丁 儉，隋曉楠，王 婧，董濟(jì)萱，馬文君，李 楊，齊寶坤，江連洲

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

大豆分離蛋白作為天然大分子，具有較高的營養(yǎng)價值和較好的功能特性，其分子具有雙親性結(jié)構(gòu)，使蛋白質(zhì)具有較好的乳化性，可以作為乳化劑擴(kuò)散并吸附在油-水界面[1]。大豆分離蛋白作為乳化劑，可以形成O/W型乳液，是重要的食品配料。但由于大豆分離蛋白作為乳化劑所穩(wěn)定的O/W型乳液仍是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，其穩(wěn)定性易受到環(huán)境等因素的影響[2]。為了提高大豆分離蛋白的功能特性，拓展大豆分離蛋白在食品加工中的應(yīng)用，有研究利用熱處理、超聲、微波、超高壓等技術(shù)改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和分子排布，從而改善蛋白質(zhì)的功能特性，提高所形成乳液的穩(wěn)定性[3-6]。

在食品加工中，由于受到食品體系環(huán)境條件的影響，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)所處的溶液體系pH值在其等電點附近時，其乳化性能基本消失。有研究表明，通過蛋白與多糖的復(fù)合可以改善乳液的穩(wěn)定性，而且蛋白-多糖復(fù)合體系是一種合適的食品配料，蛋白與多糖之間相互作用可以作為蛋白質(zhì)乳化、結(jié)構(gòu)修飾的一種重要手段[7]。殼聚糖作為天然陽離子多糖，可以與蛋白質(zhì)通過靜電相互作用和氫鍵在pH 2.5～5.0之間形成可溶性復(fù)合物，其構(gòu)建的乳液在酸性環(huán)境中能保持較好的穩(wěn)定性。Huang Guoqing等[8]的研究表明，pH 3.0～5.0時大豆分離蛋白-殼聚糖（soybean protein isolate-chitosan，SPI-CS）復(fù)合的效果好，形成的復(fù)合物較為穩(wěn)定。在蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物穩(wěn)定的乳液中，蛋白質(zhì)分子會吸附在油-水界面，而多糖與蛋白質(zhì)發(fā)生靜電相互作用包裹在油滴表面，形成層層沉積的界面膜結(jié)構(gòu)，提高了乳液的穩(wěn)定性。Jourdain等[9]通過靜電相互作用把殼聚糖吸附到由β-乳球蛋白制備的乳液表面，發(fā)現(xiàn)在等電點（pH 4.5～5.5）附近乳液仍保持較好的穩(wěn)定性。Wang Xiaomei等[10]通過干熱處理制備SPI-CS復(fù)合物，發(fā)現(xiàn)復(fù)合物的乳化性能相比大豆分離蛋白得到很好的改善，且形成的乳液的粒徑較小，絮凝程度降低。

綜上所述，大豆分離蛋白與殼聚糖的復(fù)合對形成乳液的穩(wěn)定性有重要影響，但關(guān)于超聲處理SPI-CS復(fù)合物的結(jié)構(gòu)特性與形成O/W型乳液穩(wěn)定性關(guān)系的研究目前仍然有限。因此，為了使蛋白和多糖能夠形成更加穩(wěn)定的復(fù)合物及乳液，本研究利用不同超聲功率處理，控制大豆蛋白與殼聚糖所形成的復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，構(gòu)建O/W型乳液體系，并對SPI-CS復(fù)合物的相關(guān)性質(zhì)和形成O/W型乳液體系的穩(wěn)定性進(jìn)行研究。通過研究復(fù)合物的乳化活性指數(shù)（emulsification activity index，EAI）、乳化穩(wěn)定性指數(shù)（emulsification stability index，ESI）和界面學(xué)特性，分析超聲處理后蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的改變對復(fù)合物的形成及在乳液油滴表面吸附過程中的影響。通過Zeta電位和平均粒徑表征復(fù)合物形成乳液的性質(zhì)，最后采用光學(xué)顯微鏡觀察乳液體系的微觀結(jié)構(gòu)。本研究為開發(fā)蛋白乳化體系的新型食品配料，構(gòu)建流變性和穩(wěn)定性好的SPI-CS O/W型乳液提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆分離蛋白由本實驗室自制；食品級殼聚糖（平均分子質(zhì)量150～500 kDa，脫乙酰度大于90%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.0%） 鄭州優(yōu)然食品配料有限公司；葵花籽油北京金世倉糧油貿(mào)易有限公司；氫氧化鈉 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；鹽酸 北京新光化工試劑廠；乙酸、磷酸二氫鈉 天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠；1-苯胺基-8-萘磺酸（8-anilino-1-naphthalenesulfonic acid，ANS） 美國Sigma公司；其他試劑為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

