張宏媛，錢佳俊，李哲遠，張沈棟，楊曉辰，艾連中，賴鳳羲，張 匯

（上海理工大學健康科學與工程學院，上海食品微生物工程技術研究中心，上海 200093）

桃膠來源于桃樹、山桃等薔薇科植物，是植物枝干受損后分泌的一種半透明固體塊狀物，呈淡黃色或黃褐色。通常，桃膠由多糖（80%～85%）、水分（2%～12 %）、灰分（0.3%～4%）、蛋白質(zhì)（0.2%～2%）以及微量的多酚和無機元素等組成（如Ca、K、Mg、P）[1-4]。多糖為桃膠的主要成分，主要由阿拉伯糖（Ara）、半乳糖（Gal）、木糖（Xyl）、甘露糖（Man）、鼠李糖和糖醛酸組成[5]，其主鏈為β-(1→6)-半乳聚糖，在O-3和O-4處分支，而其支鏈主要有兩種類型：1）連接在O-3位，末端為α-Araf-(1→或α-Araf-(1→5)-α-Araf-(1→2)；2）連接在O-4位，末端為多個α-Araf-(1→3)-α-Araf-(1→或α-Araf-(1→3,4)-α-Galp-(1→[6-7]。研究表明，桃膠多糖（peach gum polysaccharides，PGP）分子質(zhì)量大，是一種高度支化的阿拉伯半乳聚糖，含有少量蛋白質(zhì)和多酚綴合物[1]。

現(xiàn)有研究表明，PGP具有良好的乳化性和乳化穩(wěn)定性。丁軍[8]的研究表明PGP能增強水包油乳液體系穩(wěn)定性；Zhang Ruyuan等[9]添加PGP后制備的納米粒能顯著減小乳液的液滴并提高其穩(wěn)定性；袁發(fā)滸等[10]利用桃膠的乳化性，采用明膠-桃膠復合凝膠法制備紫蘇籽油微膠囊顯著提高了包埋率和穩(wěn)定性。一般認為，多糖的乳化功能與其連接的蛋白片段有密切關系[11-12]，但Qian[13]和Zhang Hui[7]等認為PGP的高度支化和球狀結構可能是PGP穩(wěn)定乳液的主要因素[14]，然而其發(fā)揮乳化作用的機理及其關鍵活性結構還不清楚。

為探究PGP結構對其乳化功能的影響，本研究采取部分酸水解方法將PGP進行不同程度的降解，通過高效陰離子交換色譜和高效分子排阻色譜串聯(lián)多角度激光光散射對降解的主鏈部分進行結構表征，通過水包油（O/W）型乳液評價不同降解程度PGP的乳化特性，結合PGP的結構變化，探究其發(fā)揮乳化作用的關鍵結構特征。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原桃膠購自浙江省湖州市，貯藏于4 ℃冰箱中備用；巖藻糖（Fuc）、Ara、Gal、葡萄糖（Glc）、Xyl、Man、半乳糖醛酸（GalA）、葡萄糖醛酸（GlcA）單糖標準品 美國Sigma-Aldrich公司；50% NaOH溶液、醋酸鈉 美國Thermo Fisher Scientific公司；鹽酸、乙醇、硝酸鈉、三氟乙酸（trifluoroacetic acid，TFA）、NaOH、十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS）（均為分析純） 上海滬試實驗室器材股份有限公司；中鏈甘油三酯（medium chain triglycerides，MCT）、考馬斯亮藍G250 上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

JXN-26離心機 美國貝克曼庫爾特有限公司；752型紫外分光光度計 上海光譜儀器有限公司；RRH-A1000高速多功能粉碎機 上海緣沃工貿(mào)有限公司；OSB-2100旋轉蒸發(fā)儀 日本東京理化器械株式會社；1260 Infinity II高效液相色譜系統(tǒng) 美國安捷倫科技公司；Optilab T-rEX多角度激光光散射檢測器、ViscoStar III黏度檢測器、DAWN HELEOS II示差折光檢測器 美國懷雅特技術公司；Dionex ICS-5000＋離子交換色譜系統(tǒng) 美國Thermo Fisher Scientific公司；VCA Optima/VCA 3000S接觸角測量儀 美國AST公司；173 plus多角度激光光散射粒徑儀 美國布魯克海文儀器公司；Discovery HR-3旋轉型流變儀 美國TA儀器公司；T18數(shù)顯分散機 德國IKA公司。

