南瓜籽蛋白-卡拉膠乳液凝膠脂肪替代物的制備與特性分析

摘要：利用南瓜籽蛋白和卡拉膠為原料制備乳液凝膠脂肪替代物，通過單因素試驗研究了不同配比下南瓜籽蛋白、卡拉膠與大豆油對熱誘導乳液凝膠理化特性的影響。結(jié)果表明，不同配比的南瓜籽蛋白、卡拉膠和大豆油均能顯著影響熱誘導凝膠的理化特性。綜合分析，當南瓜籽蛋白添加量為3%、卡拉膠添加量為1.5%、大豆油添加量為10%時，制備的乳液凝膠的凝膠特性、乳化穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性、蒸煮損失等指標更穩(wěn)定。

關鍵詞：南瓜籽蛋白；卡拉膠；乳液凝膠；脂肪替代物

中圖分類號：TS201.21 文獻標志碼：A 文章編號：1000-9973（2025）01-0216-06

Preparation of Pumpkin Seed Protein-Carrageenan Emulsion Gel Fat Substitutes and Analysis of Characteristics

ZHENG Shuang， LI Bo， LI Yan-qing^*

（College of Food， Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing 163319， China）

Abstract： Pumpkin seed protein and carrageenan are used as the raw materials to prepare emulsion gel fat substitutes， and the effects of different ratios of pumpkin seed protein， carrageenan and soybean oil on the physicochemical characteristics of heat-induced emulsion gel are studied by single factor test. The results show that different ratios of pumpkin seed protein， carrageenan and soybean oil could significantly affect the physicochemical characteristics of heat-induced emulsion gel.Through comprehensive analysis， it is found that when the addition amount of pumpkin seed protein is 3%， the addition amount of carrageenan is 1.5% and the addition amount of soybean oil is 10%， the gel characteristics， emulsification stability， freeze-thaw stability and cooking loss of the prepared emulsion gel are more stable.

Key words： pumpkin seed protein; carrageenan; emulsion gel; fat substitutes

收稿日期：2024-07-26

基金項目：黑龍江八一農(nóng)墾大學三橫三縱支持計劃（TDJH202003）

作者簡介：鄭爽（1998—），女，碩士，研究方向：畜產(chǎn)品加工。

*通信作者：李艷青（1978—），女，副教授，博士，研究方向：畜產(chǎn)品加工。

乳液凝膠，又稱乳液或乳液水凝膠^[1]，是將乳化的液滴分散在凝膠基質(zhì)中作為填充相的軟固體^[2]。乳液凝膠兼具乳液和凝膠網(wǎng)絡的雙重特性，結(jié)構穩(wěn)定，功能特性突出，而且乳液凝膠在外觀和質(zhì)構方面與動物脂肪相似，可用于脂肪替代物。De Souza等^[3]以菊粉、SPI和豆油制備的乳液凝膠替代脂肪制備低鹽、低脂博洛尼亞香腸，結(jié)果表明在降低脂肪含量的同時使該香腸具有較高的黏彈性。

乳液凝膠的制備分為兩個過程：先是乳狀液的制備，然后通過不同誘導方式形成連續(xù)相凝膠^[4]。根據(jù)凝膠基質(zhì)，乳液凝膠可分為多糖基乳液凝膠、蛋白質(zhì)基乳液凝膠和復合乳液凝膠，其中蛋白與多糖復合形成的乳液凝膠不僅可以提高網(wǎng)絡結(jié)構的致密性，而且可以通過多糖對蛋白進行修飾，改變蛋白形成的凝膠網(wǎng)絡結(jié)構^[5]。南瓜籽蛋白是一種有前景的植物源蛋白質(zhì)，研究表明^[6]，南瓜籽蛋白以其豐富的EAA含量與大豆蛋白相似，除了被廣泛用作食品成分外，還具有藥理活性，如抗腫瘤、抗糖尿病和保護肝臟的功能^[7]?？ɡz是陰離子多糖，作為一種親水性膠體，能夠吸水膨脹，具有良好的凝膠性^[8]，可作為增稠劑、膠凝劑、穩(wěn)定劑、脂肪替代品等^[9]廣泛應用于食品中。有研究指出，卡拉膠與蛋白質(zhì)形成的復合物可以有效改善低脂肉制品的質(zhì)地^[10]。