超聲波細(xì)胞破碎儀 寧波新芝生物科技股份有限公司；AL204型分析天平 梅勒特-托利多儀器（上海）有限公司；6 L落地式凍干機(jī) 上海匯分電子科技有限公司；pHSJ-4A型實驗室pH計 上海雷磁公司；GL-20G-II型高速冷凍離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；ULTRA-TURRAX UTL2000乳化機(jī) 德國IKA儀器設(shè)備公司；Master-sizer 2000激光粒度儀 英國馬爾文儀器有限公司；PALS-Zeta電位儀 美國布魯克海文儀器公司；FB-110T超高壓均質(zhì)機(jī) 上海勵途機(jī)械設(shè)備工程有限公司；F-4500型熒光分光光度計 日本HITACHI公司；UV-5100型高性能紫外-可見分光光度計 上海奧析科學(xué)儀器；BX53型顯微鏡 日本奧林巴斯公司；J-810型圓二色光譜儀、J-810型分光偏振計 日本JASCO公司；DCAT21型全自動表面張力儀 德國Sartorius公司。

1.3 方法

1.3.1 大豆分離蛋白的制備

采用Petruccelli等[11]的方法。將大豆粉碎后用正己烷萃取，得脫脂豆粕。脫脂豆粕與水混合（料液比1∶20），用2 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至8.0，25 ℃下攪拌2 h后進(jìn)行離心（10 000×g、30 min、4 ℃），離心后的上清液用2 mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)pH值至4.5。靜置后再次離心（6 000×g、20 min、4 ℃），將下層沉淀再于5 倍體積的蒸餾水中洗滌3 次，最后用蒸餾水溶解沉淀，用2 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至7.0后離心（10 000×g、30 min、4 ℃），取上清液在4 ℃下用去離子水透析48 h脫鹽，冷凍干燥，即為大豆分離蛋白，其蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90.11%，粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.43%，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.51%。

1.3.2 大豆分離蛋白的超聲處理

將大豆分離蛋白溶解在去離子水中，在室溫下攪拌2 h。超聲處理方法和條件參考Hu Hao等[12]的方法，將超聲處理器的鈦探頭（直徑0.636 cm）插入液面，超聲時間4 s，間隔時間2 s，在此條件下300 W超聲處理12 min時蛋白的EAI和ESI最高，而450 W超聲處理24 min時，過高功率和長時間處理會造成蛋白的乳化性質(zhì)下降。在此方法基礎(chǔ)上進(jìn)行一定改進(jìn)，本實驗選擇在20 kHz下，輸出功率分別為200、300、400、500、600 W超聲處理蛋白溶液15 min，得到大豆分離蛋白溶液。

1.3.3 不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物的制備

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的不同超聲條件處理大豆分離蛋白樣品溶于去離子水中，使蛋白質(zhì)量濃度為20 mg/mL。準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的殼聚糖樣品溶于100 mmol/L乙酸緩沖液（pH 3.0）中，在室溫下攪拌3 h后放入冰箱中水化過夜，得到殼聚糖質(zhì)量濃度為10 mg/mL的儲備液。將殼聚糖與大豆分離蛋白按照質(zhì)量比1∶3在pH 2.0～5.0條件下進(jìn)行復(fù)合，最終確定可溶性復(fù)合物最佳的復(fù)合條件為pH 3.0，在復(fù)合物中添加0.02 g/L疊氮化鈉防止微生物生長。

1.3.4 圓二色光譜的測定

利用圓二色光譜在遠(yuǎn)紫外區(qū)（190～260 nm）測定蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)。將制得的不同超聲條件處理的SPI-CS復(fù)合物溶液稀釋10 倍，使用光譜分辨率0.2 nm的J-810分光偏振計在25 ℃下進(jìn)行測定。樣品池光程為0.1 cm，掃描速率為100 nm/min，響應(yīng)時間為0.125 s，使用緩沖溶劑進(jìn)行校正，每個樣品重復(fù)測定3 次。

