蛋白質(zhì)粉中固形物含量

蛋白質(zhì)溶液的固形物含量會影響干燥過程中半干液滴內(nèi)部水分遷移速度。因為，在對含有固體的液滴進行干燥時，半干液滴表面的水分會被優(yōu)先除去，而后液滴內(nèi)部逐漸受熱，促進水分遷移并蒸發(fā)。然而對于高固形物含量的液滴來說，半干燥顆粒內(nèi)的水分?jǐn)U散將構(gòu)成傳質(zhì)的主要阻力。當(dāng)顆粒內(nèi)部水分?jǐn)U散的速度遠低于其表面水分蒸發(fā)速度時，液滴表面會形成一層硬的表面殼，從而阻礙食品表面活性劑在液滴表面的富集，影響食品表面活性劑改善蛋白質(zhì)粉潤濕性效果。Tian等[61]通過噴霧干燥前加入卵磷脂或Tween-80生產(chǎn)速溶全脂奶粉時，對比固形物含量分別是32 wt%和43 wt%的乳滴潤濕性，發(fā)現(xiàn)高固體奶含水量更低，除去表面水分所需時間短，干燥過程中快速成殼，在很大程度上抑制了干燥引起的食品表面活性劑遷移和表面富集。此外，高固體奶的粘度高于低固體奶，降低了各物料在干燥誘導(dǎo)遷移過程中的擴散率。因此，在干燥制粉時，適當(dāng)?shù)墓绦挝锖磕軌虼_保霧滴內(nèi)部傳熱傳質(zhì)速度與表面水分蒸發(fā)速度相適宜，使食品表面活性劑發(fā)揮更大的作用。

3.2 食品表面活性劑濃度

食品表面活性劑降低表面張力程度及其與蛋白質(zhì)的相互作用與食品表面活性劑的濃度有關(guān)。適當(dāng)?shù)臐舛瓤梢栽黾邮称繁砻婊钚詣┰诘鞍踪|(zhì)粉表面的覆蓋率，降低蛋白質(zhì)表面疏水性，對溶解性的改善效果更加明顯。馬爽[59]將不同添加量的卵磷脂（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5% （w/w））對全蛋粉和蛋黃粉溶解性的影響進行了研究，發(fā)現(xiàn)卵磷脂添加量分別為 1.5% （w/w）和 2% （w/w）時，全蛋粉和蛋黃粉的分散性和水合能力最好，這是由于食品表面活性劑可以最大程度的吸附在蛋白質(zhì)粉的表面形成一層單分子覆蓋層，顆粒之間不再因復(fù)水作用而相互粘聚，進而提高了蛋粉的分散性。然而，當(dāng)食品表面活性劑在界面上形成的單層吸附達到飽和時，表面張力不會隨食品表面活性劑含量的增加而降低。

3.3 食品表面活性劑類型

食品表面活性劑通過促進蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)展開和與蛋白質(zhì)形成復(fù)合物提高粉末的溶解性。對于結(jié)構(gòu)已知且在中性溶液中整體呈電負(fù)性的蛋白質(zhì)，陰離子型食品表面活性劑往往能夠中和蛋白質(zhì)表面多余的正電荷而使其凈負(fù)電荷增加，靜電斥力的增大有助于粉末在分散過程中的分離[62]。相反，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)表面整體電荷為正時，陽離子型食品表面活性劑通過疏水性互作用與蛋白質(zhì)結(jié)合，增加蛋白質(zhì)間靜電斥力，對改善粉末的潤濕和分散更顯著。然而，對于某些表面性質(zhì)未知的蛋白質(zhì)，非離子型食品表面活性劑往往是首選，這是因為其良好的生物相容性且對電解質(zhì)的敏感性較低。另外，蛋白質(zhì)與食品表面活性劑間的疏水相互作用部分決定了復(fù)合物的形成及結(jié)構(gòu)，非離子型食品表面活性劑形成膠束的臨界濃度較低，這使表面疏水性強的蛋白質(zhì)能夠迅速加溶于膠束中促進溶解。因此，根據(jù)蛋白質(zhì)帶電性及疏水性等特征選擇適當(dāng)食品表面活性劑類型，對改善蛋白質(zhì)粉溶解性至關(guān)重要。單媛媛[27]通過向含有β-巰基乙醇的卵黏蛋白中添加 1% （w/w）的Tween-80 和 3% （w/w）的 PEG4000等非離子型食品表面活性劑，發(fā)現(xiàn)添加3% （w/w）的PEG4000有效的提高了卵黏蛋白的溶解性，并且與1% （w/w）的Tween-80配合使用時，卵黏蛋白完全溶解呈澄清透明溶液。古扎努爾·艾斯卡爾[63]通過非離子型食品表面活性劑組合（即單硬脂酸甘油酯、蔗糖酯和糖脂肪酸酯單硬脂酸甘油酯按1:1:1）有效降低表面張力，提高了大豆分離蛋白的溶解性和粘度。

