蔗糖酯對酪蛋白乳濁液穩(wěn)定性的影響*

劉道林，趙謀明，趙強(qiáng)忠

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州，510640)

蔗糖酯對酪蛋白乳濁液穩(wěn)定性的影響*

劉道林，趙謀明，趙強(qiáng)忠

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州，510640)

研究蔗糖酯用量對酪蛋白乳濁液的粒度分布、液相蛋白濃度、界面蔗糖酯濃度、脂肪部分聚結(jié)率及乳析率等指標(biāo)的影響，探討蔗糖酯對酪蛋白乳濁液穩(wěn)定性影響的機(jī)理。實(shí)驗(yàn)表明:隨著蔗糖酯用量增加，液相蛋白濃度與界面蔗糖酯濃度逐漸增加，脂肪部分聚結(jié)率呈下降趨勢，乳濁液的粒徑和乳析率逐漸減小，乳濁液穩(wěn)定性逐漸提高。當(dāng)蔗糖酯用量超過0.60%時，脂肪部分聚結(jié)率緩慢下降，而乳析率緩慢上升最后達(dá)到動態(tài)平衡。綜合考慮，當(dāng)蔗糖酯用量為0.60%時，乳濁液的穩(wěn)定性最佳。

蔗糖酯，乳濁液，穩(wěn)定性，酪蛋白

食品乳濁液體系一般是由多元成分如蛋白質(zhì)、多糖及乳化劑等組成的復(fù)合體系，其失穩(wěn)現(xiàn)象一直是食品工業(yè)中常遇到的一大難題，為了解決這一問題，各生產(chǎn)企業(yè)在實(shí)際加工過程中常常通過加入乳化劑來改善乳濁液的穩(wěn)定性。但乳化劑的選擇和添加量的確定往往是憑經(jīng)驗(yàn)或者感官進(jìn)行的，缺乏理論指導(dǎo)。

蔗糖脂肪酸酯(sucrose fatty acid esters)簡稱蔗糖酯，是蔗糖和脂肪酸或脂肪酸衍生物通過酯化或酰化及酯交換反應(yīng)得到的一類綠色非離子型表面活性劑[1］。它以蔗糖分子中的游離羥基為親水基團(tuán)，天然油脂中的脂肪酸鏈為憎水基團(tuán)，具有非常好的生物降解性能和毒理學(xué)性質(zhì)[2］。

本文針對目前食品蛋白乳濁液存在的失穩(wěn)問題，研究蔗糖酯對酪蛋白乳濁液粒徑分布、乳析率、液相蛋白濃度和脂肪部分聚結(jié)率的影響，探討蔗糖酯對酪蛋白乳濁液穩(wěn)定性影響的機(jī)理，并試圖從理論上對蔗糖酯的作用效果進(jìn)行解釋。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蔗糖酯S1170(食品級)，三菱化工株式會社;酪蛋白(食品級)，澳洲邁高;氫化油脂 BS-2000(食品級)，南海油脂工業(yè)有限公司;金龍魚玉米油，益海(廣州)糧油工業(yè)有限公司;甲醇、乙腈、異丙醇(色譜級)，北京迪馬科技有限公司;四氫呋喃(色譜級)，上海肯強(qiáng)儀器有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FJ200-S高速分散均質(zhì)機(jī)，上海江儀儀器有限公司;APV-1000高壓均質(zhì)機(jī)，丹麥APV公司;MD-130顯微鏡，奧林巴斯中國有限公司;Mastersizer 2000激光粒度分析儀，英國Malvern Instruments Ltd;W600液相色譜泵，沃特世(中國)有限公司;754分光光度計(jì)，上海光學(xué)儀器廠;LG10-2.4A離心機(jī)，北京醫(yī)用離心機(jī)廠;JJ500電子分析天平，深圳市朗普電子科技公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 乳濁液的制備

乳濁液的基本配方如表1所示，制備方法如下:在65℃水浴條件下，將BS-2000融化，加入乳化劑、酪蛋白，制得油相;在攪拌狀態(tài)下將65℃的去離子水緩慢加入到油相中，用高速分散均質(zhì)機(jī)在9000 r/min的速率下剪切3 min，然后在20 MPa下用高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)一次，加入0.04%的疊氮鈉溶液(抑制微生物生長)，制得樣品。

