本文比較了這兩種典型的中性多糖對(duì)大豆分離蛋白 乳濁液穩(wěn)定性的影響并探討了其作用機(jī)理。

1 材料與方法

1.1材料、試劑與儀器

瓜爾豆膠印度進(jìn)口；甲基纖維素（食品級(jí)，

55RT600)泰安瑞泰纖維素有限公司廚寶粟米油購(gòu)

自本地超市碩森大豆分離蛋白哈爾濱黎明植物蛋白

廠；磷酸二氫鈉，磷酸氫二鈉，氫氧化鈉，鹽酸， 疊氮鈉均為分析純。

FJ-200高速分散均質(zhì)器上海標(biāo)本模型廠高壓均

質(zhì)機(jī)上海張堰輕工機(jī)械廠PHS-3C精密pH計(jì)上海

雷磁儀器廠；XS-18型實(shí)驗(yàn)室生物顯微鏡 南京江南光 電（集團(tuán)）有限公司；Nikon995數(shù)碼相機(jī)日本；

Mastersizer 2000 Malvern Instruments Ltd.英國(guó)。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1瓜爾豆膠溶液的制備

將一定量的瓜爾豆膠（含水量14.50%，wt)分散于 20mmol/L的磷酸鹽緩沖液中，加熱到80°C，攪拌保溫 20min。充分溶解后用自來(lái)水冷卻到室溫，補(bǔ)水定量。

1.2.2甲基纖維素溶液的制備

將一定量的甲基纖維素(含水量6.60%，wt)加到85°C 的少量20mmol/L的磷酸鹽緩沖液中，用均質(zhì)器分散。然 后逐漸加入4C的相同濃度的緩沖液到預(yù)定的甲基纖維素 濃度。此時(shí)形成澄清透明的多糖溶液。

1.2.3大豆分離蛋白乳濁液的制備

將1.5%的大豆分離蛋白分散于瓜爾豆膠或甲基纖維 素的緩沖溶液中，用1.0mol/L的NaOH和HCl調(diào)節(jié)pH到 預(yù)定值。加入0.04%的疊氮鈉抑制微生物繁殖，密封放 置過(guò)夜。向大豆分離蛋白分散液中加入油:水=1:9(V/V)的 粟米油。用高速分散均質(zhì)器分散預(yù)均質(zhì)。然后用高壓 均質(zhì)機(jī)一次均質(zhì)（均質(zhì)前用同pH條件的緩沖液清洗均質(zhì) 機(jī)，均質(zhì)壓力為：一級(jí)3 0MPa，二級(jí)10MPa)。新鮮 制備的乳濁液經(jīng)調(diào)節(jié)pH值后備用。

1.2.4乳析穩(wěn)定性試驗(yàn)

取上述新鮮制備的乳濁液10ml于具塞刻度試管中。 25C靜置，定期記錄乳析層高度。

1.2.5顯微拍照

移取1ml放置6d后的乳濁液到燒杯中，同等水相 環(huán)境條件稀釋50倍。中性多糖對(duì)大豆分離蛋白乳濁液穩(wěn)定性影響的機(jī)理探討,在顯微鏡下以400倍率觀察脂肪滴 絮凝體的變化，用Nikon995數(shù)碼相機(jī)拍片。

1.2.6乳濁液液滴平均粒徑的測(cè)定

用Mastersizer 2000(Malvem Instruments Ltd., UK)粒度測(cè) 定儀測(cè)定室溫放置9d的乳濁液液滴的平均粒徑d3.2(um)。

測(cè)定參數(shù)設(shè)定為：

分析模式常規(guī)分柝附件名稱(chēng)Hydro 2000 MU

(A);液滴粒子折射率1.530水折射率1.330相對(duì)

折射率 1.530/1.330=1.150測(cè)定粒徑范圍0.020?