3.4 食品表面活性劑與蛋白質(zhì)粉的混合方式

向蛋白質(zhì)粉中添加食品表面活性劑的方式會影響作用效果，進而造成蛋白質(zhì)溶解性的差異。食品表面活性劑與蛋白質(zhì)的混合方式包括干混和濕混，干混即通過滾筒或機械攪拌機將蛋白質(zhì)粉末和食品表面活性劑粉末直接混合均勻制粉；濕混可以分為兩類，其一，向蛋白質(zhì)溶液中加入食品表面活性劑后進行干燥，得到含有食品表面活性劑的蛋白質(zhì)粉；其二，通過流化床向蛋白質(zhì)粉表面噴涂食品表面活性劑溶液制粉。王娟等[64]分別用直接機械攪拌法、噴霧干燥法和冷凍干燥法生產(chǎn)速溶卵磷脂復(fù)合大豆蛋白粉時發(fā)現(xiàn)，三種生產(chǎn)方式均能提高大豆蛋白粉的溶解性，但是噴霧干燥法制得的蛋白質(zhì)粉的溶解性顯著高于直接機械攪拌法，這可能是由于噴霧干燥法可使卵磷脂與蛋白質(zhì)結(jié)合，改善蛋白質(zhì)自身表面性質(zhì)，更加均勻的分散并吸附在蛋白質(zhì)粉的表面。而采用機械攪拌法不能夠使蛋白質(zhì)和食品表面活性劑產(chǎn)生疏水性互作用或靜電相互作用等內(nèi)部作用力，且存在混合不均勻等現(xiàn)象。故濕混較干混更能有效的改善蛋白質(zhì)粉的溶解性。

4 結(jié)論與展望

食品表面活性劑以其兩親性的結(jié)構(gòu)特點，可以通過降低溶液表面張力，與蛋白質(zhì)發(fā)生疏水或靜電相互作用，從而達到改善蛋白質(zhì)粉溶解性的效果。有相關(guān)研究表面，卵磷脂、蔗糖酯、Tween等常用的食品表面活性劑在提高蛋白質(zhì)粉潤濕性、分散性及溶解度方面作用效果顯著。然而，復(fù)配了食品表面活性劑的蛋白質(zhì)粉會導(dǎo)致產(chǎn)品顏色加深或產(chǎn)生不良?xì)馕叮鲇趯Ξa(chǎn)品品質(zhì)的要求，在今后的工作中可以將原本氣味較重的食品表面活性劑與其他類型食品表面活性劑配合使用，以期在達到在同等改善蛋白質(zhì)粉溶解性的效果下，更好地保持產(chǎn)品感官性質(zhì)。除此之外，雙食品表面活性劑或三食品表面活性劑與蛋白質(zhì)相互作用的內(nèi)在機制值得進一步的研究。目前，可應(yīng)用于改善蛋白質(zhì)粉溶解性的食源性表面活性劑種類仍然有限，嘗試開發(fā)安全性高且增溶效果強的人工合成食品表面活性劑是未來研究的熱點，將為速溶型蛋白質(zhì)基料的開發(fā)和創(chuàng)制提供新思路。