兩種不同多糖對油菜籽油體乳液穩定性的影響

何勝華，周三九，王永輝，李光輝，高雪麗，郭衛蕓

（許昌學院食品與藥學院，河南許昌 461000）

油菜籽常常被用作蛋白質和植物油的加工原料，是我國種植面積較大的油料作物之一。油菜籽含有大量粒徑為0.5～2.5 μm 的球形液滴，該液滴被稱為油體。和其他植物種籽油體結構一樣，油體內部的甘油三酯基質被磷脂與蛋白質組成的生物膜所包裹，該膜結構與乳脂肪球膜及蛋黃膜結構及組成類似[1-3]。

油體膜表面由多種蛋白質組成，主要有油體蛋白、油體固醇蛋白和油體鈣蛋白三種[4]。油體蛋白通常有3 個結構域，通過離子鍵吸附在油體的表面，帶負電荷的極性氨基酸殘基暴露于外側，油體蛋白整體表現為親水性和帶負電荷性[5-7]。油體蛋白這一特點有助于形成穩定的油體乳液。除油體蛋白外，其他蛋白對油體乳液的穩定性也起到重要作用[8-10]。油菜籽油體特殊的組成和結構，使得其在形成乳液時不需要額外動力[11]。另外，油體膜表面的蛋白和脂質的種類、結構和含量對油體乳液中油滴表面的電荷、油滴粒徑大小和穩定性起著決定性的作用[12]。油菜籽油體膜表面的油體蛋白可以形成空間位阻及靜電排斥作用進而阻止油體微球發生融合[13-15]。

油菜籽油體形成的乳液在環境應力下（pH、鹽離子和高溫）表現不穩定，在一定的pH、鹽離子濃度和高溫條件下，該乳液油滴會發生聚集。為了提高油菜籽油體乳液的穩定性，選用帶負電荷的可溶性大豆多糖（Soluble Soybean polysaccharide，SSPS）和不帶電荷的魔芋葡甘聚糖（Konjac glucomannan，KGM）來穩定油菜籽油體乳液。目前，SSPS 是利用新型生物化學技術從豆制品加工的副產物豆渣中分離得到[16]。由于SSPS 具有形成穩定乳液的一系列物化特性，除了具有良好的分散性、穩定性和乳化性等特性外，還帶有大量的負電荷，具有粘度低、耐酸、耐鹽和耐熱等一系列的優良物化特性[17-18]。因此，SSPS 可以被用來作為提高油菜籽油體乳液的穩定劑，能夠確保油菜籽油體乳液在環境應力下（pH、鹽離子和高溫）保持穩定。KGM 是一種從魔芋塊莖中提取分離出來的中性不帶電荷的水溶性多糖，其分子結構是由β-葡萄糖和α-甘露糖通過β-1,4 糖苷鍵連接而成[19-20]。由于KGM 的高吸水性能，可在水中吸水溶脹形成網絡結構[21-22]。KGM 還可以作為一種食用纖維促進腸胃蠕動，具有改善腸道菌群，降血脂，輔助減肥的功效[23-24]。KGM 雖然不帶電荷，但可以顯著提高乳液水相的粘度，而且還具有延遲胃排空及增加飽腹感的作用[25-26]。因此，基于 KGM 的諸多特性，包括粒徑、表面電荷、乳脂穩定性、pH 穩定性、熱穩定性和凍融穩定性，可以用來增加油菜籽油體乳液水相的粘度，從而提高油菜籽油體乳液的穩定性[26-27]。另外，KGM 在水相中不僅能增加溶液的粘度，而且吸水后其分子結構伸展形成密集的網絡結構，該網絡結構能將粒徑較小的油滴包裹在里面，形成空間阻隔，從而阻礙油滴的聚集，進一步改善油菜籽油體乳液的穩定性[28-29]。

本研究是在油菜籽油體形成的乳液表現不穩定的基礎上，通過利用兩種特性截然不同的多糖：一種是帶負電荷的SSPS；另外一種是不帶電荷的KGM。分別從影響乳液的油相和水相兩個方面來研究其對油菜籽油體乳液的穩定性。考察SSPS 和KGM 對油菜籽油體乳液在不同pH、鹽離子濃度和熱處理條件下的穩定性，以油體乳液的粒徑分布、粒徑大小、微觀結構作為對照來評價SSPS 和KGM 對菜籽油體乳液穩定性的影響，為油菜籽油體乳液在食品工業中的應用及作為載體運載脂溶性生物活性物質提供必要的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