本文以南瓜籽蛋白和卡拉膠形成的乳液凝膠為研究對象，通過單因素試驗設計對比不同變量下乳液凝膠的理化性質(zhì)差異，確定制備乳液凝膠的最佳配比，制備的乳液凝膠可作為脂肪替代物廣泛應用于肉類制品、乳類制品等食品中，為開發(fā)新型脂肪替代物提供了理論基礎。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

南瓜籽蛋白：陜西螢草生物科技有限公司；大豆色拉油：九三食品股份有限公司；卡拉膠：綠新（福建）食品有限公司；十二烷基硫酸鈉（SDS）、氫氧化鈉、硫酸銅：廣州賽國生物科技有限公司。

1.2 主要儀器與設備

Bettersize 2000激光粒度分布儀 丹東百特儀器有限公司；TA-XT Plus質(zhì)構儀 英國 Stable Micro Systems公司；UV-1100紫外分光光度計 上海美譜達儀器有限公司；CM-5色差儀 日本 Konica Minolta 公司；DK-S24電熱恒溫水浴鍋 上海森信實驗儀器有限公司；BR4I冷凍離心機 賽默飛世爾科技公司。

1.3 方法

1.3.1 乳液凝膠的制備及單因素試驗設計

將南瓜籽蛋白均勻地分散在蒸餾水中，并使用磁力攪拌器充分攪拌10 min后加入大豆油并使用均質(zhì)機均質(zhì)5 min進行乳化，然后在磁力攪拌器的攪拌下加入卡拉膠，攪拌5 min。將混合好的乳液于75℃水浴加熱1 h后得到熱誘導乳液凝膠，冷卻后于4℃隔夜保藏。

設計單因素試驗，通過凝膠強度、持水性等指標考察不同南瓜籽蛋白添加量（0%、1%、2%、3%、4%、5%）、卡拉膠添加量（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%）、大豆油添加量（0%、5%、10%、15%、20%）對乳液凝膠的綜合影響，確定制備乳液凝膠的最佳配比。

1.3.2 凝膠強度測定

參考Li等^[11]的方法并略作修改。將冷卻的凝膠在室溫下升溫1 h，然后通過TA-XT Plus質(zhì)構儀進行測量，選取探頭型號P/0.5，試驗參數(shù)：觸發(fā)力5 g，測前速度1.0 mm/s，測中速度1.0 mm/s，測后速度1.0 mm/s，穿刺距離8.0 mm。

1.3.3 持水性（WHC）測定

參考Shang等^[12]的方法并略作修改。將凝膠從4℃冷藏室中取出，于室溫下靜置30 min后轉(zhuǎn)移到50 mL離心管中，在4℃條件下，以轉(zhuǎn)速10 000 r/min離心20 min。將離心管倒置20 min后，用吸水紙吸凝膠析出的水分，進行稱重。持水性計算公式如下：

持水性（%）=離心后凝膠凈重（g）/離心前凝膠凈重（g）×100%。

1.3.4 蒸煮損失測定

參考王雙喜^[13]的方法并略作改動。取10 mL小玻璃燒杯，向每個燒杯中加入5 g復合乳液，記錄不去掉燒杯的總重，然后將燒杯口用保鮮膜密封，放置在水浴鍋中，設置水浴鍋的溫度為75℃，然后從室溫開始加熱，當水浴鍋溫度達到75℃時，開始計時10 min。保溫10 min后，將樣品立即從水浴鍋中取出，冷卻至室溫后將燒杯傾斜，倒出液體，再次稱重并記錄質(zhì)量，做3次平行。蒸煮損失計算公式如下：

