陳嘉豪,周文昊,劉剛,張海枝,秦新光

(武漢輕工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院,湖北 武漢,430000)

目前人們對(duì)功能性食品的追求不斷增大,最受歡迎的產(chǎn)品是那些添加了益生元、富含生物活性化合物的益生菌、維生素和礦物質(zhì)的產(chǎn)品。在乳制品行業(yè)中,許多飲品屬于水包油(oil/water,O/W)型乳劑飲料,并利用益生元化合物達(dá)到降脂、降糖等目的[1]。人們?nèi)粘Ｉ钪械氖卟撕芯辗垡嫔?是一種水溶性植物儲(chǔ)存多糖,屬于一類非消化碳水化合物果聚糖,對(duì)腸胃健康起到有益的作用[2]。一些研究表明,菊粉具有顯著的生物學(xué)效應(yīng),通常被用作益生元[3]、脂肪替代物[4]、蔗糖替代物[5]添加到各類健康食品中,可能具有穩(wěn)定和增強(qiáng)乳液乳化特性的作用[6]。

乳液是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng),通常出現(xiàn)絮凝、油脂酸敗等,影響乳液穩(wěn)定性以及改變口感[7]。由于菊粉并沒有界面活性,形成乳液后穩(wěn)定性差,通常使用乳化劑將其制作成乳液用于食品工業(yè)生產(chǎn)[8]。乳清分離蛋白(whey isolate protein,WPI)是奶酪加工過程中的副產(chǎn)物,常用于乳制品、烘焙、肉類、零食和糖果產(chǎn)品,擁有較好的乳化性質(zhì),但制成乳液后的氧化穩(wěn)定性并無顯著提升[9-10]。研究顯示:蛋白質(zhì)-多糖的相互作用可能會(huì)改變蛋白質(zhì)的功能特性,如界面活性、溶解度、發(fā)泡或乳化特性,這些相互作用能夠使功能性食品乳液的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生改變。從這個(gè)意義上說,蛋白質(zhì)-多糖的相互作用對(duì)于開發(fā)新產(chǎn)品和加工食品是極為重要的[11]。

隨著生活質(zhì)量的提高,人們對(duì)健康食品越來越重視,從而有著很多脂肪替代物、益生元產(chǎn)品的出現(xiàn)[12]。DE SOUZA PAGLARINI等[13]通過菊粉的凝膠特性,使乳液形成能夠穩(wěn)定冷藏的脂肪替代凝膠。YANG等[14]研究發(fā)現(xiàn),對(duì)菊粉進(jìn)行疏水改性有利于乳液遞送活性物質(zhì),增加其在乳液中的穩(wěn)定性。LI等[15]通過微波處理使連續(xù)相暴露更多的疏水基團(tuán),吸附在石榴籽油表面,形成穩(wěn)定的乳液,明顯地改善了石榴籽油的氧化穩(wěn)定性。目前國內(nèi)大都研究植物蛋白和菊粉復(fù)配乳液,李楊等[16]利用蛋白質(zhì)與多糖的相互作用,改善了豌豆分離蛋白乳液的絮凝以及穩(wěn)定性。關(guān)于菊粉-蛋白乳液凝膠以及對(duì)植物蛋白乳液穩(wěn)定性的研究越來越多,但是關(guān)于菊粉對(duì)WPI乳液的氧化穩(wěn)定性還未曾報(bào)道。為了研究不同聚合度下不同濃度菊粉對(duì)WPI穩(wěn)定的水包油型乳液的形成、穩(wěn)定性以及氧化穩(wěn)定性的影響,通過粒徑、激光共聚焦、乳化性質(zhì)、初級(jí)氧化產(chǎn)物值等對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定能力的表征,本研究將了解乳清分離蛋白-菊粉復(fù)合物作為乳劑飲料在食品工業(yè)中的應(yīng)用潛力。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

乳清分離蛋白,美國Hilmar Ingredients公司;短鏈菊粉(short chain inulin,SCI)、中鏈菊粉(medium chain inulin,MCI)、橄欖油食品級(jí),上海麥克林生物科技有限公司;尼羅紅、異硫氰酸熒光素(fluorescein isothiocyanate,FITC),阿拉丁試劑(上海)有限公司;去離子水、NaOH、HCl,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