1.3.5 不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物表面疏水性的測定

超聲處理SPI-CS復(fù)合物的表面疏水性測定參考Kato等[13]的方法，將不同超聲條件處理的SPI-CS復(fù)合物溶液以10 000×g離心30 min，取上清液測定蛋白質(zhì)量濃度，用0.01 mol/L磷酸鹽緩沖液依次將蛋白樣品稀釋，保證質(zhì)量濃度在0.05～0.40 mg/mL。實驗中激發(fā)波長λex＝390 nm，發(fā)射波長λem＝468 nm，夾縫寬度為5 nm，掃描速率10 nm/s。取溶液4 mL，分別加入40 μL用0.01 mol/L的磷酸鹽緩沖液（pH 7.0）配制的最終濃度為8 mmol/L的ANS溶液，經(jīng)快速振蕩混合后靜置3 min，利用F-4500型熒光分光光度計測定樣品熒光強(qiáng)度。以熒光強(qiáng)度與蛋白質(zhì)量濃度作圖，表面疏水性的值為蛋白質(zhì)量濃度的初始段斜率。

1.3.6 不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物EAI和ESI的測定

SPI-CS復(fù)合物的EAI和ESI測定參考Nakamura等[14]的方法。取30 mL SPI-CS復(fù)合物，分別加入10 mL葵花籽油進(jìn)行均質(zhì)（20 000 r/min均質(zhì)1 min），取50 μL乳液加入5 mL 0.1 g/L的SDS溶液稀釋，在500 nm波長處測吸光度A0。靜置30 min后，再次從底部各取50 μL樣品，測定吸光度A30。EAI/（m2/g）和ESI/min計算公式如式（1）、（2）所示。

式中：N為稀釋倍數(shù)（250）；ρ為乳化液形成前溶液中SPI-CS復(fù)合物質(zhì)量濃度/（g/mL）；φ為乳化液中油相體積分?jǐn)?shù)/%；A0為0 min時的吸光度；A30為30 min時的吸光度。

1.3.7 不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物界面張力的測定

不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物的界面張力測定參考梁蓉[15]的方法，將制備好的復(fù)合物配制成不同質(zhì)量濃度的溶液，采用DCAT21全自動表面張力儀測定葵花籽油油相的界面張力。實驗中選用小號鉑金片（長度為10.00 mm、寬度為9.95 mm、厚度為0.20 mm）。首先將鉑金片用蒸餾水清洗干凈，再用酒精燈灼燒至微紅，時間為20～30 s，冷卻后掛好在儀器上待用。將待測溶液加入到樣品皿中，置于升降平臺上進(jìn)行測定。

1.3.8 不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物O/W型乳液的制備

按照最佳的復(fù)合條件，將SPI-CS復(fù)合物溶液調(diào)節(jié)至pH 3.0，然后向混合液中加入2.5%的葵花籽油，均質(zhì)制備乳液，轉(zhuǎn)速為30 000 r/min，均質(zhì)3 min，得到不同類型的乳液，加入0.02 g/L疊氮化鈉抑制微生物生長，4 ℃下貯藏。

1.3.9 乳液Zeta電位和平均粒徑的測定

參照齊軍茹等[16]的方法，將制備的不同乳液分散到pH 3.0的磷酸鹽緩沖液中，使其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.005%，在常溫下測定其Zeta電位，測定時的溫度為25 ℃，每個樣品平行測定3 次。同樣將不同乳液分散到pH 3.0的磷酸鹽緩沖液中，使其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.100%，用激光粒度儀測定其平均粒徑，達(dá)到相應(yīng)的遮光度后進(jìn)行測定，每個樣品平行測定3 次。

1.3.10 乳液的光學(xué)顯微鏡觀察

取新鮮乳液樣品置于正置顯微鏡載物臺上，用載玻片固定，40 倍光學(xué)顯微鏡觀察。用BX53顯微鏡獲取照片，照片從連接到電腦的數(shù)字圖像處理軟件獲得。

1.3.11 乳析穩(wěn)定性的測定

乳液乳析穩(wěn)定性的測定參考Moschakis等[17]的方法。將制備好的新乳液分別置于10 mL的具塞比色管中，于室溫條件下20 ℃放置7 d，為防止微生物的生長，加入少量的疊氮化鈉（0.02 g/L），將具塞比色管用玻璃塞密封，每天進(jìn)行乳液乳析穩(wěn)定性的測定并記錄。乳析穩(wěn)定性通常采用乳析指數(shù)（creaming index，CI）表示，如式（3）所示計算。