蒸煮損失（%）=M₀－M₁/M₀×100%。

式中：M₀為蒸煮前樣品的質(zhì)量（g）；M₁為蒸煮后樣品的質(zhì)量（g）。

1.3.5 質(zhì)構測定

參考汪佳佳^[14]的方法并略作改動。將乳液凝膠在室溫下平衡30 min后，使用TA-XT Plus質(zhì)構儀，配備P/50型探頭進行測定。測定參數(shù)：測前速度5.0 mm/s，測中速度1.0 mm/s，測后速度5.0 mm/s。測定距離為乳液凝膠高度的1/2。質(zhì)構指標：硬度、彈性、內(nèi)聚性、黏性、咀嚼性。

1.3.6 色差測定

取1 cm厚的乳液凝膠，用色差儀進行色差測定，將色差儀垂直于斷面上，鏡口緊扣切面，測定不同位置的L^*值、a^*值、b^*值。

1.3.7 粒徑測定

參考張風雪^[15]的方法，采用激光粒度分布儀測定乳液的粒徑分布。調(diào)整蛋白質(zhì)濃度為10 mg/mL進行測定。具體測定參數(shù)：物質(zhì)折射率為1.520，介質(zhì)為水，介質(zhì)折射率為1.333。

1.3.8 乳化穩(wěn)定性測定

參考薛山等^[16]的方法并略作改動。取制備好的復合乳液用0.1%的十二烷基磺酸鈉（SDS）稀釋500倍，混勻后在波長500 nm處測定吸光度值。以 0.1% SDS為空白，0 min時在波長500 nm處采用紫外分光光度計測定乳液的吸光度值，記為A₁；30 min后在同樣波長處以同樣空白測定吸光度值，記為A₂，計算公式如下：

乳化穩(wěn)定性（%）=A₁/A₂×100%。

1.3.9 凍融穩(wěn)定性測定

參考Cui等^[17]的方法并略作修改。將5 g凝膠在-20℃低溫冷凍22 h，在30℃水浴中解凍2 h，凍融循環(huán)重復5次。析水率反映了凍融循環(huán)處理后乳液凝膠的失水程度，采用下式進行測定：

析水率（%）=A－B/A×100%。

式中：A為凍融處理前乳液凝膠的質(zhì)量（g）；B為凍融處理后乳液凝膠水分的質(zhì)量（g）。每組測定3次。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗結(jié)果均為重復3次測定計算的平均值，使用SPSS 24軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，使用SigmaPlot 14.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 復合乳液凝膠凝膠強度和持水性分析

凝膠強度能夠直接反映復合乳液凝膠的凝膠程度，持水性能夠直接反映凝膠網(wǎng)絡結(jié)構束縛水分的能力。由圖1可知，隨著南瓜籽蛋白添加量的增加，持水性提高，當南瓜籽蛋白添加量為3%時持水性最佳，這是因為卡拉膠和南瓜籽蛋白的協(xié)同作用使復合乳液凝膠的凝膠網(wǎng)絡結(jié)構更加穩(wěn)定，增加了截水量；隨著南瓜籽蛋白添加量的增加，復合乳液凝膠的凝膠強度存在顯著差異，當南瓜籽蛋白添加量為3%時，凝膠強度最高，表明南瓜籽蛋白的添加有利于形成致密的凝膠網(wǎng)絡結(jié)構，而凝膠網(wǎng)絡結(jié)構越致密、有序，持水性越好^[18]。

由于卡拉膠是一種陰離子多糖，加熱誘導后冷卻可形成凝膠，因此隨著卡拉膠添加量的增加，復合乳液凝膠的凝膠強度得到顯著增強（P＜0.05），當卡拉膠添加量達到1.5%時，處理組的持水性優(yōu)于卡拉膠添加量為0.5%的處理組，說明復合乳液凝膠的持水性得到了一定改善。