表1 乳濁液的基本配方

1.3.2 粒度分布的測定

粒度分布儀是測定乳濁液中粒子大小分布的儀器。樣品按質(zhì)量比1∶1000用去離子水稀釋，設(shè)定操作參數(shù)如下[3］:

分析模式:通用;進(jìn)樣器名:Hydro 2000MU(A);顆粒折射率:1.520;顆粒吸收率:0.1;分散劑名:水;分散劑折射率:1.330;泵的轉(zhuǎn)速:2200 r/min。

其中ni是指直徑為di的脂肪球的數(shù)量。

1.3.3 液相蛋白濃度的測定

準(zhǔn)確稱取20 g乳濁液，于30℃，10000 g條件下離心30 min，乳化的油脂由于密度比水輕而上浮。離心結(jié)束時溫度較高，迅速將離心管置于0℃左右的環(huán)境下，待上層的油脂層凝固后，用注射器將下層清液吸出，用微量凱氏定氮法測定液相中游離未吸附的蛋白質(zhì)[10］。計(jì)算公式為:

1.3.4 界面蔗糖酯濃度的測定

根據(jù)Matsumiya的方法改良而成。稱取樣品若干，加1.5 mL水、2.5 mL甲醇、1.25 mL三氯甲烷，于室溫下用旋渦振蕩器振搖10 min，再加入2.5 mL三氯甲烷、2.5 mL質(zhì)量濃度為1%的NaOH溶液，在950 g、4℃的條件下離心5 min，取底層三氯甲烷層，加入少量的Na2SO4除水，于4℃保藏12 h。然后重復(fù)上述離心過程1次，取底層三氯甲烷層，氮?dú)鉂饪s吹干，取4 mL溶劑復(fù)溶，用高效液相色譜-蒸發(fā)光散射法(HPLC-ELSD)檢測[13］。

1.3.5 乳析率的測定

取乳濁液樣品10 mL于刻度離心管中，室溫下在3000 g離心15 min，測定出乳析的體積，計(jì)算公式為:

1.3.6 脂肪部分聚結(jié)率的測定

精確稱取油紅O色素0.015 g，加入1000 g粟米油中，在室溫(25℃)的條件下慢速攪拌約12 h使油紅O充分溶解，制備的油紅O油溶液需避光保存，其吸光度值可以保持恒定一周以上。準(zhǔn)確稱取乳濁液樣品20 g和油紅O溶液10 g于50 mL離心管中，混合均勻，在10000 g的離心力下離心30 min，移取上層澄清透明的紅色油液倒入比色皿，在520 nm波長條件下測定吸光度值[10］。計(jì)算公式為:

2 結(jié)果與討論

2.1 蔗糖酯用量對乳濁液界面蔗糖酯濃度的影響

圖1為蔗糖酯用量對乳濁液界面蔗糖酯濃度的影響。

圖1 蔗糖酯用量對乳濁液界面蔗糖酯濃度的影響

由圖1可知，界面蔗糖酯濃度隨蔗糖酯用量的增加呈上升趨勢。當(dāng)蔗糖酯用量處于0.20%～0.60%，界面蔗糖酯濃度迅速增加;蔗糖酯的用量超過0.60%時，界面蔗糖酯濃度增加速度變得很緩慢，此時，油-水界面膜由蔗糖酯主導(dǎo)。這是因?yàn)檎崽酋ビ昧枯^低時，均質(zhì)后蔗糖酯迅速吸附到脂肪球表面，乳濁液油-水界面同時吸附著蔗糖酯和酪蛋白，此時酪蛋白主要吸附在界面上起乳化穩(wěn)定作用，界面上的蔗糖酯含量較少。當(dāng)蔗糖酯用量進(jìn)一步增大時，由于蔗糖酯的表面活性比酪蛋白強(qiáng)，在均質(zhì)形成脂肪球的過程中能夠競爭解析油水界面上的酪蛋白，使得蔗糖酯在界面上的吸附量逐漸增加[4-7］。