STARTER pH計(jì),奧豪斯儀器有限公司;T-18型高速剪切機(jī),德國IKA工業(yè)設(shè)備基團(tuán);高壓均質(zhì)機(jī),ATS Engineering AH-2010;Malvern Nano-ZS動(dòng)態(tài)光散射粒度儀、Msatersizer 3000激光粒度儀,英國馬爾文儀器有限公司;F-4600熒光分光光度計(jì),日本日立有限公司;DSA30R界面流變儀,德國呂克士公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 復(fù)合物制備

將WPI溶液、SCI溶液、MCI溶液室溫下在磁性攪拌臺(tái)上攪拌2 h,攪拌完成后將WPI溶液依次與短鏈菊粉、中鏈菊粉混合,復(fù)合物溶液中WPI最終質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%,短鏈菊粉最終質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%、4%、6%、8%(下同),天然菊粉最終質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%、4%、6%、8%(下同)。用2 mol/L的NaOH溶液將復(fù)合物溶液pH值調(diào)整為7.0±0.2,為了使蛋白充分水合,將復(fù)合物溶液保存到4 ℃冰箱過夜,待用。

1.3.2 乳液制備

復(fù)合物與橄欖油按照9∶1(質(zhì)量比)混合后,在T-18型高速剪切機(jī),12 000 r/min下均質(zhì)3次,每次2 min,間隔30 s,制成粗乳液后,通過高壓均質(zhì)機(jī)70 MPa均質(zhì)1次后,形成最終乳液。

1.3.3 復(fù)合物Zeta電位測(cè)定

使用動(dòng)態(tài)激光散射儀器對(duì)連續(xù)相不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)菊粉(0%、2%、4%、6%、8%,下同)在室溫(25 ℃)環(huán)境下測(cè)量連續(xù)相的電位,每個(gè)樣品12次測(cè)量。

1.3.4 復(fù)合物內(nèi)源熒光光譜測(cè)定

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室以往的方法稍作修改,使用F-4600熒光分光光度計(jì),用去離子水(pH 7.0)稀釋適當(dāng)倍數(shù),樣品裝入石英比色皿中,在280 nm的波長下被激發(fā),然后獲得300～500 nm的發(fā)射光譜,激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度設(shè)置為5 nm。

1.3.5 乳液粒徑測(cè)定

按照實(shí)驗(yàn)室以往的方法,使用Mastersizer 3000型激光粒度儀測(cè)定樣品的粒徑分布和平均粒徑,樣品性狀為球形,樣品折射率為1.469,分散劑折射率為1.330,測(cè)定第0、7、14、21天的粒徑變化。

1.3.6 絮凝指標(biāo)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室以往的方法,1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfate,SDS)溶液為分散劑,其他同乳液粒徑的測(cè)定相同,測(cè)定乳液的絮凝指標(biāo)U。計(jì)算如公式(1)所示:

(1)

式中:d4,3water,1.3.5節(jié)所得乳液粒徑;d4,3SDS,樣品池中加入SDS所得乳液粒徑。

1.3.7 界面蛋白吸附含量

按照實(shí)驗(yàn)室以往的方法,吸取新鮮制備的乳液2 mL 放入離心管中,12 000 r/min 離心 20 min,后用注射器小心吸出下層清液并通過0.22 μm的微孔濾膜。下層清液中蛋白質(zhì)的含量使用Bradford法測(cè)量,界面蛋白吸附量(absorption,AP)的計(jì)算如公式(2)所示:

(2)

式中:ρ,樣品的初始質(zhì)量濃度,mg/mL;ρL,樣品下層清液的質(zhì)量濃度,mg/mL。

1.3.8 乳化性質(zhì)分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室以往的方法,測(cè)定了不同濃度菊粉(0%、2%、4%、6%、8%)乳液的乳化活性指數(shù)(emulsifying activity index,EAI)和乳劑穩(wěn)定性指數(shù)(emulsion stability index,ESI),乳液在高壓均質(zhì)后靜置0和10 min,取出1 μL的乳液分散在300 μL 1 mg/mL SDS溶液,通過酶標(biāo)儀測(cè)量500 nm處的吸光值,吸光值在0和10 min時(shí)分別記為A0和A10。EAI和ESI的計(jì)算如公式(3)和公式(4)所示:

(3)

(4)

式中:DF,樣品的稀釋倍數(shù);ρ,未乳化前WPI的質(zhì)量濃度,mg/mL;φ,乳液中的油水比(0.1)。

1.3.9 激光共聚焦

采用激光共聚焦(confocal laser scanning microscope,CLMS)(Olympus FluoView FV10i)對(duì)乳液微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。按照實(shí)驗(yàn)室以往的方法稍作修改,制備了尼羅紅(0.1%,質(zhì)量分?jǐn)?shù))和FITC(0.1%,質(zhì)量分?jǐn)?shù))熒光染色劑,取200 μL乳液與100 μL的FITC以及10 μL尼羅紅混合10 s以上,然后將樣品放在共聚焦顯微鏡的載玻片上,輕輕覆蓋載玻片,其中尼羅紅用于油相染色,FITC用于水相染色。

1.3.10 氧化穩(wěn)定性分析

實(shí)驗(yàn)室以往的方法稍作修改,分別將橄欖油和乳液放置于50 ℃烘箱中進(jìn)行加速氧化處理,并且每隔3 d測(cè)定橄欖油和乳液中的氧化產(chǎn)物含量。

初級(jí)氧化產(chǎn)物的測(cè)定:取0.3 mL的乳液與 1.5 mLV(異辛烷)∶V(異丙醇)=3∶1充分混合,然后將充分混合的溶液在 10 000 r/min 離心5 min。取 200 μL 離心混合液的上層油相依次加入2.8 mLV(甲醇)∶V(丁醇)=2∶1、15 μL 亞鐵溶液(0.132 mol/L BaCl2溶液和0.144 mol/L FeSO4充分混合)和15 μL 3.94 mol/L的硫氰酸銨溶液。將混合液于室溫黑暗中反應(yīng)20 min,利用酶標(biāo)儀測(cè)量在 510 nm 處的吸光度。標(biāo)準(zhǔn)曲線用過氧化氫異丙苯來建立。

次級(jí)氧化產(chǎn)物的測(cè)定:硫代巴比妥酸(2-thiobarbituric acid,TBA)溶液的配制:依次加入0.15 g/mL三氯乙酸、0.025 mol/L HCl溶液、3.75 mg/mL硫代巴比妥酸溶液。取 1 mL 乳液與2 mL的TBA溶液充分混合,將充分混合的溶液在沸水浴中加熱 15 min,隨后置于冰水中冷卻至室溫,在 4 000 r/min 離心 10 min。利用酶標(biāo)儀測(cè)量532 nm處的吸光度。標(biāo)準(zhǔn)曲線用1,1,3,3-四乙氧基丙烷溶液來建立。

由圖4可知，當(dāng)集裝箱運(yùn)輸需求量小于90 TEU時(shí)，集裝箱拖車經(jīng)濟(jì)性更好，集裝箱運(yùn)輸需求量等于90 TEU時(shí)兩者經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)，大于90 TEU時(shí)水上“巴士”優(yōu)勢(shì)更明顯.

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

以上實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次,數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示結(jié)果。對(duì)所得數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進(jìn)行方差分析,取顯著性水平P<0.05,并采用Origin 2021制圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 WPI與菊粉在水中的相互作用

2.1.1 Zeta電位測(cè)量

制備了不同聚合度下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)菊粉(0%、2%、4%、6%、8%,下同),蛋白質(zhì)含量(2%質(zhì)量分?jǐn)?shù))保持不變,對(duì)乳液中作為連續(xù)相的體系在pH 7.0的環(huán)境下進(jìn)行電位表征。有研究表明,離子間靜電斥力的存在使得分子間保持著一定距離,Zeta電位的絕對(duì)值超過20 mV能夠?qū)θ橐禾峁┳銐虻姆€(wěn)定[17],所以擁有良好的電動(dòng)勢(shì)對(duì)乳液形成的穩(wěn)定是至關(guān)重要的。表1中表示了不同聚合度下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)菊粉(0%, 2%, 4%, 6%, 8%)測(cè)定的Zeta電位值。所有連續(xù)相體系在pH 值為7.0時(shí)均顯示負(fù)電位,低濃度菊粉連續(xù)相中電位與對(duì)照組連續(xù)相并無明顯差異,電位的絕對(duì)值超過了20 mV,說明了低濃度菊粉對(duì)WPI溶液有良好的穩(wěn)定作用。