式中：HS為乳清層的高度/cm；HT為比色管中乳液的高度/cm。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

2 結(jié)果與分析

2.1 不同超聲條件處理對SPI-CS復(fù)合物中蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的影響

表1 不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物中蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)相對含量Table1 Secondary structure contents of untreated and ultrasonically treated SPI-CS complex%

通過圓二色光譜表征復(fù)合物中蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的相對含量。蛋白質(zhì)圓二色光譜的遠(yuǎn)紫外區(qū)段（190～240 nm）屬于肽鍵吸收范圍，包含了蛋白質(zhì)主鏈構(gòu)象的信息。利用CD Pro擬合軟件對得到的圖譜進(jìn)行分析計算。如表1所示，大豆分離蛋白經(jīng)超聲處理后，隨著超聲功率的增加，α-螺旋相對含量由15.39%降低到12.36%，β-折疊相對含量先降低后升高，β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲相對含量先升高后降低。Li Huijing等[18]研究超聲處理改變大豆分離蛋白的空間結(jié)構(gòu)也得到類似的結(jié)果。說明大豆分離蛋白經(jīng)超聲處理后，由α-螺旋和β-折疊的剛性分子結(jié)構(gòu)向β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，其二級結(jié)構(gòu)變得松散，柔性結(jié)構(gòu)含量增加，蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)由有序變得無序。大豆分離蛋白α-螺旋和β-折疊結(jié)構(gòu)主要由氫鍵維持，超聲處理可能破壞了二級結(jié)構(gòu)中的氫鍵作用，使蛋白質(zhì)分子展開，二級結(jié)構(gòu)被破壞，蛋白質(zhì)不同程度的改變和伸展，可能會影響大豆蛋白質(zhì)分子與其他小分子物質(zhì)的結(jié)合[19]，為此，本實驗進(jìn)一步研究了超聲處理大豆分離蛋白與殼聚糖的相互作用。

2.2 不同超聲條件處理對SPI-CS復(fù)合物表面疏水性的影響

圖1 不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物的表面疏水性Fig. 1 Surface hydrophobicity of untreated and ultrasonically treated SPI-CS complex

表面疏水性可以衡量疏水性官能團(tuán)的存在及數(shù)目的多少[20]，殼聚糖的加入和超聲處理會影響蛋白質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)。由圖1可知，未經(jīng)超聲處理的SPI-CS復(fù)合物表面疏水性最低，主要是由于未經(jīng)超聲處理的大豆蛋白中大多數(shù)疏水基團(tuán)被緊密包埋在蛋白質(zhì)球狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，蛋白質(zhì)的疏水基團(tuán)和熒光探針之間的接觸受到抑制，表面疏水性較低。而經(jīng)過超聲處理后，所有復(fù)合物中蛋白質(zhì)的表面疏水性都有所升高，且在超聲功率為400 W時，復(fù)合物的表面疏水性最強(qiáng)。這可能是由于蛋白質(zhì)原來致密的剛性結(jié)構(gòu)在超聲波的作用下打開，內(nèi)部的疏水性基團(tuán)暴露增多，此時形成的復(fù)合物疏水性增加。而超聲功率大于

500 W時復(fù)合物的疏水性降低，這可能是由于較高的功率使原本暴露的疏水基團(tuán)發(fā)生相互作用，使蛋白發(fā)生一定程度的聚集，部分疏水基團(tuán)重新被包埋，阻止了其與熒光探針的結(jié)合，而且功率越大蛋白聚集程度越強(qiáng)，導(dǎo)致了表面疏水性下降[20]。

2.3 不同超聲條件處理對SPI-CS復(fù)合物乳化性的影響

圖2 不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物的EAI和ESIFig. 2 EAI and ESI of untreated and ultrasonically treated SPI-CS complex