1.3 方法

1.3.1 PGP的制備

將原桃膠高速粉碎后過60 目篩，稱取桃膠粉末，按照料水比1∶100（g/mL）加入蒸餾水，溶脹過夜。90 ℃下用磁力攪拌器提取3 h，冷卻后6000×g離心20 min，得到上清液。向沉淀加入等體積蒸餾水90 ℃復提2 h，再次6000×g離心20 min，合并兩次上清液。將上清液透析48 h（截留分子質(zhì)量為1×105U），冷凍干燥，得到PGP，按照式（1）計算PGP得率，采用苯酚-硫酸法測定PGP中總糖含量[15]。

1.3.2 PGP的部分酸水解

稱取1 g PGP置于250 mL螺口試劑瓶中，加入100 mL超純水攪拌至完全溶解。向試劑瓶中加入2.5 mL 4 mol/L TFA溶液，使溶液中TFA終濃度為0.1 mol/L，密封后于100 ℃油浴加熱，分別水解PGP 30、60、120、180 min[16]。水解后將樣品冷卻至室溫，透析（截留分子質(zhì)量為8000 U）。收集透析袋內(nèi)截留液并冷凍干燥，得到的部分酸水解產(chǎn)物相應地被命名為30P、60P、120P、180P。按照式（2）計算水解產(chǎn)物得率：

式中：m1為水解產(chǎn)物質(zhì)量；m2為水解前樣品質(zhì)量。

1.3.3 PGP及其部分酸水解產(chǎn)物的蛋白質(zhì)含量測定

采用考馬斯亮藍法[17]。配制0.10 mg/mL牛血清白蛋白溶液作標準溶液，分別移取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL于試管中，加入超純水至1 mL。同時配制樣品溶液，使其質(zhì)量濃度為2.00 mg/mL，將1 mL樣品溶液移入試管中。分別向含標準溶液和樣品溶液的試管中加入5 mL考馬斯亮藍G250溶液（0.01%），搖勻，靜置5 min。以去離子水為空白對照，在595 nm波長處測定吸光度。以牛血清白蛋白標準溶液的質(zhì)量濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線，獲得回歸方程Y＝4.5041X-0.0172，相關系數(shù)（R2）0.998。所有標準溶液和樣品均一式3 份。按式（3）計算樣品中蛋白質(zhì)含量：

式中：C1為試管中樣品蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度；C2為樣品溶液質(zhì)量濃度，2.00 mg/mL。

1.3.4 PGP及其部分酸水解產(chǎn)物的糖醛酸含量測定

采用間羥基聯(lián)苯法[18]。配制0.05 mg/mL GlcA溶液作為標準溶液，分別移取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL于試管中，加入超純水至1 mL。同時配制樣品溶液，使其質(zhì)量濃度為0.20 mg/mL，取1 mL樣品溶液于試管中。準確稱取0.477 g四硼酸鈉，加入100 mL濃硫酸超聲溶解。分別向含標準溶液和樣品溶液的試管中加入5 mL四硼酸鈉-濃硫酸溶液后搖勻，沸水浴10 min。取出，冷卻至室溫后，加入0.1 mL 1.5 mg/mL間羥基聯(lián)苯溶液，室溫反應20 min，測定525 nm波長處吸光度。以GlcA標準溶液質(zhì)量濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線，獲得回歸方程Y＝14.317X-0.0078，R2＝0.998。所有標準溶液和樣品均一式3 份。按式（4）計算糖醛酸含量：

式中：C1為試管中樣品糖醛酸質(zhì)量濃度；C2為樣品溶液質(zhì)量濃度，0.20 mg/mL。

1.3.5 PGP及其部分酸水解產(chǎn)物的單糖組成分析

采用高效陰離子交換色譜-脈沖安培檢測器分析單糖組成[19]。

8 種單糖混合標準液配制：將Fuc、Ara、Gal、Glc、Xyl、Man、GalA和GlcA標準品分別配制成質(zhì)量濃度為1 mg/mL的單糖標準液，置于4 ℃冰箱中備用。分別吸取各100 μL單糖標準液按照體積比1∶1混合，得到混合標準液。將混合標準液稀釋至系列質(zhì)量濃度（6.25×10-4、1.25×10-3、2.5×10-3、5×10-3、1×10-2、1.25×10-2mg/mL）并轉移至進樣瓶中備用。

