大豆蛋白穩(wěn)定乳液油凝膠的制備及其在肉糜中的應(yīng)用

王卉，邵東旭，陳獻(xiàn)達(dá)

（海南熱帶海洋學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院，海南三亞 572022）

乳液油凝膠為油相比例較高的乳液，通過加入凝膠顆粒作為穩(wěn)定劑，經(jīng)過一定的加工，形成高黏度、凝膠狀的乳液，也稱為Pickering 乳液凝膠[1?3]。相對于傳統(tǒng)乳液而言，Pickering 乳液有著很大的優(yōu)勢。傳統(tǒng)乳液會添加表面活性分子附著在乳滴的表面層上，乳液不太穩(wěn)定，且長時間儲存會出現(xiàn)絮凝分層現(xiàn)象。而Pickering 乳液是將納米凝膠顆粒物附著在乳滴表面，產(chǎn)生一層緊密的表面膜，將乳滴與乳滴之間排開，阻隔乳滴間的聚集，使得乳液的穩(wěn)定性能大大提升[4?5]。Pickering 乳液的穩(wěn)定性能非常突出，其中多糖基顆粒和蛋白基顆粒穩(wěn)定的乳液宜添加在食品加工生產(chǎn)中，其具有制備方法簡單，生產(chǎn)成本較低，綠色健康環(huán)保等優(yōu)點[6?7]。乳液油凝膠可代替起酥油和人造奶油，飽和脂肪酸和反式脂肪酸的含量低，有一定的可塑性，對提升食品品質(zhì)、改善風(fēng)味、易于生產(chǎn)儲藏和提高營養(yǎng)價值等方面起到重要的作用，具有較大的發(fā)展?jié)撃躘8?9]。目前已有將乳液油凝膠應(yīng)用在雞肉腸、蛋糕和方便面中的研究[10?11]。大豆蛋白是全球產(chǎn)量較高的植物蛋白之一，大豆蛋白聚集體表現(xiàn)出良好的乳化性、溶解性和凝膠性等表面活性性質(zhì)，可用于穩(wěn)定Pickering 乳液[12?13]。劉洋[14]通過加熱得到大豆蛋白凝膠顆粒，并將其用作穩(wěn)定劑制備Pickering 乳液，研究表明大豆蛋白凝膠顆粒穩(wěn)定的乳液在低油相體積分?jǐn)?shù)下即可表現(xiàn)出彈性性質(zhì)。Liu 等[15]通過Ca2+誘導(dǎo)大豆蛋白聚集后與戊二醛交聯(lián)形成納米顆粒并制備了Pickering 乳液，結(jié)果表明，大豆蛋白顆粒在Pickering 乳液中具有穩(wěn)定劑的作用。

本研究制備了大豆蛋白顆粒穩(wěn)定葵花籽油的乳液油凝膠，研究不同制備條件對乳液油凝膠穩(wěn)定性的影響，并探討乳液油凝膠替代動物脂肪對肉糜性能的影響，以期為優(yōu)化肉糜制品配方成分提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆分離蛋白：臨沂山松生物制品有限公司；葵花籽油、豬里脊（瘦肉）、豬肥肉：市售；氫氧化鈉、鹽酸、氯化鈉、氯化鉀（均為分析純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

XHF?DY 高速分散器：寧波新芝生物科技股份有限公司；Malvern 3000 馬爾文激光粒度儀：英國Mal?vern 公司；MCR92 流變儀：安東帕（上海）商貿(mào)有限公司；B302 生光學(xué)顯微鏡：重慶奧特光學(xué)儀器有限責(zé)任公司；SQP 分析天平：賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；BHS?2 數(shù)顯恒溫水浴鍋：江陰市保利科研器械有限公司；LT?DBX 精密恒溫箱：立德泰勀（上海）科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 大豆蛋白穩(wěn)定的乳液油凝膠的制備

1.3.1.1 大豆蛋白分散液的制備

參照金銀霜[16]的方法并稍作改進(jìn)。在燒杯中稱取大豆分離蛋白粉2 g，加入純化水40 mL，濃度為5.0%，攪拌2 h，置于4 ℃下存放過夜。調(diào)節(jié)溶液的pH 值為7.0，在90 ℃水浴中加熱20 min 并不斷攪拌，冷卻后形成大豆蛋白分散液。