EAI及ESI是表征SPI-CS復(fù)合物功能性質(zhì)的重要指標(biāo)，可以反映復(fù)合物在油-水界面形成乳化層的能力和形成乳狀液的穩(wěn)定性。由圖2可知，與未經(jīng)超聲處理的SPI-CS復(fù)合物溶液相比，經(jīng)過超聲處理后，溶液的EAI及ESI得到顯著提高，但隨著超聲功率的繼續(xù)增加，EAI和ESI均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。其中，400 W超聲處理的SPI-CS復(fù)合物具有較高的EAI和ESI，別為78.5 m2/g和53.3 min，與未經(jīng)超聲處理的復(fù)合物相比分別提高了50.01%和63.35%。這可能是由于復(fù)合物溶解性及表面疏水性的增加或是表面電荷分布發(fā)生變化，使大豆蛋白與殼聚糖復(fù)合物的吸附層由原來的剛性變?yōu)轲椥?，乳化性能增加。而?fù)合物在油-水界面吸附時，主要的驅(qū)動力為疏水吸附，因此疏水性官能團(tuán)的存在有利于復(fù)合物吸附在油滴表面，與表面疏水性的測定結(jié)果一致[21]。SPI-CS復(fù)合物600 W超聲時的ESI降低，可能是由于過高的超聲功率使蛋白質(zhì)空間構(gòu)象不穩(wěn)定，致使其暴露出較多的親水基團(tuán)，造成了乳化性的降低[22]。另外，超聲處理影響復(fù)合物在油-水界面的分布，復(fù)合物的結(jié)構(gòu)特性及在油-水界面發(fā)生的構(gòu)象重排都會影響復(fù)合物的EAI和ESI[23]。

2.4 不同超聲條件處理對SPI-CS復(fù)合物界面張力的影響

圖3 不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物的界面張力Fig. 3 Interfacial tension of untreated and ultrasonically treated SPI-CS complex

界面行為對于乳狀液的制備和穩(wěn)定具有重要意義，界面張力越小，形成乳狀液的穩(wěn)定性越好[24]。復(fù)合物的乳化特性通過測定復(fù)合物溶液的界面張力進(jìn)行表征。復(fù)合物在油-水界面上快速吸附，迅速降低界面張力，可以增加乳液的穩(wěn)定性，阻止油滴的聚集。從上述結(jié)論可以看出，超聲處理SPI-CS復(fù)合物改變了大豆蛋白的乳化性質(zhì)。為了更好地研究乳液性質(zhì)與SPI-CS復(fù)合物乳化性之間的關(guān)系，本實驗對不同超聲條件處理的SPI-CS復(fù)合物的界面性質(zhì)進(jìn)行了分析。如圖3所示，所有復(fù)合物樣品的界面張力均隨著復(fù)合物質(zhì)量濃度的增加而迅速下降。最終界面張力變化趨于平緩，表示在油-水界面上的復(fù)合物將達(dá)到飽和，此時界面壓趨于一個恒定的值，即達(dá)到臨界膠束濃度。經(jīng)超聲處理后的SPI-CS復(fù)合物的加入有效地降低了油-水界面的界面張力，隨著超聲功率的增加，400 W超聲的SPI-CS復(fù)合物界面張力不斷下降，最低至3.86 mN/m。這可能是由于此時該復(fù)合物的ESI、EAI高于其他功率處理的SPI-CS復(fù)合物，導(dǎo)致其在油-水界面具有較高的吸附能力。而經(jīng)過較高功率處理后，可能由于復(fù)合物發(fā)生自聚集行為，使其在油-水界面的伸展吸附作用減弱，乳液的界面張力相對較大。因此，適度超聲處理的SPI-CS形成的復(fù)合物與未經(jīng)超聲處理相比，乳化能力有較大提升，降低界面熱力學(xué)不穩(wěn)定作用的能力增強(qiáng)[25]。

2.5 不同超聲條件處理對SPI-CS復(fù)合物形成O/W型乳液粒徑的影響

圖4 不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物形成乳液的粒徑分布Fig. 4 Particle size distribution of untreated and ultrasonically treated SPI-CS emulsion

如圖4所示，經(jīng)超聲處理的SPI-CS復(fù)合物制備的乳液粒徑都相對比較小，乳液粒徑分布范圍較窄，粒徑幾乎都分布在50 μm左右，未處理的SPI-CS復(fù)合物形成乳液的粒徑大部分分布在70 μm左右，乳液的粒徑較大，這說明超聲處理大豆分離蛋白與殼聚糖相互作用可形成有利于乳液穩(wěn)定的復(fù)合物，未經(jīng)超聲處理的蛋白由于結(jié)構(gòu)沒有展開，表面所帶電荷及分布不適合為殼聚糖提供有效的界面結(jié)合位點和靜電相互作用力[24]，因此限制了殼聚糖在界面的結(jié)合，從而減弱了相互作用，影響了復(fù)合物的乳化能力。適度的超聲處理復(fù)合物形成乳液的平均粒徑較小，可能是由于乳液表面吸附了大量親水性的殼聚糖，復(fù)合物之間產(chǎn)生空間位阻作用，可以抑制乳液液滴之間的相互作用，有利于提高乳液的穩(wěn)定性和界面膜強(qiáng)度[18]。

