非肉蛋白對乳化體系穩定性影響的研究進展

牛海力++劉騫++姜秀麗++孔保華

摘 要：乳化體系中的蛋白質由于具有雙親性可以作為乳化劑吸附在油水界面上，并通過改善界面膜的性質和提高位阻等方式在抑制脂肪氧化和防止分層等方面發揮作用。非肉蛋白由于其營養性和經濟性逐漸成為乳化體系中乳化劑的更好選擇。本文主要綜述各種非肉蛋白（大豆分離蛋白、乳清分離蛋白、豌豆分離蛋白和酪蛋白）的添加對乳化體系穩定性的作用以及作用機理，從而為非肉蛋白的乳化體系在食品中的應用提供理論研究參考。

關鍵詞：非肉蛋白；乳化體系；穩定性；研究進展

Contribution of Nonmeat Protein to the Stability of Emulsions： A Review

NIU Haili， LIU Qian， JIANG Xiuli， KONG Baohua*

（College of Food Science， Northeast Agricultural University， Harbin 150030， China）

Abstract： Proteins in emulsions can be absorded on the interface of oil and water as an emulsifier due to its amphipathy， and they inhibit fat oxidation and prevent creaming by improving properties of the interface membrane and by increasing steric hindrance. Nonmeat proteins have gradually become a good alternative to emulsifiers because of their nutritional and economical importance. This paper focuses on reviewing the functional properties of various nonmeat proteins （soybean protein isolate， whey proteinisolate， pea protein isolateand casein） and their mechanisms of action in stabilizing emulsions， aiming to provide the theoretical reference for the application of nonmeat protein emulsions in the food industry.

Key words： nonmeat； emulsion； stability； progress

DOI：10.15922/j.cnki.rlyj.2016.03.009

中圖分類號：TS202.1 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2016）03-0039-05

引文格式：

牛海力， 劉騫， 姜秀麗， 等. 非肉蛋白對乳化體系穩定性影響的研究進展[J]. 肉類研究， 2016， 30（3）： 39-43. DOI：10.15922/j.cnki.rlyj.2016.03.009. http：//rlyj.cbpt.cnki.net

NIU Haili， LIU Qian， JIANG Xiuli， et al. The contribution of nonmeat protein to the stability of emulsions： a review[J]. Meat Research， 2016， 30（3）： 39-43. （in Chinese with English abstract） DOI：10.15922/j.cnki.rlyj.2016.03.009. http：//rlyj.cbpt.cnki.net

大多數食品是以乳化體系的形式存在，乳化對食品的質地、風味及感官特性都極為重要。所謂乳化，是指在一定力的作用下，如機械攪拌或高壓均質，打破水和油穩定的單相體系，兩性物質遷移到油水界面，降低界面間的張力，從而形成具有一定動力學穩定性的油-水兩相體系[1]。乳化體系是由一種或多種物質分散到另一種分散相中形成的多相體系[2]。乳化體系包括水包油型乳化體系（O/W）（圖1a）和油包水型乳化體系（W/O）

（圖1b）[3]，而前者在食品中的應用更為廣泛。然而，乳化體系是一類不穩定的體系，在長期貯藏過程中由于熱力學的不穩定性以及自由基的攻擊，會發生分層及氧化等變化，因此，乳化體系的穩定性是影響乳化類食品質量的主要因素。

乳化體系的穩定性包括物理穩定性和氧化穩定性。由于多不飽和脂肪酸產生的脂肪氧化和蛋白質氧化導致的不穩定性稱為氧化穩定性。氧化穩定性可以通過測定硫代巴比妥酸反應產物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARs）和過氧化值（peroxide value，POV）的方法進行評定。水包油型乳化體系的氧化穩定性很大程度上取決于乳化劑的類型和乳化劑的電荷。乳化劑的電荷大小決定金屬離子和界面膜之間的作用力，因此會影響乳化體系的氧化穩定性，帶有正電荷的乳化劑比帶負電荷的乳化劑氧化穩定性更強[4]。物理穩定性是乳化液對乳化微粒的遷移和乳化微粒粒徑大小的變化而引起的失穩現象的抵抗能力[5]。一般來說，乳化體系的黏度越大，物理穩定性越好。乳化體系的黏度與油滴分子間的相互作用有關，穩定這種相互作用的作用力可分為共價鍵、靜電相互作用、范德華力和空間位阻[6]。但是相比于這些較弱的作用力，重力會直接導致乳化液出現沉降、分層及絮凝等現象，因此會直接影響乳化體系的物理穩定性[7]。另一方面，隨著貯藏時間的延長，油滴之間會相互聚合，粒徑變大，因此在絮凝之后又會出現聚集的現象。乳化劑的添加會降低界面張力，從而增加乳化體系的穩定性。

