鷹嘴豆全粉的乳化特性

李可，賈尚羲，田金鳳，吳麗麗

（1.鄭州輕工業大學食品與生物工程學院，河南 鄭州 450001；2.河南省冷鏈食品質量安全控制重點實驗室，河南 鄭州 450001）

乳液是由至少兩種互不相溶的液體組成的分散體，主要有水包油（O/W）乳液和油包水（W/O）乳液兩種類型[1-2]。除了兩種常規乳液，還有多種復雜結構的乳液，如Pickering 乳液、多層乳液、乳液凝膠、納米乳液等。乳液通常受到奧氏熟化、分層、絮凝、聚結、氧化等物理化學作用的影響，是熱力學不穩定體系[3-4]。因此，需要加入乳化劑來形成穩定體系，蛋白質作為兩親性的多聚物，易于吸附在油水界面提高乳液的穩定性，因此常作為乳化劑應用在乳液中。

近年來，與動物蛋白相比，植物蛋白具有更好的持續性及發展前景，目前大豆、花生、鷹嘴豆和豌豆等植物蛋白已被認為是動物蛋白的良好替代品[5-6]。但在蛋白質的提取過程中通常伴隨著有機溶劑的參與，而且體系中的非蛋白成分也可能與蛋白質相互作用影響蛋白質的特性，此外，蛋白質純化過程中會消耗能量，導致質量損失，降低營養物質的利用率[7]。因此，為減少營養及能量損失的有效方法是盡可能減少純化步驟。Sridharan 等[8]通過對未純化豌豆粉體系的界面和乳化性能，并與豌豆濃縮蛋白的性能進行比較發現，豌豆全粉和豌豆蛋白所制成的乳液顯示出相似的液滴大小、聚集大小和流變行為，表明豌豆蛋白是主要的界面活性成分，非蛋白質物質如淀粉等對乳液的界面行為幾乎沒有影響，豌豆全粉可作為乳化劑，從而簡化食品生產的工藝步驟。

鷹嘴豆是世界上第三大消費豆類，含有豐富的蛋白質、維生素、礦物質、膳食纖維等，集食用及藥用價值為一體，營養豐富，極具發展潛力[9]。目前，對于鷹嘴豆的研究主要集中于鷹嘴豆分離蛋白及不同改性方法對其功能性質的影響。對于未純化的鷹嘴豆蛋白體系的乳化特性研究鮮見。因此，本文以鷹嘴豆作為研究對象，研究不同全粉溶液濃度、油相體積分數及過篩目數對鷹嘴豆全粉乳液乳化特性的影響，利用粒徑、電位、乳化特性、乳液總體穩定指數（turbiscan stability index，TSI）對全粉乳液進行表征，以判斷鷹嘴豆全粉是否可以用于乳液的制備，以期為簡化乳液的生產工序提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鷹嘴豆（蛋白質14.1%，脂肪2.7%，淀粉48.1%，膳食纖維17.6%）：市售；金龍魚大豆油：益海嘉里金龍魚糧油食品有限公司；十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS，分析純）：上海源葉生物有限公司。

1.2 主要儀器與設備

轉子研磨機：浙江屹立工貿有限公司；TU-1810 紫外可見光分光光度計：北京普析通用儀器設備有限責任公司；Turbiscan 穩定分析儀：法國Formulaction 儀器公司；Zetasizer Nano-ZS 90 納米激光粒度儀：英國馬爾文儀器公司；T25 高速勻漿機：德國IKA 公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 鷹嘴豆全粉的制備

將鷹嘴豆在50 ℃下烘干至質量恒定，含水量為3.91%，使用轉子研磨機磨碎，每次研磨30 s，間隔1min，研磨后將鷹嘴豆全粉置于4 ℃保存。

1.3.2 鷹嘴豆全粉乳液的制備

1.3.2.1 不同目數下全粉乳液的制備

將研磨后的鷹嘴豆全粉分別過40、80、120、160 目篩，利用去離子水配制全粉溶液濃度為40 mg/mL 的溶液，磁力攪拌3 h 后放置在4 ℃下儲存過夜（保證充分水合），后加入油相體積分數為10%的大豆油，在高速分散器下以10 000 r/min 的轉速分散2 min（每次間隔30 s），分別制得目數為40、80、120、160 目，全粉溶液濃度為40 mg/mL，油相體積分數為10%的全粉乳液。