1.3.1.2 不同載油量乳液的制備

將大豆蛋白分散液在純化水中稀釋至濃度1.0%，分別加入葵花籽油（載油量30%、40%、50%、60%、70%、80%），使用高速分散器以5 000 r/min 均質(zhì)3 min后，于室溫下放置。

1.3.1.3 不同大豆蛋白濃度乳液油凝膠的制備

將大豆蛋白分散液在純化水中分別稀釋至濃度1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，加入葵花籽油（載油量70%），使用高速分散器以5 000 r/min 均質(zhì)3 min 后，于室溫下放置。

1.3.2 熱處理對乳液油凝膠的影響研究

將1.0% 濃度大豆蛋白穩(wěn)定的乳液油凝膠置于80 ℃水浴鍋中，分別加熱0、15、30、45、60 min，冷卻至室溫后，觀察乳液油凝膠的外觀，測定乳液油凝膠的粒徑并進(jìn)行流變分析。

1.3.3 乳液油凝膠性質(zhì)測定

1.3.3.1 光學(xué)顯微鏡觀察

將1 滴乳液油凝膠置于載玻片上，蓋好蓋玻片，放在載物臺上。采用光學(xué)顯微鏡觀測乳液油凝膠的粒徑、形狀。

1.3.3.2 乳液粒徑的測定

采用激光粒度儀測定乳液的粒徑尺寸。取1 滴乳滴加入樣品池，測定的分散相折光系數(shù)為1.456，連續(xù)相折光系數(shù)為1.333，測定體積平均直徑D（4，3）和表面平均粒徑D（3，2）。

1.3.3.3 乳析指數(shù)的測定

根據(jù)李慧娜[17]的方法，略有改動。將制備好的乳液油凝膠于室溫下放置24 h 后，測量析出水層的高度h1和總的乳液油凝膠高度h2，乳析指數(shù)（R，%）計算公式如下。

R=h1/h2×100

1.3.3.4 流變分析

用流變儀表征乳液油凝膠的黏度、儲能模量、損耗模量。設(shè)置溫度為25 ℃，固定掃描頻率1.0 Hz，設(shè)定剪切速率范圍在0.1～100 s-1，測定表觀黏度與剪切速率的關(guān)系。設(shè)定掃描頻率范圍在0.1～100 r/s，固定剪切應(yīng)變?yōu)?.5%，測定動態(tài)黏彈性。

1.3.4 乳液油凝膠作為脂肪替代物在肉糜中的應(yīng)用

1.3.4.1 肉糜的制作和配方

根據(jù)周揚等[18]的方法制作肉糜，稍作調(diào)整。

豬瘦肉的預(yù)處理（挑除肉眼可見的筋膜，切割肉塊）→加入食鹽，攪拌5 min→添加豬肥肉或乳液油凝膠（乳液油凝膠替代比例0%、25%、50%、75%、100%），料理機(jī)攪拌2 min→加入冷水，料理機(jī)攪拌3 min→水沸騰后上鍋蒸40 min→冷卻至室溫，4 ℃儲藏。

1.3.4.2 蒸煮得率的測定

將生肉糜稱重后，在沸水鍋里蒸熟。待40 min 后取出，放涼至室溫，用濾紙輕輕擦干肉糜表面流出的水分，稱重。蒸煮得率（Z，%）由生肉糜變成熟肉糜前后的質(zhì)量百分比表示。

Z=m2/m1×100

式中：m1為生肉糜的質(zhì)量，g；m2為熟肉糜的質(zhì)量，g。

1.3.4.3 保水保油性的測定

參照李媛[19]的方法，稱取5 g 左右的熟肉糜樣品放入離心管中，以4 000 r/min 離心8 min。將離心后的樣品置于100 ℃水浴中加熱45 min，然后冷卻到4 ℃。將離心管中樣品排出的液體倒入預(yù)先稱重的空瓶內(nèi)，在80 ℃干燥6 h，取出冷卻至室溫。水分滲透率（S，%）及脂肪滲透率（F，%）的計算公式如下。

