常用食品乳化劑對復(fù)合骨湯乳化穩(wěn)定效果的影響

張立彥 杜曉婷 楊楊 張挺

摘要：以穩(wěn)定系數(shù)R值、平均粒徑D[4，3]及粒徑分布系數(shù)PDI、Zeta電位和乳液黏度為指標(biāo)，探究了不同食品乳化劑（蔗糖酯、單甘酯、吐溫80、大豆卵磷脂和酪蛋白酸鈉）及其添加量對復(fù)合骨湯乳化穩(wěn)定效果的影響。研究結(jié)果表明，與原復(fù)合骨湯相比，添加乳化劑后復(fù)合骨湯乳液的穩(wěn)定性都得到顯著提高（P<0.05）；5種乳化劑的最佳乳化效果添加濃度分別為蔗糖酯2.5%、單甘酯2.5%、吐溫80 0.5%、大豆卵磷脂2.5%、酪蛋白酸鈉2.0%；不同乳化劑對復(fù)合骨湯乳液的乳化、穩(wěn)定效果和機制不同，優(yōu)劣次序為吐溫80>大豆卵磷脂>蔗糖酯>單甘酯>酪蛋白酸鈉；結(jié)合乳液穩(wěn)定性及感官評價結(jié)果，復(fù)合骨湯中分別添加2.5%蔗糖酯和1.5%大豆卵磷脂時穩(wěn)定性和感官品質(zhì)最好。

關(guān)鍵詞：復(fù)合骨湯；乳液；乳化劑；乳化穩(wěn)定性

中圖分類號：TS202.3????? 文獻標(biāo)志碼：A???? 文章編號：1000-9973（2023）08-0001-05

Effect of Commonly Used Food Emulsifiers on Emulsification Stability of Compound Bone Soup

ZHANG Li-yan1， DU Xiao-ting1， YANG Yang1， ZHANG Ting2*

（1.School of Food Science and Engineering， South China University of Technology， Guangzhou 510640，

China; 2.School of Public Administration， Guangzhou City Polytechnic， Guangzhou 510405， China）

Abstract： With stability coefficient R value， average particle size D[4，3] and particle size distribution coefficient PDI， Zeta potential and emulsion viscosity as the indexes， the effects of different food emulsifiers （sucrose ester， monoglyceride， Tween 80， soybean lecithin and sodium caseinate） and their addition amounts on emulsification stability of compound bone soup are investigated. The research results show that compared with the original compound bone soup， the stability of compound bone soup emulsion is significantly improved after adding emulsifiers （P<0.05）. The five emulsifiers have the optimal emulsification effect with the addition concentrations of sucrose ester 2.5%， monoglyceride 2.5%， Tween 80 0.5%， soybean lecithin 2.5% and sodium caseinate 2.0%; the emulsifying and stabilizing effects and mechanism of different emulsifiers on compound bone soup emulsion are different， and the order is Tween 80>soybean lecithin>sucrose ester>monoglyceride>sodium caseinate. Combining the emulsion stability with sensory evaluation results， the compound bone soup with 2.5% sucrose ester and 1.5% soybean lecithin has the best stability and sensory quality.

Key words： compound bone soup; emulsion; emulsifier; emulsification stability

收稿日期：2023-02-26

基金項目：廣州市科技計劃項目（202206010178）

作者簡介：張立彥（1974－），女，教授，博士，研究方向：食品加工與保藏。

通信作者：張挺（1979－），男，副教授，碩士，研究方向：食品分析與安全檢測。

我國自古就有利用畜禽骨熬煮高湯用于菜肴提味的習(xí)慣，但骨類高湯制作需要提前備菜并且熬煮耗時長，制備條件不統(tǒng)一，骨湯湯色及風(fēng)味的品質(zhì)一致性差，應(yīng)用困難[1]。將高湯加工成標(biāo)準(zhǔn)化湯料產(chǎn)品，可以方便家庭及餐飲業(yè)長期、穩(wěn)定使用。