許多研究[8-9]表明，添加人工合成的乳化劑可以使肉糜類乳化體系崩潰，降低乳化體系的穩定性。因此具有雙親性的天然蛋白質，是一種很好的乳化劑，可以在油滴表面通過疏水相互作用形成一層黏彈性的界面膜以提高乳化體系的物理穩定性。由于非肉蛋白的經濟性和營養健康性，在食品加工中的應用逐漸廣泛，根據文獻總結，常用的非肉蛋白乳化劑有大豆分離蛋白[10-13]、乳清分離蛋白[14-18]、豌豆分離蛋白[19-23]和酪蛋白[24-26]等，因此本文主要綜述不同非肉蛋白在穩定乳化體系中所起的作用及其作用機理。

1 大豆分離蛋白乳化體系

大豆中含有大約40%的蛋白質和20%的油（以干基計），在低溫下通過分離油就可以得到大豆分離蛋白，大豆分離蛋白根據沉降系數可分為2S、7S、11S和15S 4 種蛋白質，其中7S和11S比例最高，大約達到80%[27]。近年來，天然大豆分離蛋白由于較好的溶解性、乳化性、起泡性、凝膠性和持水性等功能性質，常作為一種食品添加劑添加到食品中[10]。另一方面，由于大豆分離蛋白中蛋白含量高及經濟合理性，使大豆分離蛋白乳化體系的研究也逐漸加深。

Wong等[10]通過研究發現，蛋白質結構本身的靈活可變性是其能否吸附于油水界面上的關鍵因素，而且蛋白質還能防止乳化體系中的油脂發生氧化，對維持乳化體系的穩定性有很重要的作用。Ji等[11]用酪蛋白酸鈉和大豆蛋白作為乳化劑，通過高壓均質形成乳化體系，發現結構松散的酪蛋白酸鈉和球形的大豆蛋白可以吸附到油水界面上，并且還有一些游離的蛋白溶解在水相中，靜電斥力與空間位阻的作用保持了乳化體系的穩定性。Fernandez-Avila等[7]分析了乳化體系的均質條件以及加熱處理對大豆蛋白乳化體系穩定性的影響，并發現超高壓均質處理形成的乳化體系相對于傳統的均質處理得到的乳化體系油滴粒徑更小，穩定性更好，而加熱處理對其穩定性影響不大。

Phoon等[12]將伴大豆球蛋白（7S）進行限制性水解，再將水解物制備乳化體系以研究不同的加工條件對乳化體系氧化穩定性的影響，結果發現，在水解度為0.7%、pH值為7的低鹽離子條件下，胰蛋白酶酶解后由于β-轉角結構的增加而提高了其抗氧化性，這種由α-螺旋或無規則卷曲轉變成分子內轉角的過程對建立一個有效的界面膜起到很重要的作用。Cui等[13]將盧丁加入到大豆分離蛋白穩定的乳化體系中，研究其對乳化體系物理穩定性和氧化穩定性的影響，結果顯示，蘆丁可以與大豆分離蛋白通過疏水相互作用形成混合物，并且蘆丁在加入乳化體系后可以競爭性的吸附到油水界面上，在界面上的富集導致油滴粒徑減小并且增加了乳化體系的物理穩定性和氧化穩定性。

2 乳清分離蛋白乳化體系

乳清蛋白與其他日常飲食的蛋白質相比含有所有必需氨基酸，因此其營養性能更好。乳清蛋白包括β-乳球蛋白、α-乳白蛋白和牛血清白蛋白。乳清分離蛋白是干酪生產中的一種副產物，具有良好的乳化性。在食品工業中，乳清分離蛋白也常作為一種乳化劑應用到乳化體系中，乳清分離蛋白較好的表面活性使其可以吸附在油水界面上，并通過對油滴的包埋形成一層界面膜起到穩定乳化體系的作用。另一方面，乳清蛋白還具有抗氧化作用，它可以抑制氧化劑穿透進入油滴內發生氧化，因此可以提高其氧化穩定性。

Atarés等[14]采用葵花籽油和乳清蛋白在4 種不同條件下（使用純化或未經純化的葵花籽油及使用超速均質或高壓噴射均質）制備乳化體系研究其穩定性，并證明乳清蛋白作為抑制脂肪氧化的活性抑制劑在穩定乳狀液、防止聚集方面起到很重要的作用，乳清分離蛋白在油水界面上分布的位置會影響脂肪分子的移動性，并提高乳化體系的氧化穩定性。Hebishy等[15]制備了傳統的高壓均質乳化體系和超高壓均質乳化體系研究均質壓力與乳化體系氧化穩定的關系，當均質壓力達到100 MPa時可以提高乳清蛋白在界面上的吸收及有效地抑制脂肪氧化，但當壓力達到200 MPa時乳清蛋已完全變形并且失去了表面活性劑的作用。Berendsen等[16]分別采用乳清分離蛋白和乳清分離蛋白、羧甲基纖維素鈉的混合物制備單層及雙層膜的乳化體系，并通過表面等離子共振技術測定膜的厚度，表明雙層界面膜預乳化體系的穩定性高于單層膜，其原因是盡管在不利的加工條件下，多糖依然可以阻止油滴間的聚合并形成一層更厚的界面膜，因此雙層膜的穩定性更高。