油菜籽 購自江蘇省宿遷市沭陽縣種業公司，采收時間為2021 年5 月；魔芋葡苷聚糖（純度＞95%）西安百川生物科技有限公司；可溶性大豆多糖（純度＞95%）河南千志商貿有限公司；氯化鈉、蔗糖、Tris、氫氧化鈉 分析純，西隴科學股份有限公司。

BD-SW1000 光學顯微鏡 北京普瑞賽司儀器有限公司；L3-5K 離心機 湖南凱達科學儀器有限公司；PB-10 pH 計 德國Sartorius 科技有限公司；800S 組織搗碎機 青島圣吉儀器系統有限公司；Secura125-1CN 電子分析天平 Sartorius 科技有限公司；HWS-28 電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科學儀器有限公司；T25 easy clean 高速剪切機 廣州艾卡儀器設備與限公司；3-18K 高速冷凍離心機 美國SIGMA 公司；MS-2000 激光粒度分析儀 英國Malvern 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 油菜籽油體的提取 油菜籽油體的提取參照Liu 等[30]的方法。將油菜籽浸泡于蒸餾水中，質量比為1:5，置于 4～6 ℃冰箱中過夜，取出已經充分吸水的油菜籽并瀝干，然后用含有0.5 mol/L 氯化鈉和0.4 mol/L 蔗糖的pH7.5 Tris-HCl 緩沖溶液（1:5 W/V，50 mmol/L Tris-HCl 緩沖溶液）將吸水的油菜籽分散，用組織搗碎機勻漿5 min。用 3 層200 目濾布過濾勻漿液，除去濾渣，收集濾液，于4 ℃，10000 r/min 的條件下離心45 min，收集上層乳膏狀物并均勻分散在上述緩沖溶液中，用上述同樣的條件離心45 min，收集上層乳膏狀物，再重復離心分離3 次，將得到的上層乳膏狀物（即油菜籽油體）置于4 ℃冰箱中備用。

1.2.2 含SSPS 和KGM 的油菜籽油體乳液的制備準確稱取5.0 g 油菜籽油體，將5.0 g 油菜籽油體分散于95.0 g 蒸餾水中，使油菜籽油體占整個乳液質量分數的5%，于400 r/min 攪拌30 min，然后用高速均質機于12000 r/min 剪切5 min，制成油菜籽油體乳液。

向制備好的油菜籽油體乳液中分別加入質量分數為0.25%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%的SSPS；再向另一份制備好的油菜籽油體乳液中分別加入質量分數為0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%的KGM。兩種含不同多糖的油菜籽油體乳液分別用高速均質機于12000 r/min 剪切5 min，分別形成含SSPS 和KGM 的油菜籽油體乳液。

1.2.3 粒徑的測定 不同乳液樣品利用激光粒度分析儀測定其粒徑。將待測樣品用與其pH 相同的蒸餾水稀釋到合適的濃度，混合均勻后加入樣品池。測定時，樣品的折射率與水的折射率分別為1.47 與1.33，用d43表示樣品的平均粒徑。

1.2.4 微觀結構觀察 取2 mL 的待觀察樣品滴在潔凈干燥的載玻片中央的位置，用蓋玻片輕輕擠壓，擠壓過程中盡量避免氣泡產生，然后調整顯微鏡的焦距找到目標樣品，最后在60 倍物鏡下進行觀察，并拍照。

1.2.5 不同環境條件下乳液的穩定性

1.2.5.1 pH 對乳液穩定性的影響 用1 mol/L 的HCL或NaOH 將兩種含不同多糖的油菜籽油體乳液的pH 分別調至2.0、4.0、6.0、8.0 和10.0，然后利用激光粒度分析儀分析兩種含不同多糖的油菜籽油體乳液在不同pH 條件下的粒徑，同時利用顯微鏡對兩種含不同多糖的油菜籽油體乳液進行微觀結構觀察，以不含多糖的油菜籽油體乳液作為對照。

1.2.5.2 離子濃度對乳液穩定性的影響 用1 mol/L的NaCl 儲備溶液將兩種含不同多糖的油菜籽油體乳液的離子濃度分別調至100、200、300、400 和500 mmol/L，然后利用激光粒度分析儀分析兩種含不同多糖的油菜籽油體乳液在不同鹽離子濃度條件下的粒徑，同時利用顯微鏡對兩種乳液進行微觀結構觀察。以不含多糖的油菜籽油體乳液作為對照。

1.2.5.3 溫度對乳液穩定性的影響 取一定體積含不同多糖的油菜籽油體乳液分別裝入不同試管中，然后分別置于25、35、45、55、65、75、85 和95 ℃的恒溫水浴鍋中加熱15 min，取樣冷卻后用激光粒度分析儀對不同溫度下的樣品進行粒徑分析，同時利用顯微對兩種含不同多糖的油菜籽油體乳液進行微觀結構觀察。以不含多糖的油菜籽油體乳液作為對照。