表1 WPI-菊粉溶液的Zeta電位Table 1 Zeta potential of WPI-inulin solution

高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的菊粉連續(xù)相(6%、8%)Zeta電位的絕對(duì)值低于20 mV,相較于低質(zhì)量分?jǐn)?shù)菊粉連續(xù)相(2%、4%)的電位-22.47 mV以及-22.63 mV的變動(dòng)很大,由于菊粉是一種非離子多糖[18],導(dǎo)致連續(xù)相電位絕對(duì)值降低的可能原因是高濃度的菊粉增加了蛋白質(zhì)-多糖體系的電荷屏蔽效應(yīng),這種變化導(dǎo)致高濃度的菊粉黏彈性增大向凝膠化趨勢(shì)的轉(zhuǎn)變[19],有研究指出當(dāng)菊粉的添加量超過10%時(shí)會(huì)形成凝膠[20],對(duì)乳液的形成以及在食品工業(yè)上乳液飲料的應(yīng)用具有一定影響,且菊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6%、8%時(shí),連續(xù)相穩(wěn)定性最差。

2.1.2 復(fù)合物內(nèi)源熒光光譜分析

乳清蛋白分離物中含有大量的熒光物質(zhì),如色氨酸等[21],碳水化合物存在的情況下,會(huì)使WPI的熒光基團(tuán)暴露[22]。如圖1所示,不同聚合度下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0%, 2%, 4%, 6%, 8%)菊粉-WPI連續(xù)相的熒光光譜。所有濃度的菊粉最高吸收峰的波長都出現(xiàn)明顯的紅移,低濃度菊粉熒光強(qiáng)度增加,使得WPI中色氨酸更多地在水中暴露,由于色氨酸的疏水性,疏水基團(tuán)的暴露能夠增加乳液的穩(wěn)定性,WPI在330 nm左右觀察到較強(qiáng)的熒光峰值,有菊粉的存在下,該峰值的幅度增加,說明了暴露于水相中的色氨酸基團(tuán)增加。這種現(xiàn)象隨著菊粉濃度的下降而增加,可能原因是,菊粉的加入起到了靜電屏蔽作用,改變了色氨酸殘基周圍的疏水性,有研究表明[23],這種改變導(dǎo)致了一些原本位于WPI分子疏水內(nèi)部的非極性基團(tuán)暴露在周圍的水相中,復(fù)合物疏水性的增加,也就代表親脂性增加,而在沒有碳水化合物的情況下,乳清分離蛋白可能是依靠疏水相互吸引,因此疏水基團(tuán)的暴露少。

a-SCI復(fù)合WPI;b-MCI復(fù)合WPI圖1 不同聚合度下不同濃度菊粉連續(xù)相的熒光光譜圖(P<0.05)Fig.1 Fluorescence spectra of composite WPI with different concentrations of inulin (P<0.05)