高濃度的乳清蛋白盡管功能性好，但以乳清蛋白穩定的乳化體系在加熱時會由于蛋白變性、聚集和絮凝產生熱誘導分層。?ak?r-Fuller等[17]用普通的乳清蛋白和微粒化的乳清蛋白制備乳化體系研究其熱穩定性，發現微?；笕榛w系的熱穩定性增強，并且隨著乳清蛋白的含量達到11%時，經過干餾處理后，普通乳清蛋白的乳化體系產生分層而微粒化后乳化體系沒有分層的現象。蛋白質除了作為乳化劑在乳化體系中發揮作用外，還可以作為一種運輸物質。Wang等[18]的研究表明蛋白質由于其較多的功能性質，還可以在乳化體系中運輸一些功能物質，一些疏水性的生物活性物質常存在于油相中，而本身具有雙親性的乳清蛋白通過包埋作用可以攜帶α-生育酚以配體鍵的結合方式與油滴表面的界面膜相互作用。

3 豌豆分離蛋白乳化體系

豌豆分離蛋白對于學術研究及工業生產都是一種很重要的植物蛋白，其凝膠性的研究非常廣泛[28]。豌豆分離蛋白主要包含兩種蛋白質，豌豆球蛋白和豆球蛋白，而豌豆分離蛋白乳化體系的穩定性取決于很多因素，如豌豆球蛋白和豆球蛋白的比例、油的比例、pH值及蛋白濃度等。

2013年，Liang等[19]發現酸性條件下豌豆分離蛋白穩定的乳化體系穩定性好于堿性及中性條件。2014年，Liang等[20]通過研究發現，酸性條件下豌豆分離蛋白在乳化體系中以納米微粒的形式存在，隨著乳化體系中蛋白濃度的增加，粒徑減小，物理穩定性增強，并且在高濃度時，隨著界面上吸附的蛋白含量增加，逐漸形成了一個由絮凝的液滴組成的凝膠網絡結構。Jiang等[21]用堿性蛋白酶處理豌豆分離蛋白（NPP），得到結構修飾的豌豆分離蛋白，與葵花籽油形成乳化體系，并說明結構修飾后的豌豆分離蛋白作為一種表面活性劑被吸附在界面處，與NPP相比，添加后對界面膜性質的提高及其位阻在抑制乳狀液氧化中起到重要的作用。Amine等[22]使用不同的植物蛋白（馬鈴薯蛋白、大豆蛋白和豌豆蛋白）以及牛乳蛋白（酪蛋白酸鈉和乳清蛋白）制備乳化體系通過界面張力和界面彈性的方法研究乳化體系的穩定性，隨著蛋白質濃度的增加，對于馬鈴薯蛋白、豌豆蛋白和酪蛋白酸鈉乳化體系，其界面張力及z-平均粒徑減小，這種降低是由于蛋白質分子的吸附，使油水界面的界面能量降低。另一方面，文章旨在研究乳化體系的彈性與其穩定性的關系，結果表明，乳化體系的彈性對于維持乳化體系的穩定性是必需的，但不是唯一的因素，還包括一些其他的因素。

Liang等[23]用3 種球蛋白（大豆蛋白、豌豆蛋白和乳清蛋白）與酪蛋白以質量比6∶4和4∶6的比例形成乳化劑，研究球蛋白的種類和濃度對乳化體系穩定性的影響，結果發現，大豆蛋白與酪蛋白的混合物形成的乳化體系熱穩定性最好。

4 酪蛋白乳化體系

酪蛋白酸鈉是一種很好的乳化劑，由4 種主要的蛋白質組成：αs1、αs2、β-、和κ-酪蛋白。其中β-和αs1酪蛋白對乳化體系的穩定性貢獻最大。蛋白質中疏水性氨基酸殘基和親水性氨基酸殘基在多肽鏈的兩端均衡分布在穩定乳化體系方面尤其重要。

