劉 寧U Ning 崔俊杰 - 金昱辰 - 李 騁 陳倩楠 - 代春吉 -

(1. 陜西科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，陜西 西安 710021；2. 陜西文冠果實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，陜西 淳化 711200)

乳狀液是食品加工業(yè)中最重要的體系之一，一般指一相以液滴形式均勻分散在另一種與其互不相溶的液體中形成的體系。乳狀液是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，在貯存過程中會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，包括聚結(jié)、奧氏熟化、絮凝和相轉(zhuǎn)化[1]等。很多常見食品都涉及到乳化體系，且體系中含有大量多不飽和脂肪酸，如香腸和火腿腸、冷凍食品、植物蛋白飲料、乳飲料、面包、蛋糕、調(diào)味汁和調(diào)味醬等，這些產(chǎn)品制造、貯存和銷售過程中常見的一個(gè)難題即是產(chǎn)品的氧化問題[2]，油脂的氧化會(huì)降低產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值。

植物油含有不同的脂肪酸組成，在制備乳狀液后的物理特性及氧化穩(wěn)定性上存在差異。陳先鑫等[3]研究了乳清蛋白濃度對(duì)以玉米油為原料的乳狀液的物理穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性的影響，研究結(jié)果表明乳狀液的物理穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性隨乳狀液界面蛋白濃度的增加而增強(qiáng)。但其只選取了一種植物油，玉米油中不飽和脂肪酸含量較為豐富，未研究在乳清蛋白作用下，飽和脂肪酸含量較多的油脂為原料的乳狀液的性質(zhì)。為揭示不同植物油對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響，本研究選取了4種脂肪酸組成差異較大的食用油，即葵花籽油、紫蘇油、棕櫚油和橄欖油，對(duì)其制備乳狀液的物理特性進(jìn)行了研究，評(píng)價(jià)了體系中的油脂氧化情況，以期為高質(zhì)量、高穩(wěn)定性的乳狀食品開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

葵花籽油、橄欖油：中糧集團(tuán)有限公司；

紫蘇油：遼寧長白仙子生物科技有限公司；

棕櫚油：南海油脂工業(yè)有限公司；

據(jù)油脂包裝標(biāo)簽顯示，以上油脂均未添加抗氧化劑。

乳清分離蛋白：美國格蘭比亞乳品公司；

十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfate，SDS)、1,1,3,3-四乙氧基丙烷：分析純，上海伯奧生物技術(shù)有限公司；

其他試劑均為分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

高壓均質(zhì)機(jī)：TTDF Basic型，英國TTDF公司；

分散機(jī)：FA25型，上海弗魯克科技發(fā)展有限公司；

粒徑分布儀：Mastersizer 2000型，英國Malvern Instruments公司；

電位分析儀：Mastersizer ZS型，英國Malvern Instru-ments公司；

熒光光譜儀：FS5型，英國 Edinburgh Instruments公司；

分光光度計(jì)：UV 2300型，上海天美科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 乳狀液樣品的制備 參照文獻(xiàn)[4]。具體步驟為：將準(zhǔn)確稱量的乳清分離蛋白溶于10 mmol/L磷酸緩沖液，配制濃度為1 g/100 mL的乳清分離蛋白分散液，室溫下攪拌2 h，充分溶解后于4 ℃下過夜水化。次日，將蛋白分散液從冰箱取出，放至室溫，調(diào)pH至7.0，待用。

向上述乳清分離蛋白分散液中分別加入10 g/100 mL植物油。將兩相混合液在50 ℃下攪拌(600 r/min，30 min)，再用分散機(jī)在10 000 r/min下剪切30 s，得到預(yù)乳狀液。室溫下(25 ℃)用高壓均質(zhì)機(jī)對(duì)樣品先用50 MPa均質(zhì)一次，然后在10 MPa下均質(zhì)一次。最終制得乳清分離蛋白含量1%，油相分別為葵花籽油、紫蘇油、棕櫚油和橄欖油的新鮮O/W型乳狀液。

1.3.2 粒徑分布和平均粒徑的測(cè)定 乳狀液的粒徑分布和平均粒徑采用粒徑分布儀進(jìn)行測(cè)定，以蒸餾水或1 g/100 mL SDS溶液作為分散介質(zhì)，設(shè)置參數(shù)顆粒折射率為 1.456，連續(xù)相的折射率為1.330，吸收參數(shù)0.001[5]。

1.3.3ζ-電位的測(cè)定 將乳狀液用10 mmol/L磷酸緩沖溶液(pH 7.0)稀釋100倍，采用電位分析儀測(cè)定乳狀液的ζ-電位，參數(shù)設(shè)定：測(cè)定溫度為25 ℃，散射角度為173°[6]。