2000.0um;乳濁液粒子吸光度 0.1;

體一面平均粒徑(average volume-surface diameter)

dE

K

其中m為直徑為di ( um)的液滴的數(shù)量。

2結(jié)果與分析

2.1瓜爾豆膠和甲基纖維素對(duì)大豆分離蛋白乳濁液乳析

〇4— t—//i I I » I i i I I ^»

〇 ddoooddo'dooo MC 濃度(％，W/W)

圖2 不同PH條件下甲基纖維索對(duì)大豆分離蛋白乳濁液乳析嫌定性的 彩響(室退靜置I6d)

Fig.2Effects of methylcollutose concentrations on creaming

stability of emulsions stabilized by soy protein isolates at different pH (standing at room temperature for 16d)

不同pH條件下瓜爾豆膠對(duì)大豆分離蛋白乳析穩(wěn)定 性的影響見(jiàn)圖1。由圖中看出，隨著pH從6.5增加到 7.5,乳濁液的乳析層相對(duì)高度逐漸下降。這是由于隨 著pH值的增加，大豆分離蛋白的溶解度增加，乳化性 能增加的緣故。從圖中還可以看出，隨著瓜爾豆膠的 濃度從0.005%增加到0.04%，大豆分離蛋白乳濁液的乳 析穩(wěn)定性大大提高。特別是在pH6.5時(shí)，隨著瓜爾豆膠 濃度的增加，體系的乳析層相對(duì)高度顯著降低。當(dāng)瓜 爾豆膠濃度增加到0.08%時(shí)，所有體系乳析層相對(duì)高度 又急劇增加。高于0.13%的體系都發(fā)生明顯的相分離現(xiàn) 象。上層主要為濃縮液滴層，下層為富含瓜爾豆膠的 澄清溶液層。瓜爾豆膠濃度較高時(shí)，相分離現(xiàn)象與pH 值的變化沒(méi)有明顯的規(guī)律性，僅在pH6.5時(shí)下層清液的 高度比pH7.0和7.5的體系高出很多。這可能是在pH6.5 時(shí)液滴強(qiáng)烈絮凝導(dǎo)致與瓜爾豆膠的不相容性增加，相分 離加劇。

不同pH條件下甲基纖維素對(duì)大豆分離蛋白乳濁液 穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖2。中性多糖對(duì)大豆分離蛋白乳濁液穩(wěn)定性影響的機(jī)理探討,在pH6.5時(shí)，隨著多糖濃度的增 加，體系的乳析層相對(duì)高度呈現(xiàn)U型變化。在MC濃 度<0.13%的范圍內(nèi)，隨著MC濃度的增加，體系的乳 析層相對(duì)高度逐漸下降。當(dāng)MC濃度增加到0.18%以上 時(shí)，體系的乳析層相對(duì)高度急劇增加。此時(shí)體系宏觀 上分為三層：上部為乳白色的乳析層，中部為較清的漿 液層，而下部為沉淀層。pH7.0的體系乳析層相對(duì)高度 隨MC濃度的變化也表現(xiàn)出與pH6.5的體系相似的U型 曲線。但在MC濃度達(dá)到0.25%時(shí)才出現(xiàn)乳析層相對(duì)高 度急劇增加的現(xiàn)象，此時(shí)的體系宏觀上也分成乳析層、 漿液層和沉淀層。當(dāng)體系pH值增加到7.5時(shí)，隨著MC 濃度的增加，體系的乳析層相對(duì)高度在0.005%?0.01%時(shí) 比未加MC的體系稍有增加，然后隨著MC濃度的增加 而逐漸下降。在實(shí)驗(yàn)的濃度范圍內(nèi)未出現(xiàn)宏觀上分成三 層的現(xiàn)象。從圖中還可以看出，在MC濃度為0.04%? 0.13%的范圍內(nèi)，乳析層的相對(duì)高度不明顯依賴(lài)于pH值 的變化。

2.2 瓜爾豆膠和甲基纖維素對(duì)大豆分離蛋白乳濁液絮凝 穩(wěn)定性的影響

為了進(jìn)一步研究瓜爾豆膠和甲基纖維素影響大豆分 離蛋白乳濁液穩(wěn)定性變化的原因，觀察了乳析層相對(duì)高 度不同的體系液滴的絮凝現(xiàn)象。

圖3?5是pH7.0的條件下，瓜爾豆膠濃度對(duì)乳濁液 液滴絮凝穩(wěn)定性影響的顯微照片。由圖看出，當(dāng)瓜爾 豆膠濃度為0%時(shí)（圖3)，體系呈現(xiàn)輕度的絮凝。隨著 瓜爾豆膠濃度增加到0.04%，體系未出現(xiàn)明顯的絮凝現(xiàn) 象，液滴分布較均勻（圖4)。而當(dāng)瓜爾豆膠濃度為0.08% 時(shí)（圖5)，液滴又形成明顯的絮凝。pH6.5和7.5的體系 液滴絮凝現(xiàn)象與pH7.0的體系相似，但在0.08%的瓜爾