1.3 數據處理

所有實驗重復操作3 次。實驗數據的平均值和方差均通過Origin 8.5 分析，數據的差異顯著性（P＜0.05）使用統計分析軟件SPSS 進行多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 SSPS 對油菜籽油體乳液穩定性的影響

通過向油菜籽油體乳液中添加不同濃度的SSPS（0.0%、0.25%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%），以油體乳液的粒徑分布、粒徑大小和微結構觀察來考察SSPS 濃度對油菜籽油體乳液穩定性的影響。圖1（A、B 和C）是添加不同濃度的SSPS 形成的油菜籽油體乳液的粒徑分布、粒徑大小和微觀結構圖。從該圖可以看出，隨著SSPS 濃度的增加，油菜籽油體乳液的粒徑分布朝著粒徑減小的方向變化，說明油菜籽油體乳液的粒徑隨著SSPS 濃度的增加逐漸減小（圖1A）。從添加不同濃度的SSPS 形成的油菜籽油體乳液的粒徑大小圖也可以看出，油菜籽油體乳液的粒徑隨著SSPS 濃度的增加，其粒徑顯著減小（圖1B）。圖1C 也明顯地顯示了當SSPS 濃度較低時（0%和0.25%），油菜籽油體乳液油滴發生了明顯的聚集，而隨著SSPS 濃度的增加，乳液油滴分散性更好，沒有聚集現象發生。該結果主要是由于當SSPS 濃度較低時，SSPS 不足以覆蓋于乳液油滴表面，油滴表面電荷較低，靜電排斥作用較弱，乳液油滴容易發生聚集，粒徑增加，表現出不穩定[30-31]。隨著SSPS 濃度的增加，油滴表面覆蓋的SSPS 增加，所帶負電荷增加，靜電排斥作用增強，油菜籽油體乳液油滴分散性好，不易發生聚集現象，從而保持穩定。添加3.0%和4.0% SSPS 的油菜籽油體乳液粒徑分別為1.85 μm 和1.27 μm，兩者之間沒有顯著性差異（P＞0.05）。根據該實驗結果，選取含3.0% SSPS的油菜籽油體乳液作為后期穩定性研究。

圖1 含不同SSPS 濃度的油菜籽油體乳液粒徑分布（A）、粒徑大小（B）和微觀結構（C）Fig.1 Particle size distributions (A),particle size (B) and microstructure (C) of emulsions of rapeseed oil bodies with different SSPS concentrations

2.2 KGM 對油菜籽油體乳液穩定性的影響

通過向油菜籽油體乳液中添加不同濃度的KGM（0.00%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%和0.30%），以油體乳液的粒徑分布、粒徑大小和微結構來考察KGM 對油菜籽油體乳液穩定性的影響。圖2（A、B 和C）分別是添加不同濃度的KGM形成的油菜籽油體乳液的粒徑分布、粒徑大小和微觀結構圖。從該圖可以看出，隨著KGM 濃度的增加，油菜籽油體乳液的粒徑分布朝著粒徑減小的方向變化（圖2A）。當KGM 添加量為0.30%時，乳液油滴粒徑由多峰變為單峰分布，說明其分散更均勻。從添加不同濃度的KGM 形成的油菜籽油體乳液的粒徑大小圖也可以看出，隨著KGM 濃度的增加油菜籽油體乳液的粒徑逐漸減小（圖2B）。圖2C 乳液的微觀結構圖也顯示了當KGM 濃度較低時，油菜籽油體乳液的油滴發生了明顯的聚集，隨著KGM 濃度的增加，乳液油滴分散性更好。出現這種結果，主要是隨著KGM 濃度的增加，乳液水相的黏度增加，降低了乳液油滴的沉降速度，油滴不易聚集，油菜籽油體乳液表現更穩定[32]。根據該實驗結果，選取含0.30%KGM 的油菜籽油體乳液作為后期穩定性研究。

圖2 含不同KGM 濃度的油菜籽油體乳液粒徑分布（A）、粒徑大小（B）和微觀結構（C）Fig.2 Particle size distributions (A),particle size (B) and microstructure (C) of emulsions of rapeseed oil bodies with different KGM concentrations