大豆油的添加改善了凝膠基質(zhì)的結(jié)構，進而提高了毛細管力，從而保留了更多的水分，并顯著提高了復合乳液凝膠的凝膠強度，表明大豆油的添加可以穩(wěn)定凝膠網(wǎng)絡的結(jié)構。當大豆油添加量高于10%時，對持水性的影響不顯著（P＞0.05）。

2.2 蒸煮損失分析

在肉制品中，蒸煮損失可以用來衡量產(chǎn)品保留水分和油脂的能力。由圖2可知，隨著南瓜籽蛋白添加量的增加，蒸煮損先先減少后增加。當南瓜籽蛋白添加量為3%時，復合乳液凝膠的蒸煮損失最小，表明南瓜籽蛋白在構建穩(wěn)定的凝膠網(wǎng)絡結(jié)構方面發(fā)揮了作用，這與持水性和凝膠強度的結(jié)果一致。隨著卡拉膠添加量的增加，復合乳液凝膠的蒸煮損失逐漸減小，這是由于卡拉膠具有良好的凝膠特性，同時，熱處理使南瓜籽蛋白與卡拉膠的結(jié)合作用增強，從而使形成的熱誘導凝膠蒸煮損失減小，但當卡拉膠添加量為1.5%～2.5%時差異不顯著，表明適當添加卡拉膠可減少復合乳液凝膠的蒸煮損失，加入過量的卡拉膠可能會導致復合乳液凝膠結(jié)構遭到破壞。隨著大豆油添加量的增加，蒸煮損失呈先降低后升高的趨勢，當大豆油添加量為10%時蒸煮損失最低，說明適當增加大豆油添加量有助于降低蒸煮損失，形成更穩(wěn)定的復合乳液凝膠，但是大豆油添加量過高會由于凝膠孔隙承載能力有限，使過多的油滴在凝膠形成過程中流失，因此大豆油添加量繼續(xù)增加反而會造成蒸煮損失的提升^[19]。

2.3 質(zhì)構分析

凝膠硬度值是衡量凝膠質(zhì)構特性的重要指標之一，硬度是指使樣品變形到一定程度時所消耗的力，與樣品的結(jié)構強度有關，多用來描述食物的軟硬程度、咀嚼需要的力度；彈性是指產(chǎn)品在第一次壓縮過程中變形后去除外力后恢復原狀的能力；內(nèi)聚性是指樣品在第一次壓縮變形后抵抗第二次壓縮的程度；黏性可以衡量樣品的黏稠程度；咀嚼性是指咀嚼固體食物所需的能量^[20]。

當油滴填充在凝膠基質(zhì)中時，乳液凝膠的質(zhì)構特性主要取決于凝膠基質(zhì)，即蛋白質(zhì)含量會影響基于蛋白質(zhì)的乳液凝膠的結(jié)構性能^[21]。由表1可知，隨著南瓜籽蛋白添加量的逐漸上升，乳液凝膠的彈性和內(nèi)聚性變化較小，乳液凝膠的硬度、咀嚼性和黏性呈上升的趨勢，且各組之間均有顯著性差異（P＜0.05），說明南瓜籽蛋白可能與卡拉膠產(chǎn)生了協(xié)同作用，通過對乳液凝膠中的油進行固化^[22]，使其網(wǎng)絡結(jié)構更加致密，從而增加凝膠的硬度。隨著卡拉膠添加量的增加，對彈性和內(nèi)聚性的影響較小，但乳液凝膠的硬度、咀嚼性和黏性呈上升趨勢，且各組之間均有顯著性差異（P＜0.05），表明卡拉膠可以很好地填充在乳液凝膠網(wǎng)絡結(jié)構中，形成更致密的凝膠。隨著大豆油添加量的增加，彈性和內(nèi)聚性變化不明顯，但是由于凝膠網(wǎng)絡中油滴數(shù)量的增加，油水界面的面積增加，乳液凝膠的硬度、咀嚼性和黏性都顯著性增加（P＜0.05），表明在熱處理過程中蛋白受熱發(fā)生聚集，乳化后油脂分子填補了蛋白凝膠網(wǎng)絡的孔隙，使其網(wǎng)絡結(jié)構更加緊密，從而影響了復合凝膠的質(zhì)構特性。

