李 君，李佳怡，郭思晗，齊 妍，崔懷田，盧苗苗，宋 虹，劉 賀

（渤海大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 錦州 121013）

0 引言

大豆副產(chǎn)物高值化利用近年來備受關(guān)注，大部分豆渣、豆皮被用作飼料、肥料或廢棄物丟棄處理，造成了資源的浪費和環(huán)境的污染［1］.因此大豆副產(chǎn)物的綜合利用還需要進一步的探索和實踐.大豆多糖屬于水溶性植物多糖，除了具有吸水能力強、粘度高、在溶液中分散性高等特性外，其凝膠性、乳化性以及增稠性也較好.因而大豆多糖作為食品添加劑被廣泛用于替代食物脂肪組織中，并且在提高食品組織狀態(tài)穩(wěn)定性和開發(fā)功能性食品等方面也多有應(yīng)用.另一方面，大豆多糖作為一種膳食纖維，可以通過降低胃腸道的消化吸收率來增加飽腹感，并且在腸道的消化過程中，以發(fā)酵纖維作為益生元，來增加乳酸桿菌以及雙歧桿菌的數(shù)量，從而達到降血脂、降血壓、降血糖的目的［2-4］.多糖和蛋白質(zhì)作為乳化劑在食品中應(yīng)用，其效果并不理想，若用多糖和蛋白質(zhì)共聚物來穩(wěn)定乳液，其效果由蛋白質(zhì)與多糖的作用性質(zhì)以及自身性質(zhì)來決定［5］.以往大豆多糖以酶法、離子交換樹脂法和酸法提取為主，近年來，微波和超聲波等輔助提取大豆多糖的方法得到廣泛應(yīng)用，且在該領(lǐng)域取得了較大的成就.

目前大豆多糖的研究集中在單一多糖的乳化性質(zhì)對乳狀液的影響，沒有進行同種來源的不同副產(chǎn)物中大豆多糖的乳化性質(zhì)對乳狀液影響的橫向比較.因此，本試驗利用微波輔助草酸銨提取四種大豆多糖，測定傅立葉變換紅外光譜、乳狀液的界面張力、粒度分布、Zeta電位、光學(xué)顯微鏡、流變性質(zhì)、多重光散射等指標，探討不同副產(chǎn)物中提取的大豆多糖-蛋白乳狀液乳化特性的影響規(guī)律，為未來進一步對大豆副產(chǎn)物的綜合利用研究奠定基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

山東禹王集團：大豆種皮、全豆豆渣、脫蛋白豆渣、子葉豆渣.

乙醇：天津市天力化學(xué)試劑有限公司；草酸銨：天津市大茂化學(xué)試劑廠.

1.2 儀器與設(shè)備

LAB多重光散射儀：Turbiscan，北京郎迪森科技有限公司；視頻光學(xué)接觸角測量儀：OCA 15EC，德國dataphysics公司；傅立葉變換紅外光譜儀：Scitar2000，原瓦里安；激光粒度分布儀：NANO ZS90，英國馬爾文儀器有限公司；流變儀：DHR-1，美國TA公司；光學(xué)顯微鏡：尼康80i，北京瑞科中儀科技有限公司；數(shù)顯高速分散均質(zhì)機：FJ200-SH，上海標本模型廠.

1.3 試驗方法

1.3.1 大豆多糖的制備

將大豆種皮、子葉豆渣、全豆豆渣、脫蛋白豆渣置入鼓風(fēng)干燥箱中烘干，用錘式旋風(fēng)磨粉碎，過60目篩，每100 g原料加入1%的乙醇溶液10 mL進行脫色，25 ℃下持續(xù)攪拌30 min后，利用雙層紗布過濾，將殘渣放置于鼓風(fēng)干燥箱中在65 ℃下進行烘干.之后再精確稱量烘干后的原料粉末50 g，加入6 g的草酸銨，微波90 ℃溫度下，每次微波5 min，重復(fù)操作4次，雙層紗布進行過濾，上清液在3 500 r/min的條件下離心為15 min，后經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，再濃縮至上清液體積的1/3，用0.1 mol/L的鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH至4.0，緩慢的加入雙倍濃縮液質(zhì)量的無水乙醇并不斷攪拌，在4 ℃條件下靜置12 h，進行雙層紗布過濾，所得物放在65 ℃恒溫干燥箱中烘干，得到四種大豆粗多糖.