2.3 兩種不同多糖對油菜籽油體乳液穩定性的影響

2.3.1 不同pH 對兩種不同多糖的油菜籽油體乳液穩定性的影響 油體乳液在食品加工及胃腸道消化過程中都會受到不同pH 的影響，從而影響油體乳液的穩定性和消化特性[19-20]。因此，研究油體乳液在不同pH 條件下的穩定性的影響非常必要。圖3 是含3.0% SSPS 的油菜籽油體乳液、含0.30% KGM 的油菜籽油體乳液和不含多糖的油菜籽油體乳液在不同pH 的粒徑大小圖。從圖3 可以看出，不含多糖的油菜籽油體乳液在pH6.0 時粒徑顯著高于（P＜0.05）其他pH 的粒徑，這主要是由于油菜籽油體中蛋白質的等電點pI 接近于6.0，此時油菜籽油體乳液油滴表面所帶電荷最少，靜電排斥作用最弱，油菜籽油體乳液油滴容易聚集，粒徑較大，表現出不穩定[33]。另外，除了pH2.0 外，不含多糖的油菜籽油體乳液在不同pH 的粒徑都顯著（P＜0.05）高于含KGM 和SSPS 的油菜籽油體乳液的粒徑（圖3）。圖4 的微觀結構圖也顯示了不含多糖的油菜籽油體乳液在pH6.0 時油滴出現了明顯的聚集，表現不穩定。圖3 顯示了含KGM 的油菜籽油體乳液的粒徑在pH2.0 和4.0 時有較大的粒徑。圖4 的微觀結構圖也顯示了含KGM 的油菜籽油體乳液在pH2.0 和4.0 時油滴較其他pH 聚集更明顯。此外，除了pH10.0 外，圖3 還顯示了含SSPS 的油菜籽油體乳液在不同pH 的粒徑顯著低于（P＜0.05）含KGM 的油菜籽油體乳液的粒徑，而且含SSPS 的油菜籽油體乳液的粒徑受pH的影響較小。圖4 的微觀結構圖也顯示了含SSPS的油菜籽油體乳液的油滴在不同pH 分散性均較好，沒有出現明顯的聚集。這種結果可能是SSPS 帶有大量的負電荷，加之油菜籽油體中本身蛋白所帶的負電荷，有足夠的負電荷來中和不同pH 時的[H+]，使乳液在不同pH 時仍帶有大量的負電荷，乳液油滴之間有較強的靜電排斥作用，避免了乳液中油滴的聚集，促進了乳液的穩定性[34]。從以上結果可以看出，KGM 和SSPS 都能顯著提高油菜籽油體不同pH 的穩定性，尤其是SSPS 效果更好。

圖3 不含多糖、含KGM 和含SSPS 的油菜籽油體乳液在不同pH 的粒徑大小Fig.3 Particle size of rapeseed oil bodies emulsions at different pH,without polysaccharide,with different KGM and SSPS concentrations

圖4 不含多糖（A）、含KGM（B）和含SSPS（C）的油菜籽油體乳液在不同pH 的微觀結構Fig.4 Microstructure of rapeseed oil bodies emulsions at different pH,without polysaccharide (A),with different KGM (B) and SSPS (C) concentrations

2.3.2 不同鹽離子濃度對兩種不同多糖的油菜籽油體乳液穩定性的影響 油體乳液在食品加工及胃腸道消化過程中同樣會受到鹽離子的影響，因此，研究鹽離子對兩種含不同多糖油菜籽油體乳液穩定性的影響也非常重要[35-36]。圖5 是兩種含不同多糖的油菜籽油體乳液和不含多糖的油菜籽油體乳液在不同鹽離子濃度下的粒徑大小圖。該圖顯示了不含多糖的油菜籽油體乳液在不同鹽離子濃度時的粒徑變化不顯著（P＞0.05），但都顯著高于（P＜0.05）含KGM和SSPS 的油菜籽油體乳液的粒徑。圖6A 的微觀結構圖也顯示了油菜籽油體乳液的油滴受鹽離子濃度的影響較小。此外，圖5 還顯示了含KGM 的油菜籽油體乳液的粒徑受鹽離子NaCl 濃度的影響較小，圖6B 的微觀結構圖也顯示了含KGM 的油菜籽油體乳液的油滴受鹽離子濃度的影響較小。圖5 還顯示了含SSPS 的油菜籽油體乳液在不同鹽離子濃度時的粒徑變化不顯著（P＞0.05）。圖6C 微觀結構圖進一步證實了含SSPS 的油菜籽油體乳液在不同鹽離子濃度時油滴沒有顯著性變化。從以上結果可以看出，KGM 和SSPS 都能顯著提高油菜籽油體乳液在不同鹽離子濃度下的穩定性。

圖5 不含多糖、含KGM 和含SSPS 的油菜籽油體乳液在不同鹽離子濃度下的粒徑大小Fig.5 Particle size of rapeseed oil bodies emulsions at different salt concentrations,without polysaccharide,with different KGM and SSPS concentrations