1.3.2.2 不同全粉溶液濃度下全粉乳液的制備

將鷹嘴豆全粉過120 目篩，利用去離子水分別配制全粉溶液濃度為10、20、30、40 mg/mL 的溶液，磁力攪拌3 h 后放置在4 ℃下儲存過夜，后加入油相體積分數為10%的大豆油，在高速分散器下以10 000 r/min的轉速分散2 min（每次間隔30 s），分別制得4 種不同全粉溶液濃度、油相體積分數為10%的全粉乳液。

1.3.2.3 不同油相下全粉乳液的制備

將鷹嘴豆全粉過120 目篩，利用去離子水配制全粉溶液濃度為40 mg/mL 的溶液，攪拌后置于4 ℃下儲存過夜，分別加入油相體積分數為10%、20%、30%、40%的大豆油，以10 000 r/min 的轉速分散2 min（每次間隔30 s），最終制成全粉溶液濃度為40 mg/mL、4 種不同油相體積分數的全粉乳液。所有制成的乳液均在4 ℃下儲存。

1.3.3 平均粒徑、電位的測定

乳液的液滴粒徑使用納米激光粒度儀進行測定，將不同條件下制備的乳液滴入樣品池中測定乳液的平均粒徑，每個樣品做3 次平行。利用Zetasizer Nano-ZS 90 納米激光粒度儀對乳液的電位進行測定，吸取不同條件下所制備的乳液于電位皿中，每個樣品測定3 次。

1.3.4 乳化特性的測定

參考吳周山等[10]的方法，稍加修改。按照1.3.2 制備乳液，通過高速分散器將全粉溶液與大豆油均質后立即從底部取50 μL 乳液加入5 mL、1 mg/mL 的SDS溶液中，渦旋均勻后，用分光光度計在500 nm 處測定吸光度A0。乳液靜置10 min 后，再次從底部吸取50 μL 的乳液加入5 mL、1 mg/mL 的SDS 溶液中，渦旋均勻后，以同樣的條件測定乳液的吸光度，記為A10。根據下述公式計算乳液的乳化活性指數（emulsifying properties，EAI）和乳化穩定性指數（emulsifying stability，ESI）。

式中：A 為乳化活性指數，m2/g；B 為乳化穩定性指數，min；N 為稀釋倍數；c 為鷹嘴豆全粉溶液濃度，g/mL；ω 為油相體積分數，%。

1.3.5 Turbiscan 穩定性指數的測定

參照Wang 等[11]的方法，使用穩定分析儀分析新鮮乳液的穩定性。取20 mL 的乳液于儀器分析專用玻璃瓶中并分析其乳液穩定性。參數為掃描時間30 min、溫度25 ℃，每隔30 s 掃描1 次。

1.3.6 儲藏穩定性

參照劉競男等[12]的方法并加以修改。取1.3.2 得到的新鮮乳液10 mL 分別裝入玻璃試管中，用相機記錄乳液在0、6、12、24 h 的變化。

1.4 數據處理

所有試驗重復3 次，結果用平均值±標準差表示。利用SPSS Statistics 25 軟件對數據進行ANOVA 和Duncan's 檢驗（P＜0.05）統計分析，字母不同表示差異顯著（P＜0.05），利用Origin 2019 軟件對數據進行作圖。

2 結果與分析

2.1 乳液粒徑

粒徑是評價乳液穩定性的重要因素，乳液對重力分離的穩定性可以通過減小液滴尺寸來提高，粒徑越小，乳液越穩定[13]。

2.1.1 不同目數對乳液粒徑的影響

圖1 為鷹嘴豆全粉乳液在不同過篩目數下的液滴粒徑圖。

圖1 不同過篩目數對乳液的粒徑的影響Fig.1 Effect of mesh number on the particle size of emulsion

經40、80、120、160 目過篩的鷹嘴豆全粉，其乳液的平均粒徑分別為16.73、20.11、16.74、19.16 μm。從圖1 中可以看出，隨著過篩目數的逐漸增加，液滴粒徑呈現出先增加后減小再增加的趨勢，與80 目、160 目篩相比，經40、120 目篩的鷹嘴豆全粉所制得的乳液具有較小的粒徑（P＜0.05），但兩者之間無顯著性差異（P＞0.05），表明鷹嘴豆全粉過篩目數對乳液粒徑無明顯影響。