在骨湯熬煮過程中，畜禽骨中的蛋白質(zhì)、油脂及其他呈味物質(zhì)、金屬離子逐步滲出，經(jīng)輕度乳化、自組裝后形成微納米膠粒體系[2]，使湯汁濃白黏稠。但該乳化體系并不穩(wěn)定，容易受熬煮條件的影響而遭到破壞，也極易在后續(xù)處理及貯存過程中發(fā)生水-油分層現(xiàn)象[3]。因此，如何促進骨湯中各滲出物質(zhì)之間的相互作用，促進水-油乳化，有效提高骨湯的穩(wěn)定性，是骨湯制品生產(chǎn)中亟待解決的技術(shù)難題。

加入乳化劑是提高骨湯穩(wěn)定性的有效途徑。目前食品中常用的乳化劑主要有合成乳化劑——蔗糖酯、分子蒸餾單甘酯（簡稱單甘酯）、吐溫和司盤系列等，以及天然乳化劑——大豆卵磷脂和酪蛋白酸鈉等[4]。不同乳化劑由于結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的差異而具有不同的乳化效果。此外，乳化劑濃度也會影響乳化效果：濃度太低，在乳液中乳滴界面達不到飽和吸附，不能形成緊密的界面膜，導(dǎo)致較小乳滴聚合[5]；濃度太高，乳液液滴之間可能由于距離過近而發(fā)生碰撞、聚集，也不利于乳液穩(wěn)定[6]。

本研究選用5種常用食品乳化劑——蔗糖酯、單甘酯、吐溫80、大豆卵磷脂和酪蛋白酸鈉，研究不同乳化劑及濃度條件對豬脛骨-雞骨架復(fù)合骨湯乳化穩(wěn)定性的影響，探究這些乳化劑發(fā)揮乳化穩(wěn)定作用的機制，以期為提高骨湯產(chǎn)品的穩(wěn)定性提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

冷凍豬脛骨、雞骨架：購于廣州市泰東食品商行；金龍魚玉米油：購于廣州市華南理工大學(xué)西亞興安超市；食品級蔗糖酯、分子蒸餾單甘酯、大豆卵磷脂、酪蛋白酸鈉、吐溫80：購于廣東華盛食品有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

RE-52B型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海青浦滬西儀器廠；T18型高速分散機 德國IKA公司；BSA224S型精密電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；752型紫外分光光度計 上?，F(xiàn)科分光儀器有限公司；H2050R型臺式高速冷凍離心機 湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；Malvern Zetasizer Nano ZS型納米粒度及Zeta電位分析儀、Malvern 2000型激光粒度分析儀 英國Malvern公司；NDJ-5S型數(shù)顯旋轉(zhuǎn)黏度計 河北慧采科技有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 復(fù)合骨湯乳液的制備

復(fù)合骨湯經(jīng)真空蒸發(fā)濃縮至可溶性固形物含量為25%，得到復(fù)合骨湯濃縮液。按一定比例將乳化劑分別溶解于少量骨湯濃縮液或玉米油中，混合分散后加入到骨湯濃縮液中，再加入總量為20%的玉米油，通過高速分散機以20 000 r/min的速度剪切3 min，每剪切1 min后停止間隔30 s，得到濃縮骨湯乳液。在測定指標(biāo)前，將濃縮骨湯乳液沖調(diào)稀釋50倍，得到復(fù)合骨湯乳液。

1.3.2 復(fù)合骨湯乳液穩(wěn)定系數(shù)R值的測定

參考曾清清[7]的方法并稍作修改：將濃縮骨湯乳液稀釋50倍，使用高速離心機在5 000 r/min條件下將稀釋乳液離心10 min，其他步驟不變，測得乳液的R值（穩(wěn)定系數(shù)）。R值大的乳液穩(wěn)定性好，表明所使用的乳化劑乳化性能較好。平行測定3次并取平均值。