1.3.2 乳狀液制備方法

將1 g大豆多糖溶解于50 mL水中形成多糖水溶液.隨后將10 mL大豆油與40 mL水進行混合，再利用高速剪切機在10 000 r/min條件下剪切1 min，得到初級乳狀液.多糖水溶液50 mL與初級乳狀液50 mL進行均勻混合，再利用高速剪切機在10 000 r/min的條件下剪切1 min，得到次級乳狀液.最后利用高壓均質(zhì)機50 MPa壓力下循環(huán)均質(zhì)6 min，最終得到100 mL多糖乳狀液，再添加0.02%的疊氮化鈉確保乳狀液在長時間儲存下不會變質(zhì).制成的乳狀液放入冰箱在4 ℃下進行低溫儲存.

1.3.3 乳狀液界面張力測定

利用視頻光學(xué)接觸角測量儀測定界面張力，試驗在25 ℃的常溫下進行，使用移液槍移取1 mL的乳狀液，并通過測量其質(zhì)量得到密度值，再將乳狀液置于注射器內(nèi)，擠出7 mL的樣品溶液通過校準后，測量三次平行并記錄數(shù)據(jù)，可以得到界面張力［6］.

1.3.4 乳狀液粒徑分布測定

采用BT_9300ST激光粒度分布儀來測定乳狀液的粒度分布情況，同時記錄中位徑、表面積分數(shù)平均粒徑（D3，2）及體積分數(shù)平均粒徑（D4，3）［7］.參數(shù)設(shè)定為：散射角度90°，激光波長633 nm，溫度25 ℃，顆粒折射率1.596，顆粒吸收率0.001；分散劑設(shè)定為水，分散劑折射率1.333.每個樣品測量三次，結(jié)果取平均值.

1.3.5 乳狀液Zeta電位測定

通過NANO ZS90激光粒度分布儀來測定乳狀液的Zeta電位，吸取1 mL稀釋至10倍的乳狀液于樣品池中，在20 ℃的溫度下進行Zeta電位測定［8］.每個樣品測量三次，結(jié)果取平均值.

1.3.6 乳狀液光學(xué)顯微鏡測定

稀釋10倍的乳狀液充分混勻后，滴于載玻片上，待其均勻鋪展開后將蓋玻片的一側(cè)放置到液滴的邊緣，輕輕地將蓋玻片覆蓋于乳狀液液滴表面，注意避免氣泡產(chǎn)生，再將載玻片放置于光學(xué)顯微鏡下（40倍物鏡×10倍目鏡），觀測乳狀液的形態(tài).

1.3.7 乳狀液流變性質(zhì)測定

利用DHR-1流變儀測定乳狀液的流變性質(zhì)，取適量乳狀液置于測試臺上，在25 ℃條件下，使用40 mm平行板夾具，狹縫距離設(shè)定為0.5 mm，剪切速率為0~100 s-1，檢測樣品的流變特性［9］，每個樣品黏度重復(fù)測量三次.

1.3.8 傅立葉變換紅外光譜（FT-IR）測定

采用壓片法制樣，樣品除去游離水后，稱量1 mg與KBr進行混合研磨，制成壓片后.在樣品測定之前，通過背景掃描除去干擾因素，在中紅外范圍：400~4 000 cm-1區(qū)內(nèi)進行紅外光譜掃描［10］.

1.3.9 乳狀液多重光散射測定

采用Turbiscan LAB多重光散射儀對乳狀液進行掃描，可以得到隨時間延長產(chǎn)生的不同響應(yīng)值的曲線［11］.對乳狀液進行掃描，間隔1 min，共掃描20 min，進行TSI對比，TSI的最終數(shù)值的大小和曲線斜率變化會反映乳狀液狀態(tài)是否穩(wěn)定.