2.4 色差分析

由表2可知，隨著南瓜籽蛋白添加量的增加，乳液凝膠的L^*值和b^*值顯著高于對照組，a^*值低于對照組，這可能是由于南瓜籽蛋白為綠白色粉末。隨著卡拉膠添加量的增加，乳液凝膠的L^*值呈先上升后下降的趨勢，當卡拉膠添加量為1.5%時，b^*值顯著高于其他處理組，說明較高的卡拉膠比例增強了南瓜籽蛋白與卡拉膠分子之間的相互作用，使乳液凝膠的顏色更接近南瓜籽蛋白與卡拉膠結(jié)合后本身的顏色。隨著大豆油添加量的增加，乳液凝膠的L^*值均高于對照組，a^*值和b^*值均低于對照組，這是因為油相添加量越高，形成的乳液液滴越多，凝膠表面光散射越強，從而可以表現(xiàn)出更有光澤的外觀。

2.5 粒徑分析

乳液的穩(wěn)定性與顆粒大小呈負相關，粒徑越小，顆粒的表面積越大，吸附力越強，乳液液滴越小，而小液滴更有利于保持Pickering乳液的穩(wěn)定性^[23]。

由表3可知，當南瓜籽蛋白添加量增加時，粒徑逐漸增加，并在南瓜籽蛋白添加量為5%時大幅度增加，具有較大的顆粒，表明添加過多的南瓜籽蛋白可能會導致蛋白產(chǎn)生嚴重聚集現(xiàn)象，破壞乳液的穩(wěn)定性。卡拉膠添加量的增加可以使乳液表現(xiàn)得更均勻穩(wěn)定，但是過量加入卡拉膠可能會導致卡拉膠自身發(fā)生團聚現(xiàn)象，與南瓜籽蛋白形成更大的復合物，從而使粒徑大幅度增加。當大豆油添加量增加時，樣品的粒徑呈先減小后增大的趨勢，說明加入油滴可以提高乳液的穩(wěn)定性，但過量的油滴可能會出現(xiàn)油滴聚集體，從而降低乳液的穩(wěn)定性。此外，在大豆油添加量為10%和卡拉膠添加量為1.5%時可以觀測到最小粒徑，表明在此條件下卡拉膠與南瓜籽蛋白之間的分子作用增強，乳液的穩(wěn)定性得到了提高。

2.6 乳化穩(wěn)定性分析

乳化穩(wěn)定性代表蛋白質(zhì)在乳液儲存一段時間后保留在油水界面的能力。通常，乳液在熱力學上是不穩(wěn)定的，時間的變化會導致乳液發(fā)生絮凝或聚集。因此，提高乳化穩(wěn)定性對乳液的進一步應用具有重要意義^[24]。