豆膠濃度時(shí)，pH6.5的體系絮凝現(xiàn)象較強(qiáng)烈。這是由于 液滴的蛋白質(zhì)吸附層表面正電荷較多，絮凝液滴間相互 吸引作用較強(qiáng)的緣故。當(dāng)瓜爾豆膠濃度為0.25%時(shí)，體 系的液滴發(fā)生強(qiáng)烈的絮凝(照片未刊出）。結(jié)合圖1看出， 乳濁液乳析層相對(duì)高度于體系的絮凝強(qiáng)烈程度呈現(xiàn)明顯 的相關(guān)性。隨著乳濁液液滴的絮凝程度由較強(qiáng)到弱再?gòu)?qiáng) 的變化，體系的乳析層相對(duì)高度相應(yīng)的由高到低再到高 的變化。這表明瓜爾豆膠引起液滴的絮凝是造成體系乳 析穩(wěn)定性下降的主要原因。

甲基纖維素對(duì)pH6.5的大豆分離蛋白乳濁液液滴絮 凝穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖6、7。含0.005%的甲基纖維素的體 系絮凝程度較輕(照片未刊出）。隨著濃度增加到0.04%， 體系的絮凝程度進(jìn)一步降低，但出現(xiàn)大粒徑的液滴（圖

6)，當(dāng)多糖濃度為0.2 5%時(shí)，體系的液滴絮凝程度加 劇，同時(shí)出現(xiàn)較多的大粒徑液滴（圖7hpH7.0的體系 絮凝現(xiàn)象與pH6.5的體系相似(照片未刊出），極少量的 MC不能顯著降低體系液滴的絮凝現(xiàn)象，當(dāng)MC濃度達(dá) 到0.04%時(shí)，能有效的抑制絮凝現(xiàn)象，同時(shí)體系也出現(xiàn) 大粒徑的液滴，隨著MC濃度達(dá)到0.25%，體系的絮凝 現(xiàn)象加劇，大粒徑的液滴也增多。當(dāng)pH值增加到7.5 時(shí)，甲基纖維素濃度為0.005%的體系出現(xiàn)輕度絮凝，而 濃度為0.04%的體系表現(xiàn)出良好的絮凝穩(wěn)定性，液滴較 均勻的分散于水相中，也未見(jiàn)大粒徑的液滴出現(xiàn)（照片 未刊出）。濃度為0.25%的體系的絮凝現(xiàn)象也不明顯，但 己經(jīng)出現(xiàn)大粒徑的液滴。與pH6.5和7.5的體系相比， 大液滴的數(shù)量和粒徑都顯著下降。

瓜爾豆膠和甲基纖維素對(duì)體系液滴平均粒徑的影響 見(jiàn)表1。由表看出，在研究的p H值范圍內(nèi)，隨著 pH值的增加，液滴的平均粒徑逐漸下降，體系的乳 析穩(wěn)定性逐漸增加。隨著瓜爾豆膠濃度由0.005%增

加到0.04%，液滴的平均粒徑逐漸降低。由絮凝體的顯 微結(jié)構(gòu)可知，粒徑的降低是由體系絮凝現(xiàn)象降低引起 的；隨著MC濃度的增加，液滴的平均粒徑一般都降 低。不同的是pH6.5時(shí)含0.005%MC的體系粒徑顯著高 于未加MC的體系，這可能是此濃度下MC吸附到液滴 表面引起橋連絮凝的緣故。