1.3.4 絮凝指數(shù)的測(cè)定 根據(jù) Puppo等[7]的方法測(cè)定新制乳狀液/貯存24 h后乳狀液的油滴絮凝指數(shù)(Flocculation index，F(xiàn)I)，計(jì)算公式為：

(1)

式中：

FI——油滴絮凝指數(shù)，%；

D4,3-water、D4,3-1% SDS——乳狀液在水和 1 g/100 mL SDS 分散劑中的體積平均粒徑，μm。

1.3.5 初級(jí)氧化產(chǎn)物(POV值)的測(cè)定 根據(jù)Wan等[8]的方法，修改如下：將乳狀液置于具塞試管中于50 ℃烘箱中氧化12 d，每天測(cè)定油脂ROOH濃度。取0.3 mL樣品，與1.5 mL 異辛醇/異丙醇(3∶1，體積比)溶液混合，大力渦旋3次，每次10 s。3 000 r/min離心5 min，取200 μL上層有機(jī)相溶液與2.8 mL甲醇/1-丁醇(2∶1，體積比)混合液混合，加入50 μL 3.94 mol/L硫氰酸銨溶液和50 μL亞鐵離子溶液(由0.132 mol/L氯化鋇溶液和0.144 mol/L硫酸亞鐵溶液按照體積比1∶1混合而成)，振蕩混合20 min，在510 nm下測(cè)吸光度。通過異丙苯氫過氧化物標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中過氧化物濃度。

1.3.6 次級(jí)氧化產(chǎn)物(TBARS)的測(cè)定 根據(jù)程菁菁[9]的方法，修改如下：取2 mL TBA混合試劑于試管中，加入1 mL樣品，混合后，95 ℃水浴加熱15 min，然后冷卻至室溫，5 000 r/min 離心20 min，靜置10 min后于532 nm下測(cè)定吸光值。通過1,1,3,3-四乙氧基丙烷標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算乳狀液中TBARS濃度。

1.3.7 內(nèi)源性熒光的測(cè)定 采用熒光光譜法測(cè)定，根據(jù)仇超穎[10]13-15的方法，修改如下：取100 μL乳狀液，用pH 7.0的磷酸緩沖液(10 mmol/L)稀釋到5 mL之后用4 mL的石英比色皿測(cè)定發(fā)射波長，掃描范圍300～400 nm，激發(fā)波長283 nm，狹縫寬度10 nm。

1.4 數(shù)據(jù)分析

每個(gè)數(shù)據(jù)均為3次測(cè)定的平均值，采用Minitab 16進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳狀液的粒徑分布及體積平均粒徑分析

不同的植物油乳狀液在經(jīng)過高速剪切和兩次均質(zhì)后，大的脂肪球被破碎成小的脂肪球，并被乳清分離蛋白所包裹，使其更加均勻地分散在水介質(zhì)中。乳狀液中油滴的粒徑大小是影響乳狀液穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)，能直觀地展示乳狀液中油滴的分散狀態(tài)[11]。SDS是一種良好的抗絮凝劑，可將乳狀液中絮凝的油滴分散于水相中。一般地，乳狀液中的油滴在1 g/100 mL SDS分散劑中的D4,3越小，乳狀液的物理穩(wěn)定性越好。

圖1展示了不同植物油乳狀液在1 g/100 mL SDS分散劑中的粒徑分布。由圖1可知，棕櫚油、橄欖油、葵花籽油、紫蘇油制備乳狀液的粒徑分布曲線主峰依次向橫坐標(biāo)左側(cè)偏移，粒徑逐漸減小，相同制備條件下，紫蘇油可更好地形成均勻分散的乳狀液。

不同乳狀液樣品在水和1 g/100 mL SDS分散劑中的D4,3值列于表1。由表1可知，在4種不同植物油的新鮮乳狀液(0 h)中，以紫蘇油制備乳狀液的粒徑最小，為0.824 μm(蒸餾水中測(cè)定)；棕櫚油的粒徑最大，為1.845 μm；葵花籽油、橄欖油制備乳狀液的粒徑介于二者之間，可能與不同的植物油脂肪酸構(gòu)成有關(guān)。經(jīng)24 h貯存后，各樣品的D4,3均有一定程度的增大。