待測樣品前處理：分別稱取樣品5 mg于具塞試管中，冰浴下加入0.5 mL 12 mol/L濃硫酸，室溫攪拌30 min。然后，加超純水將硫酸稀釋至2 mol/L，密封后轉移至100 ℃油浴中水解2 h。水解完全后，取出冷卻，將水解液用超純水稀釋100 倍，用0.22 μm針孔過濾器過濾備用。

色譜條件：使用Dionex ICS-5000＋離子交換色譜系統(tǒng)，配有CarboPacTMPA20保護柱（3 mm×50 mm）和CarboPacTMPA20分析柱（4 mm×250 mm）；流動相A：H2O，流動相B：250 mmol/L NaOH溶液，流動相C：1 mol/L NaOAc溶液，流動相D：200 mmol/L NaOH溶液；梯度洗脫程序[15]：0～20 min，93% A、7% B、0% C、0% D；20.1～30 min，88% A、7% B、5% C、0% D；30～30.1 min，73% A、7% B、20% C、0% D；30.1～40 min，0% A、0% B、0% C、100% D；45～60 min，93% A、7% B、0% C、0% D；流速：0.5 mL/min；進樣體積：25 μL；柱溫：30 ℃；數(shù)據(jù)采集時間：60 min；使用Chromeleon 7軟件采集并分析數(shù)據(jù)。

1.3.6 PGP及其部分酸水解產(chǎn)物的分子質(zhì)量及溶液構象分析

采用高效分子排阻色譜串聯(lián)多角度激光光散射儀測定樣品的分子質(zhì)量及其分布[20]。將PGP及其部分酸水解產(chǎn)物分別用0.1 mol/L NaNO3溶液配制成1 mg/mL樣品溶液，用0.45 μm針孔過濾器過濾后進樣分析。

使用Agilent 1260 Infinity II高效液相色譜系統(tǒng)，配有OHpak SB-G 6B保護柱（6 mm×50 mm，10 μm）并串聯(lián)OHpak SB-803HQ（8 mm×300 mm）和OHpak SB-805HQ分析柱（8 mm×300 mm）。將高效分子排阻色譜與多角度激光光散射檢測器、黏度檢測器、示差折光檢測器等多個檢測器串聯(lián)。洗脫條件：流動相為0.1 mol/L NaNO3溶液（含0.02% ProClin 300）；流速：0.6 mL/min；進樣體積：100 μL；柱溫：40 ℃；數(shù)據(jù)采集時間80 min。設置dn/dc值為0.145 mL/g進行計算，使用ASTRA 7.1.3軟件采集并分析數(shù)據(jù)。

1.3.7 O/W型乳液體系制備

分別將PGP、30P、60P、120P、180P配制成1 g/100 mL多糖溶液，同時配制相同濃度的阿拉伯膠（gum arabic polysaccharides，GAP）溶液作為對照組，室溫攪拌至充分溶解，置于4 ℃冰箱中備用。

參照Zheng Li等[21]的方法，以MCT為油相，PGP及其部分水解產(chǎn)物為乳化劑制備O/W型乳液。將MCT加入上述1%多糖溶液，其中MCT質(zhì)量分數(shù)為15%，用數(shù)顯分散機在10000 r/min剪切10 min，制備成O/W型乳液。

1.3.8 O/W型乳液乳化活性和乳化穩(wěn)定性

分別取100 μL上述新鮮O/W型乳液用0.1 g/100 mL SDS溶液稀釋250 倍。以0.1% SDS溶液為空白對照，測定500 nm波長處0 min的吸光度（A0），再測定10 min的吸光度（A10）。乳化活性指數(shù)（emulsifying activity index，EAI）和乳化穩(wěn)定性指數(shù)（emulsion stability index，ESI）分別按照式（5）、（6）計算[22]：

式中：DF為乳液稀釋倍數(shù)，250；C為多糖質(zhì)量濃度/（mg/mL）；φ為光程，即比色皿厚度，0.01 m；θ為乳化液中油相的比例，0.15；ΔT為兩次測定的時間間隔，10 min。