2.6 不同超聲條件處理對SPI-CS復(fù)合物形成O/W型乳液Zeta電位的影響

圖5 不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物形成乳液的Zeta電位變化Fig. 5 Changes in zeta potential of untreated and ultrasonically treated SPI-CS emulsion

乳液的表面電荷密度能有效反應(yīng)乳滴之間的靜電相互作用，表面凈電荷越多，乳滴之間靜電斥力越大，乳液越穩(wěn)定[26]。由于復(fù)合物之間通過大豆分離蛋白所帶負(fù)電荷的羧基基團(tuán)與殼聚糖所帶正電荷的氨基基團(tuán)以靜電相互作用結(jié)合，因此復(fù)合物帶電荷的多少對復(fù)合物及乳液的穩(wěn)定具有重要影響。如圖5所示，在pH 3.0的緩沖溶液中，未經(jīng)超聲處理的復(fù)合物乳液的Zeta電位為15.1 mV，超聲處理后最大Zeta電位變?yōu)?7.5 mV，隨著超聲功率的增加，Zeta電位先升高后降低，但乳液體系的Zeta電位變化并不明顯，400 W超聲處理的SPI-CS復(fù)合物乳液表面電荷密度最大。通過研究發(fā)現(xiàn)，超聲處理后的乳液Zeta電位均高于未超聲處理的乳液，這可能是由于超聲處理暴露了蛋白質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加了內(nèi)層蛋白質(zhì)與殼聚糖的接觸，而未處理和高功率超聲處理的蛋白形成的復(fù)合物乳液Zeta電位略有降低，這是由于蛋白結(jié)構(gòu)沒有打開或者重新聚集，間接地降低了對殼聚糖帶電基團(tuán)的消耗，蛋白質(zhì)與殼聚糖之間的靜電相互作用誘導(dǎo)蛋白質(zhì)形成特定的定向排布，說明超聲處理促進(jìn)了兩者之間的復(fù)合，使更多的陽離子殼聚糖與蛋白之間產(chǎn)生相互作用[27]。超聲處理使蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，氨基酸殘基暴露，其蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、氨基酸殘基的極性及所帶電荷的多少會影響蛋白質(zhì)的表面活性，進(jìn)而影響其與殼聚糖之間的相互作用[27]。

2.7 不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物形成O/W型乳液的微觀結(jié)構(gòu)

圖6 不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物形成乳液的微觀結(jié)構(gòu)Fig. 6 Microscopic structures of untreated and ultrasonically treated SPI-CS emulsion

圖6A～F分別給出了不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物形成乳液的光學(xué)顯微鏡的形貌學(xué)分布。結(jié)合乳液形貌學(xué)微觀結(jié)構(gòu)觀察和粒徑分布可知，400 W超聲處理的SPI-CS復(fù)合物（圖6D）穩(wěn)定的乳液中乳滴形狀規(guī)則，分布較為均勻，油滴分散在體系中，乳滴的粒徑較小。未處理（0 W）的SPI-CS復(fù)合物（圖6A）穩(wěn)定的乳液中有較大的油滴出現(xiàn)，乳液中部分油滴出現(xiàn)了聚集趨勢，出現(xiàn)這種不穩(wěn)定現(xiàn)象的原因可能是由于未經(jīng)超聲處理的蛋白與殼聚糖形成的復(fù)合物結(jié)構(gòu)沒有充分展開，形成的復(fù)合物較不穩(wěn)定，不足以完全覆蓋乳滴表面，因此乳滴之間發(fā)生了橋聯(lián)聚集，降低了乳液的穩(wěn)定性。超聲處理后的蛋白與殼聚糖形成復(fù)合物的乳液粒徑相對較小且分布較為均勻，這可能是由于超聲處理使蛋白中具有表面活性的結(jié)構(gòu)增加，同時超聲處理使蛋白質(zhì)的剛性結(jié)構(gòu)部分轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝越Y(jié)構(gòu)，能更有利于包裹到油滴的表面，可以形成并且穩(wěn)定一些較小的液滴，使復(fù)合物在油-水界面具有較高的界面壓和吸附量[28]，增加了乳液的穩(wěn)定性，乳液的微觀結(jié)構(gòu)與乳液的Zeta電位、平均粒徑和ESI測定的結(jié)果具有一致性。