1.3.3 復(fù)合骨湯乳液乳滴粒徑和Zeta電位的測定

用超純水將濃縮骨湯乳液稀釋50倍，使用Malvern Zetasizer Nano ZS型動態(tài)光散射儀和Malvern 2000型激光粒度散射儀分別測定復(fù)合骨湯乳液中乳滴粒子的平均粒徑D[4，3]及粒徑分布系數(shù)、Zeta電位，使遮蔽度小于15%以避免多重衍射效應(yīng)。平行測定3次并取平均值。

1.3.4 復(fù)合骨湯乳液黏度的測定

將1.3.1中制備的復(fù)合骨湯乳液置于NDJ-5S型數(shù)顯旋轉(zhuǎn)黏度計下，根據(jù)黏度大小選擇不同的轉(zhuǎn)子大小和轉(zhuǎn)速，得到準(zhǔn)確的黏度數(shù)值。平行測定3次并取平均值。

1.3.5 復(fù)合骨湯乳液感官評定方法

邀請15名來自不同地區(qū)的食品專業(yè)人員，經(jīng)過培訓(xùn)后對稀釋50倍后的復(fù)合骨湯產(chǎn)品的可接受度、滋味、稠度、香氣、色澤進行評定，并按照表1中的感官評分標(biāo)準(zhǔn)進行評分，匯總后取總分。采用雙盲法對樣品進行密碼編號，樣品與順序隨機。

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

采用Excel 10計算不同指標(biāo)數(shù)據(jù)，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差形式表示；采用SPSS 12.0對測定指標(biāo)進行方差分析，應(yīng)用最小顯著差異法（LSD）進行多重比較，分析不同處理組間的差異顯著性，取95%置信度（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳化劑種類及用量對復(fù)合骨湯乳液穩(wěn)定系數(shù)R值的影響

本研究選用的蔗糖酯的HLB值為13，是一種高親水、非離子、水包油（O/W）型乳化劑。由圖1可知，當(dāng)蔗糖酯添加量在1.5%以內(nèi)時，復(fù)合骨湯乳液的R值隨著蔗糖酯添加量的增加而顯著增加（P<0.05）。這是因為蔗糖酯能夠在水和油之間迅速形成穩(wěn)定的界面，降低界面張力，從而形成穩(wěn)定的分散體系。但當(dāng)蔗糖酯添加量超過1.5%后，乳液的R值雖有增加但趨勢緩慢，在蔗糖酯添加量為2.5%時R值達到最大（0.84），而后R值又略微下降。這可能是由于蔗糖酯濃度超過了其臨界膠束濃度，自身聚集形成膠束，導(dǎo)致乳液逐漸不穩(wěn)定[8]。

吐溫80也是一種親水性的非離子型表面活性劑，其HLB值為15。與空白樣相比，吐溫80少量添加（<0.5%）就可使復(fù)合骨湯乳液的R值顯著增大至0.84（P<0.05），當(dāng)吐溫80添加量超過0.5%后，乳液的R值隨著吐溫80添加量的增加先緩慢上升后逐漸下降，但仍保持在0.8以上，且均顯著大于空白樣（P<0.05）。吐溫80加入到乳液中后，能夠迅速擴散到乳液的界面處，將游離的油脂包圍并形成完整的界面膜，限制油脂的運動碰撞范圍，從而減少油脂的聚集上浮，以此來維持乳液的穩(wěn)定性[9]。此外，由于吐溫80的臨界膠束濃度較低，增溶能力較強，吐溫80在較低濃度下即可維持乳液的穩(wěn)定[10]。

單甘酯也是非離子型表面活性劑，表現(xiàn)出親油性且HLB值約為3.8，屬于油包水（W/O） 型乳化劑。由圖1可知，復(fù)合骨湯乳液的R值隨著單甘酯添加量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在添加量為2.5%時R值最大（0.67），表明此時乳液的穩(wěn)定性最好。