1.3.9 O/W型乳液粒徑和Zeta電位測定

將上述O/W型乳液分別用超純水稀釋以減少多重散射效應，采用多角度激光散射粒徑儀測定體系平均粒徑和Zeta電位，測試溫度25 ℃，分散折射率為1.331。

1.3.10 O/W型乳液界面張力測定

利用接觸角測量儀測定，實驗在25 ℃下進行。使用移液槍移取100 μL乳液，將乳液置于注射器內(nèi)，擠出足夠大的液滴，通過高速攝像系統(tǒng)采集液滴輪廓的變化情況，將圖像信息通過視頻檢測器傳到工作站中在線分析。

1.3.11 O/W型乳液表觀黏度分析

采用旋轉型流變儀測定，所用夾具為不銹鋼平板，直徑40 mm，間隙1000 μm。測試表觀黏度隨低剪切速率階梯上升至高剪切速率（0.1～100 s-1）的變化。采用TRIOS軟件對結果進行采集和分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結果與分析

2.1 PGP及部分酸水解產(chǎn)物的化學組成分析

由表1可知，PGP得率為78.4%，經(jīng)化學成分分析表明，PGP總糖含量為95.82%，糖醛酸含量為7.92%，蛋白質(zhì)含量為3.21%，這表明PGP是一種結合有少量蛋白質(zhì)的酸性多糖，其基本組成與前期研究結果一致[1]。

由表1可知，隨著水解時間的延長，水解產(chǎn)物的得率逐漸降低，水解產(chǎn)物中糖醛酸和蛋白含量逐漸增加，其中180P的糖醛酸含量為26.57%，蛋白質(zhì)含量為4.87%，與PGP相比均顯著升高（P＜0.05）。糖苷鍵屬于縮醛結構，易被稀酸溶液催化水解，PGP部分糖苷鍵的斷裂使一些單糖或寡糖片段脫落，而后被透析除去，因而水解產(chǎn)物得率降低。用低濃度酸溶液進行水解的過程中，相較于中性糖而言，糖醛酸形成的糖苷鍵更難水解[23]，這是因為糖醛酸C-5連接的—COOH對質(zhì)子進攻形成的空間位阻更大，水解速率降低，導致水解產(chǎn)物中的糖醛酸含量增加。同時，水解產(chǎn)物蛋白質(zhì)含量也在逐漸升高，說明PGP的蛋白質(zhì)可能主要集中在分子內(nèi)部，但這一結論還需進一步研究。另外，糖醛酸和蛋白質(zhì)含量的增加會提高水解產(chǎn)物的疏水性和電負性。

表1 桃膠及部分酸水解產(chǎn)物的基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physicochemical properties of peach gum polysaccharides and partial acid hydrolysates

2.2 部分酸水解對PGP單糖組成的影響

PGP主要是由Ara、Gal、Xyl、Man、GalA和GlcA組成，是一種酸性阿拉伯半乳聚糖類多糖。前人研究表明，PGP具有高度支化的分子結構，其主鏈是由(1→6)-糖苷鍵連接的Galp組成，支鏈主要由(1→5)和(1→3)-糖苷鍵兩種方式連接的Araf組成，兩種類型的支鏈又分別連接了不同糖殘基[6-7]。如表2所示，經(jīng)部分酸水解后，PGP水解產(chǎn)物中GalA和GlcA相對含量逐漸升高，這與間羥基聯(lián)苯比色法得到的結果一致；而Ara相對含量逐漸降低，當水解到120 min后，Ara和Man未檢出。結合PGP的分子結構特征，Ara被優(yōu)先水解主要是因為PGP中的Ara位于支鏈，與酸溶液充分接觸反應，因而被更快水解；此外，Ara以呋喃糖環(huán)的形式存在[6-7]，一般而言，呋喃糖環(huán)形成的糖苷鍵水解速度往往大于吡喃糖環(huán)形成的糖苷鍵[24]。Gal相對含量呈先升高后降低趨勢，這可能是因為水解60 min內(nèi)，以支鏈Ara的斷裂為主，導致存在于主鏈中的Gal相對含量升高；隨著水解時間延長，主鏈Galp-(1→6)-糖苷鍵會逐漸斷裂[25]，而糖醛酸相對含量增加，導致Gal含量一定程度降低。

表2 PGP及不同水解產(chǎn)物的單糖組成Table 2 Monosaccharide compositions of PGP and different hydrolysates