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

本試驗采用Origin 2017和Excel 2010進行繪圖和制表，對界面張力、粒度分布、Zeta電位、流變性質(zhì)、傅立葉變換紅外光譜、多重光散射進行數(shù)據(jù)分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 乳狀液界面張力分析

本試驗采用懸滴法測定乳狀液的界面張力如圖1.大豆種皮多糖乳狀液界面張力最小為51.15±0.17 mN/m，全豆豆渣多糖乳狀液界面張力為51.87±0.25 mN/m，脫蛋白豆渣多糖乳狀液和子葉豆渣多糖乳狀液界面張力分別為52.76±0.38 mN/m和53.28±0.06 mN/m.大豆種皮多糖乳狀液和全豆豆渣多糖乳狀液的界面張力小，具有更好的界面活性，這可能是大豆種皮多糖乳狀液和全豆豆渣多糖乳狀液中多糖的支鏈較多，在油水界面上吸附更多的蛋白質(zhì)分子，蛋白質(zhì)和多糖交聯(lián)形成層層沉積的界面膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致界面張力較小，從而提高乳濁液的穩(wěn)定性.這與于培玲等［12］的研究結(jié)果一致.Peter等［7］研究發(fā)現(xiàn)在pH 3.0下提取出的豆渣多糖比pH4.0~5.0下提取出的豆渣多糖更能顯著降低界面張力，可能是因為其蛋白含量較高，或與其多糖構(gòu)象有關(guān).

圖1 乳狀液界面張力

2.2 乳狀液粒徑分布分析

乳狀液粒度大小及其分布是決定乳狀液是否穩(wěn)定的重要參數(shù)［13］，液滴分布越集中，粒徑越小，則乳狀液越趨于穩(wěn)定.由表1可以看出，大豆種皮多糖乳狀液和全豆豆渣多糖乳狀液的體積平均徑和面積平均徑要遠遠小于脫蛋白豆渣多糖乳狀液和子葉豆渣多糖乳狀液的體積平均徑和面積平均徑.圖2為乳狀液的粒徑分布圖.由圖2可知，大豆種皮多糖乳狀液和全豆豆渣多糖乳狀液的粒度分布更加集中，粒徑更小，峰值更高，而乳狀液也更為粘稠，更加穩(wěn)定.而脫蛋白豆渣多糖乳狀液和子葉豆渣多糖乳狀液的粒度分布較為寬泛，并且粒度分布曲線向粒度較大方向偏移，導(dǎo)致乳狀液的分層較快，其穩(wěn)定性也更差.這可能是由于大豆種皮多糖乳狀液和全豆豆渣多糖乳狀液中蛋白質(zhì)分子在油水界面的吸附量較大，蛋白質(zhì)分子間靜電排斥和空間排斥作用使乳狀液粒徑減小，降低油滴聚集，從而提高乳狀液穩(wěn)定性［14］.這與李超［15］對紫蘇蛋白O/W乳狀液的粒徑分布及大小研究中的乳狀液粒徑減小，降低油脂聚集，能夠提高乳狀液穩(wěn)定性這一結(jié)論相一致.

表1 乳狀液粒徑參數(shù)

圖2 乳狀液粒徑分布圖

2.3 乳狀液Zeta 電位分析

乳狀液表面的界面電荷會影響乳液的穩(wěn)定性.Zeta電位是表明分散體系穩(wěn)定與否的重要指標，該指標決定了乳狀液在外界環(huán)境中是否穩(wěn)定.Zeta電位的測定可以預(yù)測乳狀液是否出現(xiàn)凝聚和絮狀凝結(jié)的情況.Zeta電位的絕對值越大，液滴間的就斥力越大，乳狀液就越不容易聚結(jié)，因此也就越穩(wěn)定.由表2可知，大豆種皮多糖乳狀液和全豆豆渣多糖乳狀液的Zeta電位的絕對值更大，表示乳狀液穩(wěn)定性較好，而脫蛋白豆渣多糖乳狀液和子葉豆渣多糖乳狀液的Zeta電位的絕對值更小.這說明大豆種皮多糖乳狀液和全豆豆渣多糖乳狀液中蛋白質(zhì)在水相和油相之間空間位阻更大，液滴之間更不容易形成吸附，乳狀液也更加穩(wěn)定，更不容易聚集［16］.Zeta電位與上述界面張力和粒徑分布結(jié)果一致.