Hu等[24]分別用酪蛋白、乳清分離蛋白和大豆分離蛋白作為乳化劑與玉米油形成乳化體系，研究3 種乳化體系在pH 3.0條件下物理穩定性和氧化穩定性的區別及其原因，并通過測定脂肪氫過氧化物和己二醛的含量說明這3 種乳化體系的氧化穩定性順序是酪蛋白>乳清分離蛋白>大豆分離蛋白。酪蛋白相對于乳清蛋白的結構更加無序，并且疏水性更強，可以更快地吸附到油水界面形成較厚的界面膜，因此有利于乳化體系的穩定性。而大豆分離蛋白中主要的蛋白質是7S和11S蛋白質，其不對稱的四級結構導致其乳化性較低。Qiu等[25]分析了麥醇溶蛋白、酪蛋白酸鈉和乳清蛋白對魚油乳化體系穩定性和體外消化性的影響，并說明麥醇溶蛋白和乳清蛋白形成的乳化體系比酪蛋白酸鈉乳化體系的氧化穩定性更強，而酪蛋白酸鈉乳化體系在老化過程中其色氨酸熒光光譜的損失及脂肪氧化程度最大，各種乳化體系在氧化穩定性方面的不同性體現在界面膜的厚度、蛋白質螯合能力以及抗氧化的氨基酸組成。

盡管酪蛋白穩定的乳化體系穩定性好于乳清蛋白，但由于高壓下酪蛋白膠束被破壞，Martin-Gonzalez等[26]

研究了高壓下酪蛋白乳化體系的流變學特性，發現較高油含量的乳化體系其流變學特性隨著酪蛋白濃度的增加從牛頓流體變成剪切稀釋流體。當均質壓力在20～100 MPa之間時，壓力的作用會誘導酪蛋白與周圍的液滴相互作用形成凝膠狀的結構。

5 非肉蛋白穩定的乳化體系在肉制品中的應用

Gao等[29]使用大豆分離蛋白和卡拉膠的混合物作為乳化劑添加到熟肉餅中，可以提高乳化體系的乳化穩定和熟肉餅的品質，并表明植物蛋白（大豆分離蛋白）和多糖對于脂肪和水的結合能力較強，因此形成了一個更加穩定的乳化體系，并對于熟肉餅的品質有一定的促進作用。Youssef等[30]使用低凝膠性的大豆蛋白、高凝膠性的大豆蛋白、乳清分離蛋白、預熱的乳清分離蛋白4 種非肉蛋白作為乳化劑添加到熟肉餅中，光學顯微鏡的結果表明，非肉蛋白可以降低油滴間的聚集和蛋白質的聚集，乳清分離蛋白與高凝膠性的大豆蛋白可以與肉基質互相作用，形成明顯的“島狀”。Salminen等[31]使用乳清分離蛋白和含有n-3脂肪酸的魚油制備魚油乳化體系，添加到豬肉香腸中，降低了體系的氧化穩定性，結果表明，魚油乳化體系中的油滴與肉基質的相互作用是導致氧化穩定性降低的可能原因。Youssef等[32]將預乳化的菜籽油（使用酪蛋白酸鈉、大豆分離蛋白和乳清分離蛋白作為乳化劑）替代脂肪添加到肉糜產品中，發現使用預乳化的酪蛋白酸鈉的乳化體系可以增加肉糜制品的硬度，添加預乳化的乳化體系會降低產品的紅度值，因此預乳化處理一定程度上會抵消降低脂肪含量帶來的變化，并且預乳化處理會促進形成一個更加穩定的肉基質。

6 蛋白質穩定乳化體系的機理

以蛋白質為乳化劑的乳化液，其分層和絮凝的原因與很多因素有關，比如：蛋白吸附層的結構、連續相的黏度、乳化體系的聚集及流變特性、貯存溫度、蛋白濃度、平均粒徑、粒徑分布、油體積分數、油的種類以及脂肪的晶型[33-37]。一般來說，乳化體系油滴分子的粒徑大小是決定乳化體系穩定性、流變學性質、貨架期、顏色等最重要的因素[38]，油滴粒徑越小，穩定性越好。在均質過程中，蛋白質可以迅速吸附到油水界面上，降低界面張力，并且在油滴表面形成保護膜以抑制油滴的聚集。另一方面，在低于或高于蛋白質等電點的pH值處，蛋白質可以給油滴電荷的作用，這種正電荷或者負電荷的作用會產生斥力以防止油滴間的聚集和絮凝，增加乳化體系的穩定性。蛋白質對乳化體系的穩定作用可能取決于蛋白質的表面疏水性、分子靈活性及蛋白質可以在油滴表面形成界面膜。

7 結 語

由于非肉蛋白的營養性和經濟性，其作為乳化劑在肉制品體系中的應用已經受到廣泛關注。但由于蛋白質的結構及其功能對不同加工條件及外源添加物質的變化的敏感性，其機理性研究是一個很復雜的過程。盡管大多數實驗已經證明了蛋白質對維持乳化體系穩定性的作用機理與油水界面的界面膜有很大關系，我們仍需對界面膜的結構、性質及其對乳化體系穩定性的關系進一步了解。在深入了解其內在機理后，才能為其在食品體系中的廣泛應用奠定堅實的理論基礎。

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