大豆卵磷脂的磷脂分子分別含有親油（脂肪酸鏈）及親水部分（磷酸基、膽堿式乙醇胺或肌醇等），具有良好的乳化性能，同時它還是一種兩性離子型表面活性劑，具有特殊的表面活性[11]。由圖1可知，大豆卵磷脂添加量為0.5%時，復(fù)合骨湯乳液的R值（0.79）顯著高于空白樣（0.48）（P<0.05），之后隨著大豆卵磷脂添加量的增加，乳液的R值緩慢上升，在添加量2.5%后又顯著下降（P<0.05）?？偟膩碚f，復(fù)合骨湯乳液的R值都在0.8以上，均顯著高于空白樣（P<0.05）。

酪蛋白酸鈉是一種離子型乳化劑，含有親油和親水基團，因此具有一定的乳化性能[12]。加入到復(fù)合骨湯乳液中后，乳液的R值隨著酪蛋白酸鈉添加量的增加呈現(xiàn)先緩慢增大后逐漸減小的趨勢，在酪蛋白酸鈉添加量2.0%時乳液的R值最大（0.57），與空白樣存在顯著差異（P<0.05），說明乳液的穩(wěn)定性顯著升高。當(dāng)酪蛋白酸鈉的添加量超過2.0%后，乳液的穩(wěn)定性下降，可通過排斥絮凝理論進行解釋：當(dāng)酪蛋白酸鈉的濃度超過乳液穩(wěn)定臨界值時，乳液中沒有參與乳化作用的酪蛋白酸鈉會因為滲透作用造成乳液液滴絮凝，使酪蛋白酸鈉從乳滴表面析出，導(dǎo)致乳液不穩(wěn)定[13]。

2.2 乳化劑種類及用量對復(fù)合骨湯乳液中乳滴粒徑及粒徑分布的影響

乳液中乳滴粒徑及PDI值大小可以反映乳化劑的乳化效果及乳液穩(wěn)定性。在乳液體系中，乳滴越小、大小越均勻（PDI值?。?，乳滴之間運動碰撞的概率越小，則體系的能量越低，乳液越容易保持穩(wěn)定。不同乳化劑種類及用量對復(fù)合骨湯乳液乳滴粒徑和PDI的影響見表2和表3。

由表2可知，隨著蔗糖酯、大豆卵磷脂和酪蛋白酸鈉添加量的增加，乳液中乳滴的平均粒徑D[4，3]先顯著減小而后明顯增大（P<0.05），在蔗糖酯、大豆卵磷脂和酪蛋白酸鈉添加量分別為2.5%、2.5%、2.0%時最小，分別為887.7，1 004.3，3 157.1 nm；吐溫80添加量在0.5%時，復(fù)合骨湯乳液乳滴的粒徑最?。? 271.3 nm），之后隨著吐溫80添加量的增加而增大；乳液中乳滴的平均粒徑D[4，3]隨著單甘酯添加量的增加呈現(xiàn)波動變化，在單甘酯添加量為2.5%時具有最小乳滴平均粒徑D[4，3]（2 368.5 nm）。

由表3可知，復(fù)合骨湯乳液中分別添加蔗糖酯及大豆卵磷脂時，乳滴的PDI值隨著添加量的增加變化趨勢與粒徑變化一致。隨著吐溫80添加量的增加，復(fù)合骨湯乳液乳滴的PDI值呈階梯式提高，乳滴粒徑的均勻性逐漸下降。在單甘酯添加量較高（>2.0%）時，乳液中乳滴的粒徑分布較寬，PDI較大（>0.83）。而在乳液中添加酪蛋白酸鈉時，乳液中乳滴的粒徑分散非常不均勻，粒徑大小不均一，無法測得具體的粒徑分散系數(shù)。