圖6 不含多糖（A）、含KGM（B）和含SSPS（C）的油菜籽油體乳液在不同鹽離子濃度的微觀結構Fig.6 Microstructure of rapeseed oil bodies emulsions at different salt concentrations,without polysaccharide (A),with different KGM (B) and SSPS (C) concentrations

2.3.3 不同溫度對兩種不同多糖的油菜籽油體乳液穩定性的影響 油體乳液能夠保持良好的穩定性主要取決于油體中的油體蛋白和油體鈣蛋白。油體蛋白和油體鈣具有兩親性，對蛋白質的空間結構起到了一定作用，增加了位阻效應，有利于防止油體的聚集[37-38]。加熱會導致油體乳液中蛋白質結構的變化，從而影響油體乳液的穩定性。圖7 是兩種含不同多糖的油菜籽油體乳液和不含多糖的油菜籽油體乳液在不同溫度的粒徑大小圖。該圖顯示了不含多糖的油菜籽油體乳液的粒徑隨著溫度的升高而逐漸增加，且都顯著高于（P＜0.05）含KGM 和SSPS 的油菜籽油體乳液的粒徑。圖7 顯示了不含多糖的油菜籽油體乳液在95 ℃時出現了較大粒徑的油滴。圖8A的微觀結構圖也顯示了不含多糖的油菜籽油體乳液在溫度高于75 ℃時出現了油滴明顯聚集的現象。該結果可能是由于溫度高導致油菜籽油體中蛋白質變性，結構發生了變化，乳化能力下降，乳液表現不穩定[39]。圖7 也顯示了含KGM 的油菜籽油體乳液的粒徑隨著溫度的升高，粒徑逐漸增大，但顯著低于（P＜0.05）不含多糖的油菜籽油體乳液的粒徑。該結果可能是由于KGM 能顯著增加油菜籽油體乳液中水相的粘度，阻礙了熱傳遞，從而提高了油菜籽油體乳液的熱穩定性[26]。圖8B 的微觀結構圖也顯示了含KGM 的油菜籽油體乳液在溫度低于85 ℃表現較穩定，沒有油滴聚集現象的發生，而當溫度高于85 ℃時乳液油滴出現了聚集的現象。圖7 同樣顯示了含SSPS 的油菜籽油體乳液在不同溫度條件下粒徑變化不顯著（P＞0.05），而且顯著低于（P＜0.05）不含多糖的油菜籽油體乳液和含KGM 的油菜籽油體乳液的粒徑。圖8C 的微觀結構圖進一步證實了該結果。從以上結果可以看出，KGM 和SSPS 都能顯著提高油菜籽油體乳液的熱穩定性，尤其是SSPS 的效果更顯著。

圖7 不含多糖、含KGM 和含SSPS 的油菜籽油體乳液在不同溫度下的粒徑大小Fig.7 Particle size of rapeseed oil bodies emulsions at different temperatures,without polysaccharide,with different KGM and SSPS concentrations

圖8 不含多糖（A）、含KGM（B）和含SSPS（C）的油菜籽油體乳液在不同溫度的微觀結構Fig.8 Microstructure of rapeseed oil bodies emulsions at different temperatures,without polysaccharide (A),with different KGM (B) and SSPS (C) concentrations

3 結論

當油菜籽油體乳液中添加不同濃度的SSPS 和KGM 時，油菜籽油體乳液的粒徑隨著SSPS 和KGM濃度的增加逐漸減小。且含KGM 和SSPS 的油菜籽油體乳液的粒徑顯著低于不含多糖的油菜籽油體乳液的粒徑。另外，除了pH10.0 外，含SSPS 的油菜籽油體乳液在不同pH 的粒徑顯著低于（P＜0.05）不含多糖的油菜籽油體乳液和含KGM 的油菜籽油體乳液的粒徑。含KGM 和SSPS 的油菜籽油體乳液在不同鹽離子濃度時的粒徑顯著低于（P＜0.05）不含多糖的油菜籽油體乳液的粒徑。不含多糖的油菜籽油體乳液的粒徑隨著溫度的升高而逐漸增加，且都顯著高于（P＜0.05）含KGM 和SSPS 的油菜籽油體乳液的粒徑。因此，KGM 和SSPS 都能顯著提高油菜籽油體乳液的穩定性，且SSPS 效果更好。該研究對油菜籽油體未來在食品工業中的應用提供了理論基礎。然而，兩種不同性質的多糖在提高油菜籽油體穩定性的機理方面還需要進一步研究。