圖1 乳狀液的粒徑分布Figure 1 Droplet size distribution of emulsions

表1 乳狀液的體積平均粒徑D4,3Table 1 D4,3of emulsions μm

2.2 ζ-電位分析

油滴間排斥力的大小主要由油滴的表面電荷量所決定，而油滴表面電荷的多少可通過ζ-電位來反映，一般來說，對(duì)于電荷穩(wěn)定的乳狀液，其ζ-電位的絕對(duì)值越大，體系越穩(wěn)定[12]。

圖2為不同植物油制備新鮮乳狀液的ζ-電位。由圖2可知，所有樣品中油滴均帶有負(fù)電，這是因?yàn)槿闋钜旱膒H值(7.0)高于蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)，蛋白質(zhì)帶負(fù)電。4種不同植物油乳狀液體系的ζ-電位的絕對(duì)值都較高，表明新鮮乳狀液體系均比較穩(wěn)定，其ζ-電位都在-30 mV以下。其中紫蘇油乳狀液的電位絕對(duì)值較大(-37.5 mV)，而橄欖油和棕櫚油相對(duì)較小，葵花籽油的電位值居于紫蘇油和橄欖油之間。

2.3 絮凝指數(shù)分析

表2為新鮮乳狀液和經(jīng)24 h貯存后不同類型的乳狀液絮凝指數(shù)變化。由表2可知，不同植物油新鮮乳狀液的絮凝指數(shù)值均比較小，表現(xiàn)出一定的抗絮凝穩(wěn)定性。室溫環(huán)境下放置24 h后，乳狀液絮凝指數(shù)均有所增大，其中棕櫚油乳狀液的絮凝指數(shù)變化最大，從5.489%增至32.766%，表明含棕櫚油體系易發(fā)生絮凝。紫蘇油乳狀液的絮凝指數(shù)則變化較小，僅從1.478%增長到5.965%，體現(xiàn)了良好的抗絮凝穩(wěn)定性。

圖2 乳狀液的ζ-電位Figure 2 ζ-potential of emulsions

表2 乳狀液的絮凝指數(shù)Table 2 Flocculation index of emulsions %

2.4 貯存穩(wěn)定性分析

食品乳狀液的貯存穩(wěn)定性反映了體系中不相溶的油、水兩相在乳化劑的作用下達(dá)到平衡的一種穩(wěn)定狀態(tài)。圖3顯示了不同類型乳狀液(加入0.02%疊氮鈉)在室溫條件下放置 3周后的外觀狀態(tài)。可以發(fā)現(xiàn)，部分樣品已經(jīng)出現(xiàn)乳析現(xiàn)象。3周后，紫蘇油樣品未發(fā)生分層，仍為均勻乳白色分散的狀態(tài)；棕櫚油和橄欖油乳狀液則出現(xiàn)了嚴(yán)重的分層現(xiàn)象，脂肪層上浮，水層清晰可見，有明顯的分層界限；葵花籽油體系則介于它們之間，出現(xiàn)了一定程度的分層現(xiàn)象。這一現(xiàn)象與不同樣品的粒徑分布及ζ-電位大小趨勢(shì)類似。陳振家等[13]的研究結(jié)果也表明，乳狀液中油滴的粒徑越大，則越容易發(fā)生聚結(jié)分層；粒徑越小，乳狀液越穩(wěn)定，乳狀液的分層程度與粒徑具有相關(guān)性。另一方面，乳狀液的物理穩(wěn)定性還取決于油滴間的靜電排斥力和相互吸引力之間的平衡，ζ-電位的絕對(duì)值越大，體系越穩(wěn)定。

圖3 乳狀液在室溫存放3周后的外觀狀態(tài)Figure 3 Appearance status of emulsions after 3 weeks storage at room temperature

2.5 乳液油脂的氧化穩(wěn)定性分析

2.5.1 初級(jí)氧化分析 乳狀液體系中油脂的氧化程度是衡量乳狀液食品質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，氫過氧化物(POV值)可以直觀地反映乳狀液中油脂的初級(jí)氧化情況[14]。圖4為不同植物油的乳狀液在貯存7 d內(nèi)(50 ℃恒溫)氫過氧化物濃度的變化情況。由圖4可知，4種不同類型乳狀液在貯存期間POV值都呈現(xiàn)出明顯的增長趨勢(shì)，其中紫蘇油乳狀液的增長最為明顯，棕櫚油的增長則稍緩慢，其他樣品的氧化程度則介于二者之間。這可能與油相的脂肪酸組成有關(guān)。經(jīng)測(cè)定，選取的4種植物油中，紫蘇油的多不飽和脂肪酸——亞麻酸含量最高，為65.34%；而棕櫚油的飽和脂肪酸——棕櫚酸含量最高，為40.96%。試驗(yàn)結(jié)果整體表現(xiàn)為，多不飽和脂肪酸含量越高，體系越易被氧化；飽和脂肪酸含量越高，則越穩(wěn)定。這與純油體系的油脂氧化規(guī)律基本一致。