2.3 乳化劑種類及用量對復(fù)合骨湯乳液Zeta電位的影響

原骨湯中含有由蛋白質(zhì)、多糖、核苷酸及多價金屬離子組成的帶電膠粒，Zeta電位為－25 mV左右。加入油脂以及乳化均質(zhì)過程會改變膠粒和乳滴表面電荷大小[14]。由圖2可知，復(fù)合骨湯乳液的Zeta電位絕對值隨著蔗糖酯添加量的增加先上升后稍有下降，在2.5%時有最大值（38.2 mV），說明此添加量下乳液中乳滴相互之間的靜電斥力最大，乳滴不易聚集[15]。而乳液的Zeta電位絕對值隨著吐溫80添加量的增加沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，但在0.5%時有最大值（45.6 mV）。添加單甘酯的乳液Zeta電位絕對值均較大，其中在添加量2.5%時達到最大值（41.2 mV）。這可能是由于單甘酯為小分子乳化劑，可以置換出吸附在乳滴表面的蛋白質(zhì)[16]，致使乳滴乳化層外表面蛋白質(zhì)增多，從而使乳滴表面有較大的Zeta電位。

隨著大豆卵磷脂添加量的增加，復(fù)合骨湯乳液的Zeta電位絕對值不斷增大。這是因為磷脂具有兩親性且能解離而帶電荷，被吸附到乳滴表面后能顯著增加表面的電荷量[17]。酪蛋白酸鈉具有高負電性質(zhì)，但在低添加量范圍內(nèi)（<1.0%）卻使骨湯乳液的Zeta電位絕對值顯著減?。≒<0.05），在何蕾關(guān)于豬骨湯的研究中也發(fā)現(xiàn)類似規(guī)律[14]，可能是帶正電的Na+優(yōu)先吸附到帶負電的乳滴表面，降低了Zeta電位絕對值，之后隨著Na+吸附達到上限，帶負電的酪蛋白基團才逐漸吸附在乳滴表面[18]，在添加量為2.5%時乳液有最大的Zeta電位絕對值（39.7 mV）。

2.4 乳化劑種類及用量對復(fù)合骨湯乳液黏度的影響

在乳液體系中，乳液介質(zhì)黏度系數(shù)增大，可以降低油滴的運動和擴散速率，有利于提高乳液體系的穩(wěn)定性[19]。由圖3可知，隨著蔗糖酯添加量的增加，乳液的黏度隨之增大，在添加量為2.5%時達到最大值，之后隨著蔗糖酯添加量的增加而下降。這可能是由于高添加量（3.0%）條件下，多余的蔗糖酯形成聚集體，乳滴的粒徑變大，乳液的黏度下降。乳液的黏度隨著吐溫80添加量的增加沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。單甘酯加入到復(fù)合骨湯中可以提高乳液的黏度，且隨著添加量的增加，黏度不斷提高。高浩源等研究發(fā)現(xiàn)添加0.4%～1.0%的單甘酯提高了牛骨湯的表觀黏度[3]。復(fù)合骨湯乳液的黏度隨著酪蛋白酸鈉添加量的增加逐漸增大，在添加量為2.0%時有較大的黏度。

2.5 乳化劑對復(fù)合骨湯感官評價的影響

從色澤、香氣、滋味、稠度和可接受度5個方面對不同乳化劑在最優(yōu)添加量條件下制備的復(fù)合骨湯乳液進行感官評價，結(jié)果見圖4。

由圖4可知，分別添加2.5%蔗糖酯、0.5%吐溫80和2.5%大豆卵磷脂的復(fù)合骨湯乳液色澤評分相對較高，而2.5%單甘酯、2.0%酪蛋白酸鈉參與乳化的復(fù)合骨湯乳液色澤相對較低，這與乳液的穩(wěn)定性、乳滴粒徑的大小及分布等因素有關(guān)：當(dāng)復(fù)合骨湯乳液液滴顆粒小且分布均勻時，由于光散射現(xiàn)象，骨湯形成均勻的乳白色液體，骨湯的色澤評分較高。復(fù)合骨湯乳液的稠度主要與其黏度相關(guān)。分別添加2.5%蔗糖酯和2.0%大豆卵磷脂的復(fù)合骨湯乳液稠度評分較高，與乳液黏度結(jié)果基本一致。