2.1.2 不同濃度對乳液粒徑的影響

圖2、圖3 分別為不同全粉溶液濃度對乳液粒徑及粒徑分布情況的影響。

圖2 不同全粉溶液濃度對乳液粒徑的影響Fig.2 Effect of concentration of whole powder solution on the particle size of emulsion

圖3 不同油相體積分數對乳液粒徑的影響Fig.3 Effect of volume fraction of oil phase on the particle size of emulsion

當鷹嘴豆全粉溶液濃度從10 mg/mL 增加至40 mg/mL 時，乳液的粒徑從17.46 μm 顯著降低至12.02 μm（P＜0.05），隨著鷹嘴豆全粉溶液濃度的增加，平均液滴尺寸減小的主要原因是液滴界面蛋白濃度增加。在低蛋白質濃度時，鷹嘴豆蛋白的含量不足以覆蓋液滴表面而導致液滴的聚結，形成的乳液液滴較大。增加鷹嘴豆全粉溶液濃度能夠增強蛋白質的界面吸附和液滴界面的蛋白質覆蓋率，從而提高防止液滴聚集的能力，形成的乳液液滴較小，同時，高界面蛋白濃度有助于液滴破碎，防止均質器內液滴聚結，導致液滴尺寸變小[14]。在Wang 等[15]研究亞麻籽蛋白穩定的乳液中也出現類似的結果。

2.1.3 不同油相體積分數對乳液粒徑的影響

圖3 表示鷹嘴豆全粉乳液在不同油相體積分數下的乳液的平均粒徑圖。

從圖3 中可以看出乳液的粒徑隨著油相體積分數的增加而顯著增加（P＜0.05），其中油相體積分數為10%時，乳液的粒徑最小為8.05 μm。可能的原因是較低的油相體積分數增加了蛋白質的覆蓋，從而抑制了液滴的聚集和聚結。隨著油相體積分數逐漸增加，水相中所溶解的蛋白質等物質不足以形成致密的吸附界面，使得油滴在乳化過程中聚結并形成較大的油滴[16]。當全粉溶液濃度增加時，蛋白質等物質可與油相之間相互結合，減少油滴間的聚集及絮凝，導致乳液粒徑減小[15]。這與上述全粉溶液濃度增加，乳液粒徑減小的結果一致。

2.2 不同變量條件對乳液電位的影響

電位可以表征分散體系的穩定性，電位在一定程度上可以反映乳液液滴之間相互作用的強度。電位絕對值越低的乳液粒子之間傾向于聚集或絮凝，而電位的絕對值越大，說明液滴間斥力越大，液滴之間越不易聚結，體系越穩定[17]。表1 表示不同目數、不同濃度及不同油相體積分數對鷹嘴豆全粉穩乳液電位的影響。

表1 不同變量條件對乳液電位的影響Table 1 Effect of different variables on the potential of emulsion

由表1 可知，鷹嘴豆全粉溶液濃度為10 mg/mL，過篩目數為120 目制成的乳液的電位絕對值最大，且與其它3 種不同濃度及目數下的乳液的電位之間存在顯著性差異（P＜0.05）。這可能因為隨著鷹嘴豆全粉溶液濃度的增加，使得更多的鷹嘴豆蛋白吸附在油滴表面，進而降低乳液液滴的Zeta 電位絕對值。在Wang等[15]研究的濃縮亞麻籽蛋白水包油乳液穩定性和流變性能的影響研究中也得到相似的結果。

2.3 乳化特性

2.3.1 不同過篩目數下乳液的乳化特性

圖4 表示不同過篩目數的鷹嘴豆全粉，其乳液的乳化活性指數與乳化穩定性指數。

圖4 不同過篩目數對乳液乳化特性的影響Fig.4 Effect of mesh number on the emulsifying characteristics of emulsion

從圖4 中可以看出，隨著鷹嘴豆全粉過篩目數的增加，乳液的乳化活性指數值呈現先增加后降低的趨勢，在120 目達到最大值，為（8.82±0.09）m2/g，但與過80 目的全粉所制備的乳液的乳化活性指數（8.61 m2/g）相比無顯著性差異，說明過篩目數對鷹嘴豆全粉乳液乳化活性指數影響較小。但當鷹嘴豆全粉分別通過40、80、120、160 目時，所制備的乳液的乳化穩定性指數顯著降低，在40 目達到最大值，為（139.97±0.15）min，即乳液在40 目下表現出較好的乳化穩定性。