S=（m1-m2）/m3×100

F=（m2-m4）/m3×100

式中：m1為干燥前的質(zhì)量，g；m2為干燥后的質(zhì)量，g；m3為樣品的質(zhì)量，g；m4為空瓶的質(zhì)量，g。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel2020 軟件進(jìn)行繪圖處理，SPSS19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，所有試驗均進(jìn)行3 次，數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同載油量對乳液的影響

圖1 和圖2 分別為不同載油量乳液的外觀照片和乳析指數(shù)。

圖1 不同載油量乳液的外觀Fig.1 Appearance of emulsions with different oil loads

圖2 不同載油量乳液的乳析指數(shù)Fig.2 Emulsification indexes of emulsions with different oil loads

從圖1 中可以看出，在載油量為30%～60%時，均有明顯的水層析出，乳液的乳析指數(shù)較高，且隨著載油量的增加，乳析指數(shù)逐漸降低，有更多的乳液形成，在載油量達(dá)到70% 時，乳液呈凝膠狀態(tài)，未析出明顯水層，油滴被包裹在大豆蛋白顆粒的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，這時乳析指數(shù)幾乎接近0，乳液最為穩(wěn)定。當(dāng)載油量高達(dá)80%時，乳液靜置6 h 后，發(fā)生破乳現(xiàn)象。這可能是因為在相同條件下，載油量越大，油水界面產(chǎn)生越多，因此當(dāng)大豆蛋白顆粒含量一定時，如果載油量較低，大豆蛋白顆粒足以包裹油滴，油滴間不會相互聚結(jié)，載油量增大后，有更多的油滴產(chǎn)生，大豆蛋白顆粒包裹不了所有的液滴表面，導(dǎo)致沒有吸附顆粒的油滴之間發(fā)生堆集，說明大豆蛋白凝膠顆粒不能承載油量等于或高于80%的乳液油凝膠。因此，將選擇制備載油量70%的乳液油凝膠進(jìn)行后續(xù)的試驗。

表1 為不同載油量乳液的粒徑。

表1 不同載油量乳液的粒徑Table 1 Particle sizes of emulsions with different oil loads

由表1 可知，乳液的粒徑隨著載油量增加而升高，這可能是因為載油量增大后，單位面積上油滴表面吸附的顆粒數(shù)減少，蛋白顆粒吸附層的厚度變小，油滴間存在較強的排斥力，為使體系位于最低能量態(tài)，小油滴結(jié)聚成大油滴，在油滴聚集作用下，油滴的比表面積和粒徑增大以保持乳液穩(wěn)定[16]，所以增加載油量會增大乳滴的粒徑。

2.2 不同大豆蛋白濃度對乳液油凝膠的影響

在載油量固定70%時，乳液油凝膠性質(zhì)主要取決于在連續(xù)相中的大豆蛋白顆粒濃度。研究顯示，當(dāng)大豆蛋白濃度小于1%時，因連續(xù)相中蛋白顆粒較少，不能形成穩(wěn)定的乳液油凝膠，乳液放置一定時間后油水分離；當(dāng)大豆蛋白濃度大于等于1%時，有足夠的蛋白顆粒連接成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而形成穩(wěn)定的乳液油凝膠，因此選擇大豆蛋白濃度大于等于1%進(jìn)行試驗。表2 為載油量70% 下不同大豆蛋白濃度對乳液油凝膠粒徑的影響。

表2 不同大豆蛋白濃度對乳液油凝膠粒徑的影響Table 2 Particle sizes of emulsion oil gels prepared with soybean protein at different concentrations

如表2所示，乳液油凝膠的粒徑隨著大豆蛋白濃度的增加而略微變小，這可能是因為大豆蛋白達(dá)到一定濃度，能夠進(jìn)一步吸附油滴表面，形成了多層包裹，且能分散于凝膠網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)相中，阻止了油滴的聚集，因此乳滴的粒徑較小，乳液油凝膠的穩(wěn)定性進(jìn)一步提高[17]。