3瓜爾豆膠與甲基纖維素對(duì)大豆分離蛋白乳濁液穩(wěn)定

性影響的機(jī)理探討

一般認(rèn)為非離子型多糖與蛋白質(zhì)不發(fā)生相互作用， 中性多糖對(duì)大豆分離蛋白乳濁液穩(wěn)定性影響的機(jī)理探討,當(dāng)這兩種高分子共存于乳濁液體系中時(shí)，多糖分子不吸 附到蛋白質(zhì)覆蓋的界面上。相反，多糖分子被蛋白質(zhì) 分子排斥，在液滴周?chē)纬膳懦舛嗵欠肿拥呐懦鈪^(qū)。在 兩個(gè)液滴相互接近時(shí)，排斥區(qū)相互重疊，液滴間多糖 分子的濃度比體相的多糖分子濃度低。由此產(chǎn)生一個(gè)滲透 壓梯度，這種滲透壓梯度增加了液滴間溶劑流出排斥區(qū)。 結(jié)果排斥區(qū)的體積下降，液滴更加接近，從而形成排斥 絮凝。這種絮凝體的相互吸引相互作用相當(dāng)弱[4?6]。

非吸附的大分子(穩(wěn)定劑)也可以通過(guò)排斥穩(wěn)定作用穩(wěn) 定乳濁液[7]。當(dāng)足量未被吸附的高分子對(duì)液滴接近造成 滲透壓障礙時(shí)，排斥穩(wěn)定作用就能發(fā)生。這種排斥穩(wěn) 定作用通過(guò)具有一種自由的聚結(jié)高分子以足夠高的濃度 占據(jù)液滴間的空間而達(dá)到（當(dāng)造成排斥絮凝時(shí)，則需要 更高的高分子濃度）。如果大分子是一種水溶膠，這意 味著同時(shí)增加體系的粘度。

生物多糖分子為線性高分子，除了導(dǎo)致乳濁液體系 發(fā)生絮凝現(xiàn)象外，還引起乳濁液體系的相分離。當(dāng)兩 個(gè)膠體粒子表面間的距離小于自由卷曲的高分子的直徑 時(shí)，高分子從這兩個(gè)膠體粒子間的區(qū)域排斥出來(lái)。由 此造成的滲透壓不平衡增加了膠體粒子間有效吸引的排 斥力。在足夠高的高分子濃度下，這種排斥力使分散 液分成富含膠體的相和貧含膠體的相。乳濁液的液滴粒 徑遠(yuǎn)比線性高分子的直徑大，當(dāng)體系中存在足夠高濃度 的高分子時(shí)，乳濁液滴間的排斥現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生[8]。 Koczo等[«認(rèn)為球形液滴和桿狀穩(wěn)定劑分子間幾何形狀的 差異造成體系的熱力學(xué)不穩(wěn)定性及由此導(dǎo)致相分離。這 種相分離與排斥絮凝造成的相分離相似。

表1不同pH條件下瓜爾豆膠和甲基纖維素濃度對(duì)液滴平均粒徑d3,2的影響

Table 1 Effects ofguar gum and MCconcentrations onemulsion droplet diameter d3,2at different pH

多糖濃度 (%, W/W)d3,2(um)

pH 6.pH 7.0pH 7.5

瓜爾豆膠甲基纖維素瓜爾豆膠甲基纖維素瓜爾豆膠甲基纖維素

02.6592.6592.1962.1962.0882.088

0.0052.7413.0802.0772.2872.0142.023

0.042.5491.9691.9651.9551.8951.820

實(shí)驗(yàn)表明，瓜爾豆膠濃度較低時(shí)（彡0.04%)，明顯

改善了大豆分離蛋白乳濁液的穩(wěn)定性。微觀照片和平均 粒徑的變化表明這種在多糖濃度下，瓜爾豆膠降低了液 滴的絮凝現(xiàn)象，提高了體系的乳析穩(wěn)定性。這是由于 非吸附的多糖分子充斥于蛋白質(zhì)包被的油滴之間形成 “次級(jí)保護(hù)層”的緣故，油滴間因多糖的存在而保持分 散狀態(tài)。在這種情況下，多糖的濃度還不能高到足以引 起液滴的排斥絮凝。但當(dāng)瓜爾豆膠濃度增加到0.08%以 上時(shí)，足夠高的多糖分子導(dǎo)致液滴呈現(xiàn)強(qiáng)烈的排斥絮 凝，使乳濁液的乳析層相對(duì)高度急劇增加，更高濃度 的瓜爾豆膠分子因熱力學(xué)不相容性最終導(dǎo)致乳濁液發(fā)生 各向同性和各向異性相分離。