表2 乳狀液Zeta 電位

2.4 乳狀液流變性質(zhì)分析

圖3為剪切速率升高對乳狀液黏度的變化情況.由圖可知，隨著剪切速率的增加，大豆種皮多糖乳狀液的黏度最高，這說明乳狀液液滴表面的界面電荷之間的吸附能力更強，蛋白質(zhì)能更好的吸附在乳狀液的油滴表面，剪切后還能保持較好的吸附狀態(tài)，保持乳狀液的黏度.而全豆豆渣多糖乳狀液、脫蛋白豆渣多糖乳狀液和子葉豆渣多糖乳狀液的黏度則較低，這說明液滴表面的電荷發(fā)生了分散，電荷之間的吸附率降低，液滴表面的蛋白質(zhì)吸附量降低，導(dǎo)致乳狀液的黏度也隨之降低.圖4為剪切速率對乳狀液剪切應(yīng)力的影響.由圖可知，隨著剪切速率的加快，乳狀液體系的總體剪切應(yīng)力從較低程度向較高程度持續(xù)發(fā)展.其中添加大豆種皮多糖的乳狀液的剪切應(yīng)力最大，這可能是由于液滴表面的電荷吸附力較強，使其分散需要對其做功更多.而添加全豆豆渣多糖、脫蛋白豆渣多糖、子葉豆渣多糖的乳狀液液滴表面電荷被打散，導(dǎo)致電荷間的吸附能力降低，使乳狀液分散所需做功較少，表現(xiàn)出乳狀液的剪切應(yīng)力較小.

圖3 剪切速率對黏度的影響

圖4 剪切速率對剪切應(yīng)力的影響

2.5 乳狀液多重光散射分析

乳狀液的穩(wěn)定性可以通過TSI穩(wěn)定系數(shù)的變化來體現(xiàn)，TSI穩(wěn)定系數(shù)最終值越小，斜率越小，說明隨著時間延長，乳狀液的變化越小，乳狀液越穩(wěn)定［17］.

如圖5所示，經(jīng)過20 min后，大豆種皮多糖乳狀液和全豆豆渣多糖乳狀液的TSI達到0.8左右，明顯小于脫蛋白豆渣多糖乳狀液和子葉豆渣多糖乳狀液的TSI，其值達到1.3左右，并且大豆種皮多糖乳狀液和全豆豆渣多糖乳狀液的曲線斜率也明顯小于脫蛋白豆渣多糖乳狀液和子葉豆渣多糖乳狀液的曲線斜率.這說明經(jīng)過相同的時間，大豆種皮多糖乳狀液和全豆豆渣多糖乳狀液的TSI穩(wěn)定系數(shù)最終值更小，斜率也更小，其穩(wěn)定性也更好［18］.這可能是大豆種皮多糖和全豆豆渣多糖的支鏈較多，更易于形成油水界面的蛋白質(zhì)和多糖的復(fù)合物，再通過擴散和對流，多糖逐漸被吸附到界面上，開始展開過程以及疏水基團的暴露，從而增加了界面活性，導(dǎo)致穩(wěn)定性的提高［19］.并且從TSI曲線斜率的增長趨勢來看，相比于添加大豆種皮多糖的乳狀液，添加全豆豆渣多糖的乳狀液的曲線斜率更加趨近于平穩(wěn)，說明該乳狀液逐漸趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定性更好.

圖5 TSI隨時間變化曲線

2.6 乳狀液光學(xué)顯微鏡分析

圖6為乳狀液光學(xué)顯微鏡觀測圖.由圖可知，大豆種皮多糖乳狀液和全豆豆渣多糖乳狀液的顆粒較小且更為均勻，沒有明顯的顆粒聚集情況出現(xiàn).其中大豆種皮多糖乳狀液的顆粒更為密集，這表明該乳狀液具有更多的蛋白質(zhì)和多糖交聯(lián)形成層層沉積的界面膜結(jié)構(gòu)，黏度更高并且更加均勻不易分層.而全豆豆渣多糖乳狀液雖然也具有很好的穩(wěn)定性，但乳狀液黏度較之略低；脫蛋白豆渣多糖乳狀液和子葉豆渣多糖乳狀液的顆粒較大且更為分散，并且在圖片中可以看出明顯的乳狀液顆粒的聚集，這表明該乳狀液中的蛋白質(zhì)和多糖復(fù)合物較少，更易出現(xiàn)相分離，發(fā)生分層現(xiàn)象，并且乳狀液的黏度也更低，這與Zeta電位分析的結(jié)果相一致.并且也與乳狀液粒度分布的分析中，大豆種皮多糖乳狀液和全豆豆渣多糖乳狀液的粒徑小于脫蛋白豆渣多糖乳狀液和子葉豆渣多糖乳狀液的粒徑這一結(jié)果相互印證.