從圖4還可發(fā)現(xiàn)，橄欖油乳狀液的氧化程度僅次于紫蘇油，而強(qiáng)于葵花籽油；但其脂肪酸組成中多不飽和脂肪酸占比相對(duì)葵花籽油更低?？赡苁怯捎陂蠙煊腿闋钜狠^大的脂肪球粒徑，導(dǎo)致脂肪在貯存的過程中發(fā)生了部分聚結(jié)，失去了黏彈性蛋白層的保護(hù)，使油滴暴露了出來，加速了氧化。

2.5.2 次級(jí)氧化分析 乳狀液油脂的次級(jí)氧化是指初級(jí)氧化產(chǎn)物進(jìn)一步分解成小分子產(chǎn)物的過程，這些小分子具有難聞氣味，是乳狀液中油脂酸敗產(chǎn)生油哈味的內(nèi)在根源[15]。圖5是乳狀液在恒溫貯存期間生成油脂次級(jí)氧化產(chǎn)物的情況?？梢园l(fā)現(xiàn)，油脂次級(jí)氧化速率的變化趨勢(shì)與初級(jí)氧化基本一致，但在次級(jí)氧化中，紫蘇油的氧化趨勢(shì)更加迅猛，說明次級(jí)氧化產(chǎn)物的生成速率與初級(jí)產(chǎn)物的積累有關(guān)。

圖4 乳狀液在貯藏7 d內(nèi)油脂氫過氧化物的生成情況

Figure 4 Evolution of lipid hydroperoxides in emulsions upon accelerated storage up to 7 days

2.6 乳液中蛋白質(zhì)氧化分析

蛋白質(zhì)中的色氨酸熒光吸收光譜強(qiáng)度的變化可以反映蛋白質(zhì)的氧化情況[16]。色氨酸熒光強(qiáng)度的變化主要是在脂質(zhì)氧化初級(jí)階段生成的自由基導(dǎo)致色氨酸降解，蛋白質(zhì)氧化的羰基反應(yīng)產(chǎn)物又參與到蛋白質(zhì)氨基與脂肪氧化產(chǎn)物(醛類)的損傷交聯(lián)形成席夫堿的反應(yīng)過程[17]。

從圖6可以看出，不同植物油乳狀液在貯存7 d后，色氨酸熒光強(qiáng)度均有下降，表明均有蛋白質(zhì)的氧化情況發(fā)生。其中紫蘇油和橄欖油乳狀液發(fā)生了大幅度的下降，棕櫚油下降程度較小，而葵花籽油的變化程度介于紫蘇油和橄欖油之間。上述不同體系的蛋白氧化結(jié)果與圖5、6中脂肪氧化結(jié)果相一致，表明乳狀液中蛋白質(zhì)氧化和脂質(zhì)氧化之間具有相關(guān)性。這一結(jié)論與仇超穎[10]34-35在脫酰胺醇溶蛋白乳狀液的氧化穩(wěn)定性研究結(jié)果相近。

圖5 乳狀液在貯藏7 d內(nèi)TBARS生成情況

Figure 5 Evolution of thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) in emulsions upon accelerated storage up to 7 days

圖6 乳狀液在存貯過程中色氨酸熒光吸收波長的變化Figure 6 Changes of fluorescence absorption wavelength of tryptophan in emulsions during storage

3 結(jié)論

本試驗(yàn)制備了以4種植物油(葵花籽油、紫蘇油、橄欖油、棕櫚油)為油相的乳化體系，探究不同植物油乳狀體系的性質(zhì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，紫蘇油乳狀液的D4,3最小，ζ-電位絕對(duì)值最高，呈現(xiàn)良好的物理穩(wěn)定性；但由于油相中有較高的不飽和脂肪酸，乳液氧化穩(wěn)定性最差。棕櫚油含有較多的飽和脂肪酸，體系表現(xiàn)出良好的氧化穩(wěn)定性，但其D4,3在4種乳狀液中最大，ζ-電位絕對(duì)值最低，導(dǎo)致其物理穩(wěn)定性較差。通過對(duì)貯存過程中乳狀液油脂氧化程度和蛋白氧化程度的分析，發(fā)現(xiàn)二者存在著一定的相關(guān)性，一般來說，體系油脂氧化程度越高，其相應(yīng)的蛋白氧化程度也越顯著。

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