大豆蛋白乳狀液酸凝膠的制備及表征

李 芳，華欲飛，孔祥珍

(江南大學食品學院，江蘇無錫214122)

大豆蛋白乳狀液酸凝膠的制備及表征

李 芳，華欲飛*，孔祥珍

(江南大學食品學院，江蘇無錫214122)

主要以高穩定性的大豆蛋白乳狀液為原料，通過葡萄糖酸內酯(GDL)誘導形成凝膠。實驗主要研究了乳狀液油體積分數的變化對油滴粒徑的影響以及油體積分數的變化對大豆蛋白乳狀液酸凝膠的流變性質、質構和乳清分離的影響。結果表明:在此實驗的油體積分數研究范圍內，隨著油體積分數的增大，大豆蛋白乳狀液的油滴粒徑增大。大豆蛋白乳狀液的油體積分數越大，形成凝膠的時間越短，但是凝膠pH越高，酸凝膠(pH4.6)的強度越大。此外，油體積分數增大，大豆蛋白乳狀液酸凝膠的硬度增大，乳清分離減小。

大豆蛋白，乳狀液酸凝膠，流變，質構，乳清分離

乳狀液凝膠正引起越來越廣泛的關注。Chen，Dickinson和 Edwards［1］研究發現乳狀液形成的凝膠的強度要比蛋白凝膠的強度大的多。乳狀液凝膠形成的方式有很多種，熱誘導凝膠是應用最廣泛的一種。而在常溫下使用酸誘導形成凝膠則是至今為止公認的最杰出的能夠獲得理想凝膠質構的膠凝方式。葡萄糖酸內酯(GDL)是最常用的酸凝固劑，利用GDL能夠快速水解形成葡萄糖酸，從而降低體系pH這一原理，添加GDL來降低乳化體系的pH至蛋白的等電點，凈電荷為0，顆粒間的相互排斥力轉變為吸引力，顆粒絮凝，并最終使得大豆蛋白乳狀液發生相變形成聚集態乳狀液凝膠。在蛋白等電點pH4.6處凝膠的強度最大［2］。大豆蛋白的乳化性和凝膠性已被廣泛應用于香腸、湯料、奶酪、蛋糕等食品體系。例如，在肉制品行業中，其作用在于替代部分精肉，改變精肉與脂肪比例，生產出的肉制品蛋白質含量高，膽固醇減少，成本降低;同時，由于蛋白質的乳化凝膠作用使產品的組織結構加強，口感好，保存期延長;將大豆分離蛋白用于雞肉制品中，可以提高烹飪的利用率和保存能力，使雞肉肉質味道更好;或將大豆分離蛋白用于各種肉類中，制造香腸、肉末夾心面包等，不僅可以提高質量，降低產品中的脂肪和膽固醇含量，而且可以使產品外觀有進一步地提高。大豆蛋白乳狀液酸凝膠的形成及物理性質受多種因素的影響，這給大豆蛋白乳化體系酸凝膠制品的工業化生產帶來了許多不確定因素。而大豆蛋白的濃度、油體積分數、溫度、GDL添加量等方面都是酸凝膠制備過程中應主要考慮的因素。本課題以高穩定性的大豆蛋白乳狀液為原料，在蛋白濃度、GDL添加比例和凝膠溫度固定的條件下，改變乳化體系的油體積分數，制備不同的乳狀液和乳狀液酸凝膠樣品，并對其重要的流變性質和物理性質進行測定。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

脫脂豆粕 山東萬德福集團;大豆蛋白 實驗室自制，純度為95.6%(干基);大豆油 金龍魚精煉一級大豆油;葡萄糖酸內酯 美國Sigma公司;所用的其他化學試劑 均為分析純。

CR21GⅡ型冷凍離心機日本 Hitachi公司;APV1000高壓均質機 英國APV公司;MCR301流變儀 奧地利Anton Paar公司;TA－TXZi質構儀美國TA公司;Mastersizer 2000激光粒度分布儀 英國Marlven公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 大豆分離蛋白的制備 豆粕的醇洗:用85%乙醇在常溫(25℃)進行攪拌浸提1h，料液比為1∶5，真空過濾。取濾餅，95%乙醇二次攪拌提取，料液比1∶2，真空過濾。濾餅在室溫下自然干燥 48h，4℃保存。

堿提酸沉法:室溫下，稱取適量醇洗豆粕，按料液比1∶15加入去離子水低速攪拌1h，用1mol/L NaOH調節pH至7.0。在4℃下，9000r/min冷凍離心30min，取上清液，1mol/L HCl調節pH至4.5，冷凍離心:4℃、9000r/min、30min，取沉淀。沉淀加去離子水充分攪拌溶解，并使用1mol/L NaOH回調pH至7.0。溶液在4℃下9000r/min離心30min，棄去少量不溶物質，上清液經透析24h除鹽后，冷凍干燥，4℃保存。