由圖3可知，隨著南瓜籽蛋白添加量的增加，乳化穩(wěn)定性呈先上升后下降的趨勢，在南瓜籽蛋白添加量為3%時乳化穩(wěn)定性最佳，表明適量的南瓜籽蛋白可以與卡拉膠在油水界面通過相互作用力形成凝膠網(wǎng)狀結(jié)構，改善乳液的乳化穩(wěn)定性。隨著卡拉膠添加量的增加，乳化穩(wěn)定性在1.5%時最佳，超過1.5%時開始下降，原因可能是卡拉膠具有良好的乳化性，還可以增加體系的稠度，改善界面的吸附性能，防止產(chǎn)生聚集沉淀，從而進一步提高乳液的穩(wěn)定性，但是卡拉膠添加量過高不利于乳液的穩(wěn)定性，這是由于多糖與蛋白質(zhì)在界面上的競爭作用增強，干擾了蛋白與多糖的結(jié)合，使界面蛋白吸附量減小，從而降低了乳化穩(wěn)定性^[25]。隨著大豆油添加量的增加，乳化穩(wěn)定性先上升后下降，表明添加適量的油脂可以改善復合乳液凝膠的乳化特性，其原因為熱處理后被包埋在蛋白質(zhì)內(nèi)部的疏水性殘基暴露，蛋白質(zhì)在油水界面的吸附能力增加，可以防止油滴發(fā)生聚集，有效截留水分，維持更好的乳化狀態(tài)。過量的油滴會因為蛋白與油之間的乳化作用已經(jīng)達到飽和而容易產(chǎn)生聚集，從而導致乳液的乳化穩(wěn)定性降低。

2.7 凍融穩(wěn)定性分析

冷凍是一種常見的儲存食品的方法，但在凍融過程中食品會變得不穩(wěn)定，特別是食品乳液體系不能承受多次凍融循環(huán)，因此，制備具有良好凍融穩(wěn)定性的乳液凝膠可以擴大食品乳液體系的應用范圍^[26]。

由圖4可知，隨著南瓜籽蛋白添加量的增加，處理組乳液凝膠的析水率均低于對照組，析水率越低，凍融穩(wěn)定性越好，表明南瓜籽蛋白的添加可以提高乳液凝膠的凍融穩(wěn)定性，并且可以觀察到當南瓜籽蛋白添加量為3%時，乳液凝膠的析水率處于較低水平，即凍融穩(wěn)定性較好，這可能與蛋白質(zhì)的親水性和乳化性有關，使乳液凝膠中水分的流動性得到了有效降低，從而提高了凝膠的凍融穩(wěn)定性。

隨著卡拉膠添加量的增加，乳液凝膠的析水率逐漸降低，并在添加量為1.5%時大幅度降低，這是由于卡拉膠具有良好的膠凝性，形成了更加致密的凝膠網(wǎng)絡，能夠截留更多的水分，因此析水率降低，即凝膠的凍融穩(wěn)定性得到了改善。

隨著大豆油添加量的增加，乳液凝膠的凍融穩(wěn)定性也得到了改善，這與持水性結(jié)果一致。在大豆油添加量為10%時，凝膠的析水率處于較低水平，表明適量油滴的存在可以形成較強的毛細管力，改善凝膠網(wǎng)絡結(jié)構，從而降低了析水率，提高了凝膠的凍融穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

本試驗研究了不同添加量的南瓜籽蛋白、卡拉膠和大豆油對乳液凝膠理化性質(zhì)的影響，研究結(jié)果顯示，南瓜籽蛋白、卡拉膠和大豆油的添加可以顯著增加乳液凝膠的凝膠強度和持水性（Plt;0.05），降低乳液凝膠的蒸煮損失，改善乳液凝膠的凍融穩(wěn)定性。當南瓜籽蛋白添加量為3%、卡拉膠添加量為1.5%、大豆油添加量為10%時，粒徑較小，表現(xiàn)出較好的乳化穩(wěn)定性，此外，乳液凝膠的硬度、黏性和咀嚼性也因南瓜籽蛋白、卡拉膠和大豆油的添加而增加，彈性和內(nèi)聚性變化不明顯。

綜合分析，當南瓜籽蛋白添加量為3%、卡拉膠添加量為1.5%、大豆油添加量為10%時制備的乳液凝膠的性能相對更穩(wěn)定。該研究結(jié)果可為制備乳液凝膠脂肪替代物提供理論參考，下一步可將此乳液凝膠作為脂肪替代物添加到各種食品中，研究其對食品理化性質(zhì)和感官品質(zhì)的影響，為開發(fā)低脂食品提供了新型添加劑原料。

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