2.3 乳液油凝膠熱穩(wěn)定性分析

圖3 為在80 ℃加熱不同時間的乳液油凝膠外觀照片。

圖3 不同加熱時間乳液油凝膠的外觀Fig.3 Appearance of emulsion oil gels heated for different timeperiods

從圖3 中可以觀察到，乳液油凝膠在80 ℃水浴中加熱60 min 后，外觀上未發(fā)生變化，沒有明顯分層和破乳現(xiàn)象，說明乳液油凝膠經(jīng)過熱處理后保持穩(wěn)定，熱耐受性較強。

圖4 為在80 ℃加熱不同時間的乳液油凝膠顯微鏡圖像。

圖4 乳液油凝膠不同加熱時間的微觀圖像Fig.4 Microscopic images of emulsion oil gels heated for different time periods

由圖4 可知，乳液油凝膠的液滴大小和分布并沒有因為加熱發(fā)生很大改變，與外觀現(xiàn)象一致。

表3 為不同加熱時間下乳液油凝膠的粒徑。

表3 不同加熱時間乳液油凝膠的粒徑Table 3 Particle size of emulsion oil gel heated for different time periods

由表3 可知，乳液油滴在不同加熱時間下粒徑大小會產(chǎn)生變化，這主要是因為大豆蛋白大分子在加熱過程中會逐漸展開，疏水基團(tuán)暴露并吸附在油滴表面，增強了蛋白質(zhì)的乳化效果；同時加熱處理會使蛋白質(zhì)顆粒碰撞加速，造成聚集，不能有效吸附到油滴表面。這兩種因素使得乳滴粒徑尺寸在不同加熱時間下變化不一致。

2.4 乳液油凝膠在加熱不同時間的流變分析

圖5 為乳液油凝膠在加熱不同時間的黏度隨剪切速率變化曲線。

圖5 不同加熱時間乳液油凝膠的黏度Fig.5 Viscosity as a function of emulsion oil gel heated for differ?ent time periods

由圖5 可知，乳液油凝膠的黏度隨剪切速率的升高而下降，表現(xiàn)為非牛頓流體特征。經(jīng)不同時間熱處理的各乳液的黏度變化曲線相似，且黏度大小相差不大；在剪切速率0.1～100 s-1范圍內(nèi)都出現(xiàn)了剪切稀化行為，導(dǎo)致出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是大豆蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)在剪切力下遭到破壞，乳液油凝膠中的油滴發(fā)生分散[20]。

圖6 和圖7 分別為乳液油凝膠在加熱不同時間的儲能模量和損耗模量隨角頻率變化圖，儲能模量即為彈性模量，反映樣品彈性的大小；損耗模量即為黏性模量，反映樣品黏性大小。

圖6 不同加熱時間乳液油凝膠的儲能模量Fig.6 Storage modulus as a function of emulsion oil gel heated for different time periods

圖7 不同加熱時間乳液油凝膠的損耗模量Fig.7 Loss modulus as a function of emulsion oil gel heated for different time periods

從圖7 中可以看出，隨著角頻率的增大，不同加熱時間下的乳液油凝膠的儲能模量均比損耗模量高，表明乳液油凝膠主要是彈性為核心的凝膠網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造[21]。經(jīng)過加熱45 min 處理的乳液油凝膠，儲能模量和損耗模量較大，表現(xiàn)為在該溫度下乳液的黏彈性較為突出穩(wěn)定；當(dāng)加熱到60 min 時，儲能模量和損耗模量均降低，導(dǎo)致這一現(xiàn)象發(fā)生的原因可能是隨著加熱時間的增加，大豆蛋白的空間構(gòu)造產(chǎn)生轉(zhuǎn)變，加速油滴之間的聚集，使得乳液油凝膠的黏彈性下降。

2.5 肉糜性能分析

2.5.1 蒸煮得率分析

圖8 為肉糜蒸煮前后顏色變化與油脂損失。

圖8 肉糜蒸煮前后的顏色變化與油脂損失Fig.8 Color change and oil loss of minced meat before and after cooking