圖6 乳狀液光學(xué)顯微鏡觀測圖（400×）

2.7 傅立葉變換紅外光譜（FT-IR）分析

圖7為大豆種皮多糖、全豆豆渣多糖、脫蛋白豆渣多糖和子葉豆渣多糖的傅立葉變換紅外分析圖譜，檢測多糖所含有的官能團.不同的官能團會在分析圖譜中體現(xiàn)在不同的特征峰上，通過對特征峰的比對，可以比較出不同種多糖之間存在的官能團差異，并且由此可以對不同大豆多糖的乳化性質(zhì)的差異有所了解［20］.

圖7 傅立葉變換紅外光譜分析圖

由圖7可知，大豆種皮多糖和全豆豆渣多糖的特征吸收峰相似程度較高.大豆種皮多糖和全豆豆渣多糖紅外圖譜中3 500~3 000 cm-1的兩個寬峰是O-H和N-H的伸縮振動［21］，由于多糖分子間或分子內(nèi)的羥基發(fā)生締合，2 923 cm-1附近的吸收峰由C-H的伸縮振動所引起［22］，位于1 650~1 500 cm-1的特征峰是蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)β折疊所引起的N-H的變角振動［23］，這說明含有羥基和氨基，1 438 cm-1左右的峰是由C-O伸縮振動引起［24］，769 cm-1的峰是吡喃環(huán)對稱環(huán)伸縮振動引起［2］.由此可以說明兩種粗多糖中多糖與蛋白結(jié)合，形成糖蛋白.盡管兩種多糖具有很多相似的特征吸收，但還是略有差異.大豆種皮多糖紅外圖譜中1 147 cm-1左右的峰是由吡喃環(huán)的醚鍵引起，而全豆豆渣多糖紅外分析圖譜中1 735 cm-1的峰是由GalA羧基形成的酯鍵C═O的伸縮振動引起［25］.

與大豆種皮多糖相比，脫蛋白豆渣多糖紅外分析圖譜中沒有位于1 650~1 500 cm-1的特征峰，也就沒有蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)β折疊所引起的N-H的變角振動，而子葉豆渣多糖紅外分析圖譜中沒有由O-H和N-H的伸縮振動引起的位于3 500~3 000 cm-1的兩個寬峰和由C-O伸縮振動引起的位于1 438 cm-1左右的吸收峰，由此可以得出結(jié)論大豆種皮多糖的乳化性質(zhì)優(yōu)于脫蛋白豆渣多糖和子葉豆渣多糖.

3 結(jié)論

本研究從不同大豆副產(chǎn)物中提取大豆水溶性多糖，通過測定其乳狀液的界面張力、粒度分布、Zeta電位、多重光散射、流變性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)及傅立葉變換紅外光譜對乳狀液的乳化特性進行比較分析.結(jié)果表明，四種大豆多糖的乳化能力從強到弱為：大豆種皮多糖、全豆豆渣多糖、脫蛋白豆渣多糖、子葉豆渣多糖.大豆種皮多糖乳狀液的界面張力最低（51.15 mN/m），Zeta電位絕對值最高（-24.9 mV），剪切應(yīng)力和黏度也最高，粒度分布更加集中且均勻，粒徑更小，TSI穩(wěn)定系數(shù)更小，斜率更小，表明大豆種皮多糖的乳化能力最強，乳狀液的穩(wěn)定性最好.本研究結(jié)果不僅為未來研發(fā)大豆種皮多糖制品提供了一定的理論基礎(chǔ)，還可促進對食品新資源的重新利用，減少對資源的浪費.