2.2 蔗糖酯用量對乳濁液液相蛋白濃度的影響

不同用量的蔗糖酯對乳濁液液相蛋白濃度的影響如圖2所示。

圖2 蔗糖酯用量對乳濁液液相蛋白濃度的影響

由圖2可知，隨著蔗糖酯用量的增加，液相蛋白濃度逐漸增加。當(dāng)蔗糖酯用量處于0.20%～0.60%時，液相蛋白濃度增加迅速，此時，油-水界面膜由酪蛋白主導(dǎo);當(dāng)蔗糖酯的用量超過0.60%時，液相蛋白濃度增加速度變得很緩慢。這主要原因是:隨著蔗糖酯用量的增大，界面蔗糖酯濃度逐漸上升，相應(yīng)的界面蛋白濃度隨之減小，表現(xiàn)為液相蛋白濃度逐漸上升。

2.3 蔗糖酯用量對乳濁液粒度分布的影響

蔗糖酯用量對乳濁液粒度分布的影響如表2和圖3所示。

表2 蔗糖酯用量對乳濁液粒徑d3，2和d4，3的影響

圖3 蔗糖酯用量對乳濁液粒度分布的影響

從表2明顯可以看出，隨著蔗糖酯用量的增加，乳濁液脂肪球粒徑 d3，2和 d4，3逐漸減小，當(dāng)蔗糖酯用量為 0.60% 時，脂肪球粒徑 d3，2和 d4，3達(dá)到最小，此后隨著蔗糖酯用量的增加，粒徑 d3，2和 d4，3的值基本保持不變。從圖3可以看出，當(dāng)蔗糖酯的用量＜0.60%時，乳濁液的粒度分布為標(biāo)準(zhǔn)的單峰，當(dāng)蔗糖酯用量高于0.60%時，粒度分布開始變?yōu)橛梢粋€粒徑較小的小峰和一個粒徑較大的主峰組成不規(guī)則雙峰，且隨著用量的增加，粒徑較大的主峰的峰值減小，同時粒徑較小的小峰峰面積隨之增加。當(dāng)蔗糖酯用量為0.80%時，粒徑較大的主峰的峰值達(dá)到最小，同時粒徑較小的小峰峰面積達(dá)到最大。這主要原因是，當(dāng)蔗糖酯用量較低時，乳濁液界面膜主要由蛋白質(zhì)來主導(dǎo)，脂肪球表面同時吸附著酪蛋白和乳化劑，二者共同作用，降低了界面張力，使界面具有較低的自由能。隨著蔗糖酯用量的增加，乳濁液的乳化效果也隨之增加，均質(zhì)后蔗糖酯迅速吸附到油水界面上的濃度也越高，降低界面自由能的能力越強(qiáng)，故乳濁液的穩(wěn)定性越好，粒徑也越小。當(dāng)乳濁液中蔗糖酯用量進(jìn)一步增大時，蔗糖酯和酪蛋白之間的競爭吸附增強(qiáng)，蔗糖酯逐漸將吸附于界面膜上的酪蛋白解析下來[4-7］，當(dāng)二者之間的作用達(dá)到平衡時，乳化效果最好，表現(xiàn)為蔗糖酯用量達(dá)到0.60%時，乳濁液粒徑最小。當(dāng)蔗糖酯用量大于0.60%時，乳濁液界面膜主要由蔗糖酯來主導(dǎo)，乳化后的脂肪球新增表面被蔗糖酯分子等具有面活性的成分全部“覆蓋”并穩(wěn)定以后，在增加的蔗糖酯成分就沒有合適的界面去吸附;此時的乳化劑添加量，應(yīng)該是最佳理論添加量，超過該添加量后多余的蔗糖酯分子就會形成膠束，添加效果就會降低[8-9］。粒徑的變化趨勢與乳濁液液相蛋白濃度及界面蔗糖酯濃度的變化趨勢是相符的。