乳化劑本身的性質(zhì)對復(fù)合骨湯乳液的氣味和滋味有一定的影響。吐溫80有臭味且味微苦，它的添加降低了骨湯乳液的感官評分。大豆卵磷脂呈堅果味并稍有豆腥味，在2.5%添加量下骨湯乳液稍帶豆腥味，香氣和滋味評分稍低；酪蛋白酸鈉添加量過高時，會使骨湯乳液稍帶不良味道，滋味評分下降。單甘酯稍帶脂肪味，而蔗糖酯無明顯氣味，骨湯的特征香味和滋味較強，感官評分較高。

綜合來說，骨湯乳液的可接受度評分排序為2.5%蔗糖酯>2.5%單甘酯>2.5%大豆卵磷脂>2.0%酪蛋白酸鈉>0.5%吐溫80。但所有復(fù)合骨湯乳液的可接受度評分都高于12，均在可接受范圍內(nèi)。

3 討論

乳化劑種類及用量對復(fù)合骨湯乳液的穩(wěn)定效果有顯著影響，使用不同乳化劑，乳液的穩(wěn)定性差別較大，且各乳化劑發(fā)揮最佳乳化作用的添加量并不一致。吐溫80在較低添加量（0.5%）下就能發(fā)揮良好的乳化作用，乳液乳滴粒徑較小且大小分布較均勻，在乳滴表面帶有強負電荷而不易聚集，使乳液很穩(wěn)定。蔗糖酯和卵磷脂在添加量較高（2.5%）時才表現(xiàn)出較優(yōu)的乳化效果，其中蔗糖酯可以顯著降低乳液中乳滴的粒徑，乳化分散能力突出，且能顯著增大乳液的黏度；大豆卵磷脂則可以有效提高乳液的Zeta電位，增大乳滴間的靜電斥力，乳滴粒徑較小且分布均勻，使乳液的黏度增大。

單甘酯和酪蛋白酸鈉對復(fù)合骨湯乳液的穩(wěn)定作用較差，穩(wěn)定系數(shù)分別低于0.7和0.6。究其原因可能是稀釋后骨湯含水量較高，單甘酯作為油包水型乳化劑，雖然能以水合物的形式分散在乳液中，起到一定水包油的作用[20]，但乳化穩(wěn)定作用有限。而酪蛋白酸鈉作為一種蛋白類乳化劑，分子較大，且與骨湯中原有蛋白質(zhì)分子在油滴表面存在競爭，因而乳化效果相對較差，乳液乳滴粒徑在3 000～5 800 nm之間，且粒徑大小非常不均勻，總體乳化效果及穩(wěn)定效果都較差。

4 結(jié)論

分別添加5種乳化劑后復(fù)合骨湯乳液的穩(wěn)定性都得到顯著提高（P<0.05），乳化劑最佳添加量分別為蔗糖酯2.5%、單甘酯2.5%、吐溫80 0.5%、大豆卵磷脂2.5%和酪蛋白酸鈉2.0%。

5種乳化劑對復(fù)合骨湯乳液的乳化穩(wěn)定作用機制各不相同，其效果優(yōu)劣次序為吐溫80>大豆卵磷脂>蔗糖酯>單甘酯>酪蛋白酸鈉。

復(fù)合骨湯乳液感官可接受度順序為2.5%蔗糖酯>2.5%單甘酯>2.5%大豆卵磷脂>2.0%酪蛋白酸鈉>0.5%吐溫80?？傮w而言，分別添加2.5%蔗糖酯和1.5%大豆卵磷脂，骨湯乳液的穩(wěn)定性和綜合感官品質(zhì)最好。

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