2.3.2 不同全粉溶液濃度乳液的乳化特性

圖5 表示不同全粉溶液濃度下的鷹嘴豆全粉乳液的乳化活性指數與乳化穩定性指數。

圖5 不同全粉溶液濃度對乳液乳化特性的影響Fig.5 Effect of concentration of whole powder solution on the emulsifying characteristics of emulsion

由圖5 可知，隨著鷹嘴豆全粉溶液濃度在10～40 mg/mL 時，濃度增加，乳液的EAI 顯著降低（P＜0.05）。當全粉溶液濃度為40 mg/mL 時，其EAI 最低為9.87 m2/g。這可能是因為在較低的全粉溶液濃度下，全粉中的有效物質吸附到油水界面的過程主要是由擴散控制，濃度較低時有效物質如蛋白質等擴散較快，易與油相相互結合形成乳液液滴，從而導致EAI 數值較高，但當全粉溶液濃度進一步增加可能會降低蛋白質吸附的有效性，從而導致乳化活性指數的降低。在全粉溶液濃度為10、20、30、40 mg/mL 時，鷹嘴豆全粉乳液的ESI分別為18.60、19.64、64.97、57.93 min。乳液穩定的主要機理是乳液粒徑尺寸的減小以及界面蛋白濃度的增加。乳液粒徑較小可以降低乳析速率，從而提高乳液的穩定性。在低全粉溶液濃度下，全粉中的蛋白等物質不能完全覆蓋油滴，因此油滴之間相互碰撞，導致大絮凝物的形成和聚結，使得乳化穩定性指數較小[17]。當全粉溶液濃度大于30 mg/mL 時，ESI 降低的原因可能是乳液液滴之間相互作用出現絮凝、脂肪上浮等現象[14]。

2.3.3 不同油相體積分數對乳化特性的影響

圖6 表示不同油相體積分數的鷹嘴豆全粉乳液的乳化活性指數與乳化穩定性指數。

圖6 油相體積分數對乳液乳化特性的影響Fig.6 Effect of volume fraction of oil phase on the emulsifying characteristics of emulsion

由圖6 可知，在油相體積分數為10%、20%、30%、40%時，鷹嘴豆全粉乳液的EAI 和ESI 值分別為23.63、11.29、8.18、6.49 m2/g 和 63.26、38.40、36.25、21.66 min，EAI 和ESI 值隨著油相體積分數的增加而明顯降低。可能的原因是隨著油相體積分數的增加，使得均質后最終液滴表面積增大，從而降低了液滴表面蛋白質的吸附量，另一方面，較大的油相體積分數提高了油滴之間互相碰撞的頻率，易導致油滴液滴聚集、乳液粒徑增大，從而降低了乳液的乳化穩定性[18-19]。

2.4 Turbiscan 穩定性指數

Turbiscan 穩定性指數（TSI）反映的是乳液的動態不穩定性，包括乳化、絮凝和聚結。TSI 值越大，表明乳液體系越不穩定[11]。

2.4.1 不同過篩目數乳液的Turbiscan 穩定性指數

圖7 表示不同過篩數目鷹嘴豆全粉，其乳液的Turbiscan 穩定性指數。

圖7 不同過篩目數對乳液TSI 值的影響Fig.7 Effect of mesh number on the Turbiscan stability index of emulsion

如圖7 所示，4 種過篩目數下乳液的Turbiscan 穩定性指數都隨著時間的增加而增加，且不同目數制備的乳液在30 min 后的TSI 值相差不明顯，說明目數對乳液的穩定性影響較小。

2.4.2 不同溶液濃度的鷹嘴豆全粉乳液Turbiscan 穩定性指數

圖8 表示不同溶液濃度的鷹嘴豆全粉乳液Turbiscan 穩定性指數。

由圖8 可知，乳液的Turbiscan 穩定性指數隨著鷹嘴豆全粉溶液濃度的增加，乳液的TSI 值明顯降低，表明乳液的穩定性越好。這與本研究全粉溶液濃度為40 mg/mL 的乳液具有更小的粒徑尺寸等結果保持一致。