2.8 不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物形成O/W型乳液的乳析穩(wěn)定性

圖7 不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物形成乳液乳層析指數(shù)Fig. 7 Creaming indexes of untreated and ultrasonically treated SPI-CS emulsion

如圖7所示，不同乳液7 d的貯藏穩(wěn)定性實驗結(jié)果表明，乳液的分層現(xiàn)象隨時間延長有所不同，其中未經(jīng)超聲處理的大豆分離蛋白與殼聚糖復(fù)合形成的乳液乳層析指數(shù)最高，說明乳液的穩(wěn)定性最差。幾乎所有的乳液在放置24 h后都出現(xiàn)不同程度的乳析現(xiàn)象，在400 W超聲處理的SPI-CS復(fù)合物形成的乳液樣品中乳析現(xiàn)象最不明顯，但所有乳液貯藏7 d后都發(fā)生了絮凝現(xiàn)象。超聲處理的樣品乳液乳層析指數(shù)相對較小，這也很好地解釋了上述的實驗結(jié)果。結(jié)果表明，乳液液滴的粒徑越大，越容易發(fā)生絮凝（貯藏7 d后，未超聲處理的SPI-CS復(fù)合物乳液的乳層析指數(shù)為65.2%，400 W超聲處理的SPI-CS復(fù)合物乳液的乳層析指數(shù)為45.8%）。未處理和低功率（200 W）超聲處理形成的復(fù)合物的乳液具有較弱的穩(wěn)定性，在油滴界面形成不穩(wěn)定和不完整的界面膜，蛋白結(jié)構(gòu)沒有充分展開，所以沒有完整的包裹在油滴表面，使乳液液滴容易發(fā)生變形和聚結(jié)。而超聲處理后的大豆分離蛋白與殼聚糖形成的復(fù)合物更易于吸附在油滴界面，而且超聲處理暴露了蛋白質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使更多的殼聚糖與蛋白相互結(jié)合，這樣既可以增加乳液的界面膜強(qiáng)度和表面電荷數(shù)量，同時殼聚糖也可以通過空間位阻的作用為液滴間提供足夠的排斥力，抑制乳液液滴之間的相互作用，阻止乳析現(xiàn)象的發(fā)生[29]。

3 結(jié) 論

通過制備不同超聲功率處理的SPI-CS復(fù)合物，發(fā)現(xiàn)相同處理時間、不同超聲強(qiáng)度使復(fù)合物形成乳液的穩(wěn)定性有所差異，400 W超聲處理形成的復(fù)合物EAI和ESI最高，乳液粒徑較小、呈小球狀均勻分布，乳層析指數(shù)最低，乳化體系相對穩(wěn)定，表明超聲處理改性大豆分離蛋白與殼聚糖相互作用影響復(fù)合體系的乳化性。

對不同超聲條件處理SPI-CS復(fù)合物表面疏水性、表面電荷和界面張力等性質(zhì)的分析表明，超聲處理影響了復(fù)合物的表面電荷分布和蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，大豆分離蛋白經(jīng)超聲處理后，α-螺旋相對含量降低，β-折疊和無規(guī)卷曲相對含量增加，由原來的剛性變?yōu)轲椥越Y(jié)構(gòu)，界面吸附量增加，蛋白結(jié)構(gòu)的伸展和構(gòu)象的改變影響了其與殼聚糖之間的靜電相互作用，說明復(fù)合物在油滴表面的界面吸附性的不同對乳液的穩(wěn)定性產(chǎn)生了很大影響。

光學(xué)顯微鏡觀察結(jié)果表明，400 W超聲的SPI-CS復(fù)合物形成的乳液粒徑分布在較小的范圍且形狀規(guī)則，乳液較為穩(wěn)定。超聲處理使蛋白中具有表面活性的結(jié)構(gòu)數(shù)量增加，與殼聚糖之間形成更有利于在油滴界面吸附的復(fù)合物。超聲功率過高影響了蛋白的結(jié)構(gòu)和活性基團(tuán)的暴露，進(jìn)而影響復(fù)合物的乳化特性，形成的乳液粒徑較大，導(dǎo)致乳液不穩(wěn)定。