2.4 蔗糖酯用量對乳濁液脂肪部分聚結(jié)率的影響

蔗糖酯用量對乳濁液脂肪部分聚結(jié)率的影響如圖4所示。

圖4 蔗糖酯用量對乳濁液脂肪部分聚結(jié)率的影響

由圖4可知，隨著蔗糖酯用量的增加，脂肪部分聚結(jié)率逐漸減小。當(dāng)蔗糖酯用量處于0.20%～0.60%時，乳濁液的脂肪部分聚結(jié)率顯著降低;當(dāng)蔗糖酯用量大于0.60%時，其脂肪部分聚結(jié)率緩慢減小。這是因?yàn)殡S著蔗糖酯用量的增加，乳濁液的粒徑逐漸減小，有利于阻止脂肪球互相碰撞聚結(jié)到一起，最終表現(xiàn)為脂肪部分聚結(jié)率逐漸降低。

2.5 蔗糖酯用量對乳濁液乳析率的影響

蔗糖酯用量對乳濁液乳析率的影響如圖5所示。

圖5 蔗糖酯用量對乳濁液乳析率的影響

從圖5可以看出，隨著蔗糖酯用量的增加，乳析率先減小后增大，最后趨于穩(wěn)定。當(dāng)蔗糖酯的用量低于0.60%時，乳濁液的乳析率迅速降低;當(dāng)蔗糖酯的用量為0.60%時，乳析率達(dá)到最小，即蔗糖酯用量為0.60%時乳濁液穩(wěn)定性最好;此后，隨著蔗糖酯用量的增大，乳析率開始緩慢增大，最后趨于平穩(wěn)。主要原因是:隨著蔗糖酯的加入，乳濁液的脂肪部分聚結(jié)率逐漸降低，乳濁液的穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)，宏觀上表現(xiàn)為乳濁液的乳析率逐漸減小。當(dāng)蔗糖酯的用量大于0.60%時，界面上的酪蛋白基本被競爭解析下來，原先由酪蛋白主導(dǎo)的界面膜變?yōu)橛烧崽酋ブ鲗?dǎo)，界面膜的強(qiáng)度和粘彈性均有所降低，脂肪球易破裂，宏觀上表現(xiàn)為乳析率緩慢的增大[10-12］。

3 結(jié)論

(1)乳濁液中蔗糖酯的用量為0.60%時，液相蛋白濃度與界面蔗糖酯濃度基本達(dá)到最大值。

(2)隨著蔗糖酯用量的增加，粒徑逐漸減小;當(dāng)蔗糖酯用量為0.60%時，粒徑達(dá)到最小，且粒度分布也開始由一個粒徑較大的單峰變?yōu)橛梢粋€粒徑較小的小峰和一個粒徑較大的主峰組成不規(guī)則雙峰。

(3)脂肪部分聚結(jié)率隨著蔗糖酯用量的增加而呈下降趨勢。蛋白乳濁液的乳析率隨著蔗糖酯用量的增加，乳析率逐漸減小，最后達(dá)到動態(tài)平衡。

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ABSTRACTThe effect of emulsifier S1170(sucrose ester)on particle size distribution，protein concentration in aqueous phase，surface sucrose ester concentration，partial coalescence of fat globule and creaming rate of emulsion stabilized by caseins were investigated.The possible mechanism for the stability of casein emulsion affected by sucrose ester content was also analyzed.The results indicated that with increasing of sucrose ester content，the protein concentration in aqueous phase and surface sucrose ester concentration were increasing，the fat part of the coalescence rate was gradually decreasing，the droplet size and the creaming rate were decreasing，which in turn stabilized the emulsions.The partial coalescence of fat globule decreased slowly，while the creaming rate increased slowly to the dynamic equilibrium value.In summary，the stability of emulsion was the best at sucrose ester content of 0.60%.

Key wordssucrose ester，emulsion，stability，casein

Effects of Sucrose Ester on the Stability of Casein Emulsion

Liu Dao-lin，Zhao Mou-ming，Zhao Qiang-zhong
(College of Light Industry and Food Science，South Chain University of Technology，Guangzhou 510640，China)

碩士研究生(趙強(qiáng)忠副教授為通訊作者)。

*國家自然科學(xué)基金贊助項(xiàng)目(20806030)，粵港關(guān)鍵領(lǐng)域重點(diǎn)突破項(xiàng)目(2009A020700003)

2012-03-12，改回日期:2012-05-09