甲基纖維素在較低濃度時(shí)能顯著增加大豆分離蛋白 乳濁液的乳析穩(wěn)定性，并且隨著多糖濃度的增加，乳 析穩(wěn)定性逐步增加。Dipak等[10H人為甲基纖維素能和蛋 白質(zhì)結(jié)合形成復(fù)合物。在蛋白質(zhì)乳濁液體系中，如果 存在較低濃度的甲基纖維素，則被吸附到液滴的蛋白質(zhì) 吸附層上形成復(fù)合膜。這種復(fù)合膜穩(wěn)定液滴不發(fā)生絮 凝。當(dāng)甲基纖維素濃度較高時(shí)，甲基纖維素可以置換 出液滴表面的蛋白質(zhì)。

由圖1和表1說(shuō)明，加入較低濃度的甲基纖維素導(dǎo) 致體系的乳析穩(wěn)定性明顯增加，液滴的平均粒徑顯著降 低。顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)體系具有良好的的絮凝穩(wěn)定性。這 可能是甲基纖維素吸附到液滴的蛋白質(zhì)吸附層而形成一 個(gè)次級(jí)吸附層，從而保護(hù)液滴不發(fā)生絮凝。較高濃度 的甲基纖維素導(dǎo)致pH6.5的體系發(fā)生蛋白質(zhì)沉積現(xiàn)象。 顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)體系的絮凝現(xiàn)象并不很明顯，但卻形 成了粒徑遠(yuǎn)比蛋白質(zhì)包被的液滴大的高亮度大液滴。這 種大液滴可能是甲基纖維素置換出蛋白質(zhì)而形成的。因 為在pH6.5時(shí)，大豆分離蛋白的乳化活性較低，而甲基 纖維素是具有良好乳化活性的多糖。因此，兩種乳化 劑共存與同一體系而發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附的可能性是存在的。

隨著pH值的增加，大豆分離蛋白的乳化活性和乳 濁液的穩(wěn)定性增加，中性多糖對(duì)大豆分離蛋白乳濁液穩(wěn)定性影響的機(jī)理探討,需要更高濃度的甲基纖維素才能發(fā) 生置換作用，因此在pH7.0時(shí)發(fā)生置換作用的甲基纖維 素的濃度要比pH6.5時(shí)的體系高，而pH 7.5時(shí)大豆分離 蛋白的乳化活性和乳濁液的穩(wěn)定性大大提高，在實(shí)驗(yàn)的 多糖濃度范圍內(nèi)不發(fā)生明顯的置換現(xiàn)象。隨著甲基纖維 素濃度的增加，乳析穩(wěn)定性逐步增加，顯微鏡下觀察 到的大液滴的數(shù)量和粒徑也明顯降低。

4結(jié)論

瓜爾豆膠和甲基纖維素對(duì)大豆分離蛋白乳濁液穩(wěn)定 性的影響機(jī)理不同。前者可能的作用機(jī)理是，在低濃 度時(shí)K0.04%)，非吸附的多糖分子充斥于蛋白質(zhì)包被的 液滴之間，液滴間因多糖的存在而保持分散狀態(tài)。當(dāng) 瓜爾豆膠濃度增加時(shí)(0.08%以上），多糖分子導(dǎo)致液滴發(fā) 生排斥絮凝，使乳濁液的乳析層相對(duì)高度急劇增加，更 高濃度的瓜爾豆膠分子因熱力學(xué)不相容性最終導(dǎo)致乳濁 液發(fā)生各向同性和各向異性相分離。后者可能作用機(jī)理 是，當(dāng)甲基纖維素濃度較低時(shí)，具有乳化活性的甲基 纖維素吸附到液滴的蛋白質(zhì)吸附層而形成一個(gè)次級(jí)吸附 層，從而保護(hù)液滴不發(fā)生絮凝；甲基纖維素濃度較高 時(shí)，置換出液滴吸附的蛋白質(zhì)而形成沉淀和大粒徑的液 滴。尤其是在pH6.5時(shí)，大豆分離蛋白的乳化活性較 低，這種競(jìng)爭(zhēng)吸附和置換作用更容易發(fā)生。隨著pH值 的增加，大豆分離蛋白的乳化活性和乳濁液的穩(wěn)定性增 加，需要更高濃度的甲基纖維素才能發(fā)生置換作用。