如圖8所示，當(dāng)沒有乳液油凝膠替代時，肉糜在蒸煮前顏色較深，由于乳液油凝膠是白色的，隨著乳液油凝膠替代比例的增加，肉糜的顏色也漸漸變淺。肉糜經(jīng)過蒸煮后，會有油脂和汁液的流出，當(dāng)乳液油凝膠替代比例為0 時，油脂損失最大，隨著替代比例的增加，油脂損失逐漸減少。當(dāng)乳液油凝膠完全替代了豬肥肉時，經(jīng)過蒸煮后，僅有透明液體狀的汁液。

圖9 為不同乳液油凝膠替代比例的肉糜蒸煮得率。

圖9 不同乳液油凝膠替代比例的肉糜蒸煮得率Fig.9 Cooking yield of minced meat with different replacement ratios of animal fat by emulsion oil gel

如圖9所示，肉糜蒸煮得率隨乳液油凝膠替代比例的升高而提高，當(dāng)乳液油凝膠替代比例為100%時，肉糜的蒸煮得率最高，達(dá)到87%。這主要是由于乳液油凝膠具有良好的熱耐受性，在高溫蒸煮的過程中，不會破乳造成油脂和汁液的損失。

2.5.2 保水保油性分析

圖10 為不同乳液油凝膠替代比例的肉糜水分滲出率和油脂滲出率。

圖10 不同乳液油凝膠替代比例的肉糜水分滲出率和油脂滲出率Fig.10 Water and oil leakage rates of minced meat with different replacement ratios of animal fat by emulsion oil gel

從圖10 中可以看出，肉糜水分滲出率和油脂滲出率隨著乳液油凝膠替代比例的增加而逐漸降低，當(dāng)替代比例為0 時，滲出率最高；當(dāng)乳液油凝膠完全替代豬油脂時，滲出率較低，肉糜的保水、保油效果得到改善。油脂滲出的主要原因是由于加熱破壞了油水界面層，導(dǎo)致包裹在油滴中的脂肪球脫離出來，從而進(jìn)一步凝聚。而乳液油凝膠中形成穩(wěn)定的凝膠網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)顆粒緊密的包裹在油水界面上，一定程度上防止脂肪向表面移動，有利于抑制油脂的滲出。同時大豆蛋白的水合性增強了肉糜的保水性能，乳液油凝膠良好的熱耐受性也是使其能夠增強豬肉糜保水、保油性能的重要原因之一[22]。

3 結(jié)論

本研究表明，大豆蛋白水溶液經(jīng)熱處理后形成凝膠顆粒分散液，以1.0% 濃度的大豆蛋白穩(wěn)定的油凝膠，乳析指數(shù)隨著載油量的增加而逐漸降低，在載油量達(dá)到70%時，乳液呈凝膠狀態(tài)。乳液油凝膠的粒徑隨著大豆蛋白濃度的增加而略微變小，并且經(jīng)80 ℃熱處理后，乳滴粒徑大小和分布隨加熱時間基本不變，顯示良好的熱穩(wěn)定性。流變分析表明乳液油凝膠的黏度隨剪切速率升高而下降，表現(xiàn)為非牛頓流體特征。經(jīng)不同時間熱處理的乳液黏度變化曲線相似，且黏度大小相差不大。不同加熱時間下的乳液油凝膠的儲能模量均比損耗模量高，表明乳液油凝膠主要是彈性為核心的凝膠網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，加熱45 min 處理的乳液油凝膠黏彈性最為突出。將乳液油凝膠應(yīng)用于肉糜中替代動物脂肪。肉糜經(jīng)高溫蒸煮后，肉糜蒸煮得率隨替代比例的升高而提高，當(dāng)乳液油凝膠完全替代豬油脂時，滲出率較低，肉糜的保水、保油效果得到改善，表明乳液油凝膠能形成穩(wěn)定的凝膠網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)，有利于抑制油脂的滲出。本研究為大豆蛋白穩(wěn)定的乳液油凝膠作為肉糜制品的配方成分提供理論依據(jù)與數(shù)據(jù)參考。