2.3 部分酸水解對PGP分子質(zhì)量及分子參數(shù)的影響

由圖1可知，未經(jīng)水解的PGP在保留時間為19 min左右時出現(xiàn)了對稱峰，隨著水解的進行，水解產(chǎn)物的洗脫體積逐漸增加。如表3所示，通過ASTRA 7.1.3軟件分析，Zimm作圖法得出PGP的重均分子質(zhì)量（mw）為10980 kU，回旋半徑（Rg）為409.1 nm；30P的mw為2173 kU，Rg為107.0 nm；這些結果表明，水解30 min后，PGP的一些分支被降解，分子質(zhì)量和尺寸較PGP明顯降低。隨著水解時間的延長，水解產(chǎn)物60P、120P、180P的mw和Rg進一步降低。多分散性指數(shù)（polydispersity index，PDI）是用來表征高分子的分子質(zhì)量分布的參數(shù)，PDI越接近1表示分子質(zhì)量分布越均一。未經(jīng)水解的PGP的PDI為2.624，表明PGP分子是一個寬分布的高分子鏈，水解180 min后，PDI下降至1.501，表明隨著水解度的增加，水解產(chǎn)物的分子質(zhì)量不斷降低，分子鏈的分布逐漸變窄。

圖1 PGP及不同水解產(chǎn)物分子分布的高效液相排阻色譜圖Fig.1 HPSEC chromatograms of PGP and its hydrolysates

特性黏度（[η]）是用來表征溶液中分子結構的重要參數(shù)，為聚合物在溶液中占據(jù)的每單位質(zhì)量的體積[26]。由表3可知，0.1 mol/L NaNO3溶液中，PGP的[η]為3.15 dL/g，而180P的[η]為0.43 dL/g，酸水解導致[η]明顯降低；這是由于PGP的糖苷鍵斷裂，鏈長縮短，導致分子間聚集性減弱，酸水解以時間相關的方式降低了分子質(zhì)量和[η][27-28]。通過Mark-Houwink-Sakurada方程描述mw與[η]的關系，關系式為[η]＝K×mwα，其中K和α與高分子鏈在溶劑環(huán)境中的三維構象有關。一般來說，α≥1時，分子鏈在溶液中以剛性棒狀形式存在；α＝0.5～0.8時，分子鏈呈柔性無規(guī)卷曲線團結構；α＜0.3時，分子鏈呈球形；α＝0時，分子鏈呈堅硬的球狀結構。當mw在4.0×103～2.0×104kU范圍內(nèi)，PGP的α值為0.588，分子鏈呈柔性的無規(guī)則線團結構。經(jīng)過部分酸水解后，30P的α值為0.697（mw范圍為7.0×102～5.0×103kU），60P的α值為0.747（mw范圍為4.0×102～3.0×103kU），120P的α值為0.873（mw范圍為1.0×102～2.0×103kU），180P的α值為0.911（mw范圍為10～90 kU）。水解產(chǎn)物的α值與PGP相比逐漸升高，表明隨著酸水解的進行，分子鏈剛性逐漸增強。

表3 PGP及不同水解產(chǎn)物的分子質(zhì)量及分子參數(shù)Table 3 Molecular masses and molecular parameters of PGP and its hydrolysates

分子質(zhì)量、[η]和結構是影響多糖功能性質(zhì)的關鍵因素，上述結果表明，通過部分酸水解可以逐步降低PGP的分子質(zhì)量，并且在此過程中水解產(chǎn)物的溶液構象發(fā)生變化，由柔性線團結構向剛性棒狀轉變。

2.4 部分酸水解對桃膠乳化功能特性的影響

2.4.1 部分酸水解對O/W乳液乳化活性和乳化穩(wěn)定性的影響

EAI是多糖乳化特性評定的重要指標，通過單位質(zhì)量所能穩(wěn)定的油水界面面積表征多糖促進油水混合形成乳液的能力；ESI則表示乳液處于穩(wěn)定狀態(tài)而不發(fā)生相分層或分離現(xiàn)象的特征，兩者反映了多糖幫助形成乳化體系的能力和穩(wěn)定乳化體系的能力[29]。