1.2.2 大豆蛋白溶液的制備及熱處理 準確稱取適量大豆蛋白，用0.01mol/L，pH7.0的磷酸鹽緩沖液配制蛋白濃度為12mg/mL的大豆蛋白溶液，磁力攪拌3h充分溶解，4℃過夜。使用1mol/L NaOH調節溶液pH至7.0，將大豆蛋白溶液放置于95℃水浴中加熱30min，快速冷卻至室溫，使用1mol/L NaOH調節溶液pH至7.0。

1.2.3 大豆蛋白乳化液的制備 在加熱變性后的大豆蛋白溶液中添加適量大豆油，確保油體積分數為20%～40%。混合物先使用高速剪切機在9000r/min剪切30s。粗分散體系再使用均質機在80MPa的均質壓力下均質2次，4℃保存備用。為了減小工藝誤差每個乳狀液樣品至少有3個平行樣。

1.2.4 乳狀液油滴平均粒徑的測定 使用Marlven激光粒度分布儀測定油滴的粒徑分布。均質后，立即取0.5mL的乳狀液，使用11.5mL 0.05mol/L、pH8.0的Tris－HCl緩沖液(含1%SDS)稀釋。粒徑分布的主要指標有d32和d43，均以μm為單位。d32代表乳狀液油滴體表的平均直徑。

1.2.5 大豆蛋白乳狀液酸凝膠的流變性質 酸凝膠制備:30℃條件下，在乳狀液樣品中添加20%GDL顆粒(g GDL/g蛋白)，輕輕攪拌1min，酸化24h，最終酸凝膠的pH約為4.6(所需的20%GDL添加量為預實驗中確定)。

時間掃描:溫度恒定在30℃，應變0.5%，頻率1Hz，掃描時間16h。測定隨著時間的變化，混合體系動態模量(G'，儲能模量;G″損耗模量)等參數的變化。添加了GDL的乳狀液樣品混勻后直接加于平臺上，選擇直徑50mm的平行板，縫隙1mm，擦去多余樣品，在平板頂部及周圍添加硅油以防止樣品水分蒸發。

頻率掃描:為了檢查時間掃描對凝膠流變性質的影響，在30℃和0.5%的應變條件下，在0.1～10Hz范圍內進行頻率掃描。實驗重復3次。

1.2.6 大豆蛋白乳狀液酸凝膠質構的測定 酸凝膠硬度采用TA－TXZi質構儀測量。采用P0.5塑料探頭，直徑0.5mm，速度1mm/s，探入深度15mm，記錄探入過程中所需的應力，探入過程中最大峰值為硬度。

1.2.7 大豆蛋白乳狀液酸凝膠乳清分離的測定Lucey等人［3］凝膠乳清分離測定方法:將添加了GDL的乳狀液迅速轉移至250mL容量瓶中，為確保所形成凝膠在瓶頸處，所需乳狀液大約225g。30℃保溫24h直至乳狀液的終pH到達4.6。觀測在凝膠表面或者周圍是否有乳清的存在。緩慢的倒出乳清，稱重。凝膠靜置1min，再次將表面的乳清倒出，稱重。乳清分離通常以分離出來的乳清占凝膠重量的比例來表示。每個乳狀液樣品需有6個平行樣。

2 結果與討論

2.1 大豆蛋白乳狀液油滴的平均粒徑

乳狀液的油滴粒徑大小及分布直接影響乳化體系的穩定性以及凝膠的流變性質［4］。由圖1可知，在20%～40%油體積分數范圍內，隨著油體積分數的增大，油滴平均粒徑逐漸增大。這主要是因為蛋白穩定作用的減弱導致油滴間的疏水相互作用力增加［5］。添加了抗絮凝劑SDS的乳狀液的平均粒徑均小于未添加SDS乳狀液的平均粒徑。此外，在20%～30%油體積分數范圍內，乳狀液的粒徑在有和沒有SDS存在的情況下差異不大，而在35%和40%的油體積分數條件下，SDS的存在與否對乳狀液的粒徑影響很大，這種粒徑間的差異性表明乳狀液發生了明顯的橋連絮凝［6］。相比于低油體積分數，可供吸附蛋白量相對較少是橋連發生的主要原因。

圖1 不同油體積分數的乳狀液的平均粒徑d32

2.2 大豆蛋白乳狀液的酸誘導凝膠

乳化體系的流變性質研究，一般是用儲能模量G'，損耗模量 G″和損耗角正切(tanδ =G″/G')來反映。損耗角正切表征體系的粘彈性特征，損耗角正切越大，則粘性成分越占優勢，體系越表現為流體的特征;損耗角正切越小，則彈性成分占優勢，體系越表現為固體的特征。一般以損耗角正切等于1為界限。

根據 Ruis［7］等人的定義，在 1Hz，0.05% 應變條件下乳狀液時間掃描過程中G'和G″交叉點為體系的凝膠點，到達凝膠點所需要的時間稱為凝膠時間，凝膠時刻的pH為凝膠pH。對于20%～40%油體積分數的乳狀液，在同樣的GDL添加量和凝膠溫度下，油體積分數越大，乳狀液所形成的酸凝膠的儲能模量G'越大。圖2為添加了20%GDL的大豆蛋白乳狀液(φ=0.25)在30℃條件下的酸化過程，也是典型的乳狀液酸化膠凝曲線。從圖中可以看出，凝膠過程開始時，G'和G″都比較平穩，幾乎沒有變化;而在凝膠點附近，G'和G″快速增加，當達到一定的數值時，G'和G″曲線趨于平緩，這可以從圖中的損耗角正切(tanδ)變化曲線得到。