2.4.3 不同油相體積分數乳液的Turbiscan 穩定性指數

圖9 為不同油相體積分數對乳液的Turbiscan 穩定性指數的影響。

圖9 不同油相體積分數對乳液TSI 值的影響Fig.9 Effect of volume fraction of oil phase on the Turbiscan stability index of emulsion

由圖9 可知，4 種乳液的TSI 隨著油相體積分數的增加，TSI 值逐漸增加，但油相體積分數10%穩定的乳液TSI 值在1 200 s 后逐漸趨于平緩，說明油相體積分數10%時制備的乳液具有較好的穩定性[20]，與上述10%油相體積分數為穩定的乳液產生最小的液滴粒徑及最高的乳化穩定性指數結果一致。

2.5 表觀穩定性

對不同全粉溶液濃度和不同油相體積分數的鷹嘴豆全粉乳液進行表觀分析，觀察鷹嘴豆全粉溶液濃度和油相體積分數對乳液宏觀表象的影響。圖10 是不同全粉溶液濃度的鷹嘴豆全粉乳液在儲藏期間的直觀圖。

圖10 不同全粉溶液濃度對乳液儲藏穩定性的影響Fig.10 Effect of concentration of whole powder solution on the storage stability of emulsion

由圖10 可觀察到隨著儲藏時間段延長，不同處理組的乳液皆出現分層現象。具體表現為不同處理組的乳液在0～6 h 內未觀察到明顯的分層現象，12 h 后，10、20、30 mg/mL 等全粉溶液濃度穩定的乳液出現了不同程度的分層現象，儲藏24 h 后，乳液的分層界線更加分明。這是因為當全粉溶液濃度較低時，全粉中與油相相互作用的有效物質較少，乳液中具有較大的液滴和聚集體，減少了蛋白與脂肪之間的交聯能力，使得乳液的分層速度加快[21-22]。全粉溶液濃度為40 mg/mL 的乳液在24 h 后也逐漸出現分層情況。當濃度為40 mg/mL時，乳液的粒徑低于其他處理組，且電位的絕對值最大，液滴間排斥力最強，不易聚集，因此與其他處理組相比，其乳液體系更加穩定。

圖11 是不同油相體積分數的鷹嘴豆乳液在儲藏期間的直觀圖。

圖11 不同油相體積分數對乳液儲藏穩定性的影響Fig.11 Effect of volume fraction of oil phase on the storage stability of emulsion

從圖11 可以看出，油相體積分數為30%、40%的乳液在儲藏時間段內出現明顯分層，這可能是因為在全粉溶液濃度一定時，油相體積分數較低，全粉中的蛋白及膳食纖維等物質足以覆蓋剪切過程中所產生的油水界面，液滴之間不會發生聚集等現象，與上述粒徑的相關結果一致，但當油相體積分數增加時，全粉中的有效吸附成分不足以覆蓋所有液滴表面，因此，未吸附顆粒或油滴之間會發生聚結，導致乳液液滴變大，發生聚結、分層情況。這與劉洋等[23]的研究結果相一致。

3 結論

研究過篩目數、全粉溶液濃度及油相體積分數對鷹嘴豆全粉乳液乳化特性的影響。結果表明，不同過篩目數條件下，乳液的粒徑與電位等值之間無顯著性差異，相較于溶液濃度及油相體積分數等變量條件，過篩目數對于全粉乳液的乳化特性影響不大。另外隨著全粉溶液濃度從10 mg/mL 至40 mg/mL 的逐漸增加，乳液的粒徑顯著降低（P＜0.05），TSI 值越小，乳液的穩定性增強。油相體積分數為10%時，乳液的粒徑最小，為（8.05±0.22）μm，乳化活性指數及乳化穩定性指數最高，分別為（23.63±0.32）m2/g、（63.26±0.26）min；相較于以上兩種變量條件，目數對于乳液的乳化特性影響較小。綜上所述，鷹嘴豆全粉過120 目篩、全粉溶液濃度40 mg/mL、油相體積分數10%時，乳液具有較好的乳化特性，本研究為全粉乳化劑的開發與應用提供理論支撐，有望在未來的食品工業中得到應用。