如圖2所示，GAP作為對照組，其EAI和ESI分別為166.08 m2/g和135.66 min，PGP的EAI（85.98 m2/g）顯著低于GAP（P＜0.05），其ESI（173.33 min）高于GAP；隨著部分酸水解的進行，PGP的EAI隨著水解時間的延長而逐漸提高，由85.98 m2/g提高至229.53 m2/g，但ESI則呈現(xiàn)不規(guī)律變化。水解過程中，PGP構象發(fā)生改變是導致水解產(chǎn)物EAI和ESI變化的根本原因，同時受分子質(zhì)量、糖醛酸和蛋白質(zhì)等帶電基團含量變化等綜合作用的影響[30]。分子質(zhì)量的降低使多糖在乳液的油水界面更容易形成分子膜，糖醛酸和蛋白質(zhì)等帶電基團含量的增加提高了水解產(chǎn)物的疏水性，導致水解產(chǎn)物的EAI提高[31]。ESI受多種結構因素的綜合影響，分子質(zhì)量減小過程中分子構象的剛性增強使液滴之間斥力降低，而糖醛酸和蛋白質(zhì)等帶電基團的增加導致電負性增強、斥力增加，導致ESI呈現(xiàn)不規(guī)律變化。60P的ESI高于PGP和其他水解產(chǎn)物，可能是由于分子質(zhì)量適當減小提高了乳化活性，并且糖醛酸和蛋白質(zhì)綴合物含量的增加提高了油水界面液滴斥力，仍處于能夠維持乳液穩(wěn)定的狀態(tài)。隨著Ara支鏈與主鏈糖苷鍵的進一步斷裂，120P和180P的ESI下降，說明此時剛性分子構象對維持乳液穩(wěn)定的影響大于糖醛酸和蛋白質(zhì)綴合物含量的影響，乳液穩(wěn)定性降低[32]。

圖2 部分酸水解對乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of partial acid hydrolysis on emulsifying activity and emulsion stability

2.4.2 部分酸水解對乳液粒徑和Zeta電位的影響

乳液中液滴的大小與其穩(wěn)定性、流變性及感官屬性等有密切聯(lián)系[33]。如圖3所示，所有乳液的粒徑分布均呈單峰分布；與GAP相比，PGP制備的乳液粒徑分布較寬，平均粒徑大；隨著水解度的增加，水解產(chǎn)物的粒徑分布峰型越來越尖銳，平均粒徑逐漸減小，這個現(xiàn)象與上述乳化活性逐漸增強的變化規(guī)律一致。

圖3 部分酸水解對乳液粒徑分布的影響Fig.3 Effect of partial acid hydrolysis on droplet size distribution of O/W emulsion

乳液中電荷分布情況可通過影響分子間的靜電斥力影響乳液體系的穩(wěn)定性，Zeta電位的絕對值越高，則乳液越穩(wěn)定[33]。由表4可知，GAP和PGP以及水解產(chǎn)物制備的乳液表面均以負電荷為主，PGP乳液的Zeta電位絕對值顯著大于GAP乳液（P＜0.05），說明相同濃度下與PGP形成的乳液更加穩(wěn)定；隨著水解的進行，Zeta電位絕對值呈先增大后降低趨勢，與ESI的變化基本一致?？赡苁且驗椴糠炙崴馐筆GP從聚集趨向分散，水解促進了分子電離，糖醛酸和蛋白質(zhì)綴合物含量顯著增加導致帶電性增強，使分子間斥力增大；但隨著水解度的進一步增加，PGP分子質(zhì)量大幅降低，分子剛性增強且多糖溶液黏度低，無法有效阻止乳液顆粒因相互碰撞而聚集，靜電斥力減小，使電位絕對值有所下降，乳液穩(wěn)定性降低[34]。

表4 部分酸水解對乳液Zeta電位的影響Table 4 Effect of partial acid hydrolysis on the zeta potential of O/W emulsion