圖2 大豆蛋白乳狀液(φ=0.25，20%GDL，30℃)酸凝膠曲線

2.3 大豆蛋白乳狀液凝膠時間及凝膠pH的測定

表1列出了30℃下不同油體積分數乳狀液酸凝膠的特征參量。可以看出，在同樣的GDL添加量和同樣的反應溫度下，油體積分數越大，凝膠時間越短，凝膠pH越高。在同樣的蛋白濃度水平上，增加油體積分數，也就是間接地增加了GDL/蛋白濃度。Kohyama等人［8］的動態粘度彈性研究表明，凝膠速率受GDL濃度控制，也就是說，增加GDL濃度能提高凝固速率，從而縮短凝膠時間。GDL水解是一個緩慢的過程;凝膠時間的縮短直接導致了體系pH變化幅度的減小。

表1 30℃下不同油體積分數乳狀液酸凝膠特征參量

2.4 酸凝膠的頻率掃描

乳狀液中加入GDL酸化24h后，為了驗證乳狀液酸化膠凝的結果，在0.1～10Hz頻率范圍內進行頻率掃描。圖3為添加了20%GDL的大豆蛋白乳狀液(φ=0.25)在30℃條件下酸化24h后的頻率掃描結果。結果表明，在0.1～10Hz范圍內，酸凝膠G'＞G″，且具有良好的線性。在實驗研究的油體積分數范圍內，φ越大，G'越大。這是由于隨著油體積分數增加，蛋白分子間相互作用加強，相互間的聚合濃度增加，從而形成較緊密的網絡結構。

2.5 大豆蛋白乳狀液酸凝膠的硬度與乳清分離

添加了20%GDL的大豆蛋白乳狀液在30℃條件下保溫24h，形成pH4.6的大豆蛋白乳狀液酸凝膠。圖4為油體積分數對酸凝膠的硬度及乳清分離的影響。從圖4可以看出，油體積分數增大，酸凝膠的硬度增大，乳清分離減小。Van Vliet［9］研究發現:存在于蛋白凝膠體系中的油滴，根據它們與周圍凝膠基質的相互作用的不同，通常可以分為活動的和非活動的填充粒子兩類。在凝膠的形成過程中，隨著油體積的增加，活動填充粒子會引起凝膠彈性模量(G')的增加，然而非活動填充粒子則會引起彈性模量的減小［10］。我們的實驗結果很明顯，油滴在凝膠過程中作為活動填充粒子，增強了凝膠基質。

圖3 大豆蛋白乳狀液酸凝膠(φ =0.25，20%GDL，30℃)頻率掃描曲線

圖4 油體積分數對大豆蛋白乳狀液酸凝膠(pH4.6)硬度及乳清分離的影響

乳清分離是指凝膠在沒有外力作用下的自然收縮，主要反映凝膠失水(或者是乳清)的能力。油體積分數增大，凝膠基質增強，其包埋乳清的能力越大，這也是隨著油體積分數增大乳清分離減小的主要原因。

3 結論

蛋白濃度為12mg/mL的大豆蛋白分散液中添加20%～40%(v/v)油，均質后可以形成粒徑分布均勻的高穩定性乳狀液。在此實驗的油體積分數研究范圍內，隨著油體積分數的增大，大豆蛋白乳狀液的油滴粒徑增大。

添加了20%GDL的大豆蛋白乳狀液在30℃條件下酸化24h形成凝膠(pH為4.6)。而且，油體積分數越大，凝膠時間越短，但是凝膠pH越高，酸凝膠(pH4.6)的強度越大。頻率掃描結果顯示:酸凝膠在0.1～10Hz范圍內具有良好線性。大豆蛋白乳狀液的油體積分數增大，酸凝膠的硬度增大，乳清分離減小。

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Preparation and characterization of acid－induced soy protein emulsion gel

LI Fang，HUA Yu－fei*，KONG Xiang－zhen

(School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)

The acid－induced soy protein－stabilized emulsion gel was investigated in this paper.The oil volume fraction significantly affected the average droplet size as well as the rheology，texture and whey separation of emulsion gels.The results showed that increasing the oil volume fraction(φ)increased the average droplet size within the experimental range of oil volume fraction.The increasing of the oil volume fraction decreased the gelation time，but increased the gelation pH.The gel strength at pH4.6 after GDL addition of 24h increased with the oil volume fraction.Increasing of hardness and decreasing of whey separation of acid－induced emulsion gels with the increasing of oil volume fraction were observed.

soybean protein;acid emulsion gel;rheology;texture;whey separation

TS201.2+1

A

1002－0306(2011)09－0141－04

2010－09－06 *通訊聯系人

李芳(1979－)，女，博士研究生，研究方向:植物蛋白科學與技術。

江南大學青年基金項目(2008LQN019);廣東省科技計劃項目(2008B011000013)。