2.4.3 部分酸水解對乳液表面張力的影響

乳液體系表面活性成分的界面特性是決定其形成和穩(wěn)定乳液能力的重要因素之一[35]。一般而言，測得的乳液界面張力越低，乳化穩(wěn)定性越好。如圖4所示，PGP的表面張力為58.38 mN/m，與GAP無顯著差異（P＞0.05）；120P的表面張力為57.45 mN/m，與PGP存在顯著差異（P＜0.05），且120P的表面張力小于GAP乳液（57.76 mN/m）；其他水解產(chǎn)物與PGP和GAP均無顯著差異（P＞0.05）。造成這種現(xiàn)象的原因可能是120P分子質(zhì)量明顯低于PGP，分子質(zhì)量小的多糖聚合物更快移動并吸附到界面；同時120P的蛋白質(zhì)含量較高，蛋白質(zhì)可以有效吸附在油水界面上提高其擴散速度，降低界面的自由能，提高表面活性，導致表面張力降低[36-37]。吸附在油水界面處的疏水支鏈也是維持乳液穩(wěn)定的因素之一，其中180P的表面張力略有提高可能是180P的支鏈被大量水解，疏水能力下降所致[36]。乳液表面張力變化是水解產(chǎn)物結構變化帶來的綜合影響。

圖4 PGP及其水解產(chǎn)物O/W乳液的表面張力Fig.4 Interfacial tension of O/W emulsions prepared with PGP or its hydrolysates

2.4.4 部分酸水解對乳液表觀黏度的影響

如圖5所示，測試的6 種乳液均為低黏度的非牛頓流體，隨著剪切速率的增加，乳液的表觀黏度整體呈逐漸降低趨勢。多糖的加入可以增加連續(xù)相的表觀黏度從而達到穩(wěn)定乳液的目的，因此乳液表觀黏度的大小也可以一定程度上反映乳液穩(wěn)定性[8]。由圖5可知，GAP乳液表觀黏度相對較小，PGP乳液的表觀黏度最大，部分酸水解產(chǎn)物形成的乳液的表觀黏度隨著水解的進行有逐漸減小的趨勢。部分酸水解產(chǎn)物中，30P和60P的表觀黏度相近，180P乳液的表觀黏度最小且剪切速率為0.63 s-1時小于GAP制備的乳液，這與PGP及其水解產(chǎn)物在NaNO3水溶液中測得的[η]趨勢一致（PGP＞30P＞60P＞120P＞180P）。水解產(chǎn)物乳液表觀黏度的降低也證實了穩(wěn)定性的變化與水解產(chǎn)物的結構變化有關。

圖5 PGP及其水解產(chǎn)物O/W乳液的表觀黏度Fig.5 Apparent viscosity of O/W emulsions prepared with PGP or its hydrolysates

3 討論與結論

本研究表明PGP是一種分子質(zhì)量大且高度分支，主要由Ara和Gal組成的酸性阿拉伯半乳聚糖類多糖，并結合少量蛋白片段。通過部分酸水解獲得了不同降解程度的PGP水解產(chǎn)物，隨著水解度的增加，PGP中糖醛酸和蛋白綴合物含量逐漸升高，側鏈的Ara逐漸被水解，分子支化程度降低，分子質(zhì)量逐漸降低，分子結構由柔性無規(guī)卷曲向剛性棒狀轉化。通過O/W型乳液評價不同降解程度PGP的乳化特性，發(fā)現(xiàn)60P水解產(chǎn)物的乳化穩(wěn)定性優(yōu)于PGP和其他水解產(chǎn)物，這可能與多種結構因素的綜合作用有關，部分酸水解破壞了PGP致密的分子結構，使疏水基團更好地暴露出來，疏水性提高；分子質(zhì)量小的多糖更容易遷移到油水界面，降低了界面自由能；糖醛酸和蛋白質(zhì)等帶電基團含量明顯提高，電負性提高，增加了液滴之間空間斥力。由此推測，60P的結構是PGP發(fā)揮乳化功能的關鍵活性結構特征，即mw為1188 kU，支化度部分降低，糖醛酸和蛋白質(zhì)綴合物含量較高的柔性鏈結構[38]。因此，對PGP而言，mw在1188～10980 kU的范圍內(nèi)，分子質(zhì)量小并有利于乳化穩(wěn)定；另外，存在部分疏水支鏈，糖醛酸和蛋白質(zhì)含量高的柔性鏈結構有利于乳化穩(wěn)定；反之，支化度低、分子鏈結構剛性強、帶電基團含量高不利于乳液穩(wěn)定。后續(xù)將通過研究不同結構片段與分子空間構象轉換之間的關系以及蛋白部分在PGP乳化功能中發(fā)揮的作用進一步解釋PGP乳化功能的機理。