2.2 添加菊粉對(duì)粒徑以及絮凝指數(shù)的影響

為了對(duì)乳液中平均粒徑進(jìn)行表征,制備了不同的乳液,油添加的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都是一定的(10%)。圖2表示了不同聚合度下不同濃度菊粉對(duì)2%WPI乳液的平均粒徑大小與絮凝指數(shù)。乳液的粒徑對(duì)乳液穩(wěn)定性有著很大的關(guān)系,通常粒徑越小,乳液擁有的穩(wěn)定性就更好[24]。并且蛋白質(zhì)-多糖產(chǎn)生的相互作用,比單獨(dú)使用一種蛋白質(zhì)所制成的乳液擁有更好的穩(wěn)定性[25]。圖2中所示的所有相同聚合度菊粉乳液隨著濃度的增大平均粒徑呈現(xiàn)了上升的趨勢(shì),當(dāng)菊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí),乳液的平均粒徑小于單獨(dú)使用WPI的平均粒徑2.44 μm,短鏈菊粉乳液和天然菊粉乳液均顯示出了最小的平均粒徑分別為2.24和2.29 μm,二者無明顯差異,說明菊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%時(shí),乳液擁有更好的穩(wěn)定性,SCI和MCI乳液(2%、4%)的絮凝指數(shù)為0,說明了乳液的穩(wěn)定性良好。當(dāng)菊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過4%時(shí),MCI乳液平均粒徑為2.84 μm超過WPI乳液且比同濃度的SCI乳液的平均粒徑大,可能原因是不同聚合度菊粉之間鏈長的影響,中鏈菊粉的聚合度大于短鏈菊粉,與其他物質(zhì)復(fù)合后,如蛋白質(zhì),隨著菊粉聚合度的增加,粒徑呈上升趨勢(shì)[26]。在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)菊粉乳液(6%、8%)中平均粒徑的大小超過了單獨(dú)使用WPI的乳液,菊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時(shí),短鏈菊粉和中鏈菊粉乳液的粒徑分別為3.14和3.19 μm,粒徑增大的可能原因是樣品連續(xù)相黏彈性的增加和油滴大小有關(guān)[27],這一結(jié)果與連續(xù)相Zeta電位相一致,圖中樣品間的絮凝指數(shù)并無明顯差異。

圖2 不同濃度的SCI和MCI的WPI乳液平均粒徑和絮凝指數(shù)(P<0.05)Fig.2 Average particle size and flocculation index of WPI emulsion with different concentrations of SCI and MCI (P<0.05)

2.3 乳液微觀結(jié)構(gòu)

圖3 不同濃度SCI和MCI的WPI乳液激光共聚焦顯微結(jié)構(gòu)和粒徑分布圖Fig.3 Laser confocal microstructure and particle size distribution of WPI emulsion with different concentrations of SCI and MCI

由圖3所示,隨著菊粉濃度的增加,乳液粒度分級(jí)的寬度也隨之增加,低質(zhì)量分?jǐn)?shù)菊粉(2%)粒度分級(jí)的寬度小于對(duì)照組,且乳液液滴較小、大小分布均勻,并無油滴聚集的情況。反觀高質(zhì)量分?jǐn)?shù)菊粉(6%,8%)的乳液出現(xiàn)較大液滴且密集,可能原因是蛋白質(zhì)-多糖的電荷屏蔽效應(yīng)使分子間斥力減小從而使油滴相對(duì)聚集,這一微觀結(jié)構(gòu)的結(jié)果與Zeta電位的分析一致。同時(shí)低質(zhì)量分?jǐn)?shù)菊粉乳液(2%)相較于對(duì)照組顯示出更小的粒徑分布,乳液的液滴分散性良好,短鏈菊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的乳液的粒徑分布圖同對(duì)照組相差無幾但略有聚集,此濃度下的中鏈菊粉乳液不同于短鏈菊粉乳液,粒徑分級(jí)與對(duì)照組無明顯差異,但從激光共聚焦的微觀結(jié)構(gòu)結(jié)果顯示液滴較為密集,分散性較短鏈菊粉乳液差,這可能是中鏈菊粉的聚合度以及菊粉分子質(zhì)量的差異所致,其結(jié)果與乳液平均粒徑結(jié)果一致,高質(zhì)量分?jǐn)?shù)菊粉乳液(6%、8%)CLMS顯示有液滴聚集,并出現(xiàn)了較大油滴的分布,這表明高濃度菊粉乳液穩(wěn)定性不好。

2.4 乳液界面蛋白吸附量分析

蛋白質(zhì)-多糖之間的界面相互作用對(duì)其特性有著直接的影響,其研究是表征乳液的基礎(chǔ)[31]。圖4表示了不同聚合度下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)菊粉(0%、2%、4%、6%、8%)乳液的界面蛋白吸附量,WPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%恒定不變,圖中WPI乳液界面蛋白吸附量為70.61%,所有短鏈菊粉并沒有對(duì)WPI在界面吸附量上顯示出明顯的差異,而中鏈菊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%增加到2%時(shí),界面蛋白吸附量有著明顯的增加,增加量達(dá)到6.65%,均高于所有濃度的菊粉乳液,這說明低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(2%)的中鏈菊粉使WPI能夠穩(wěn)定較大的界面面積,更多的蛋白質(zhì)吸附在O/W界面上[32]。當(dāng)中鏈菊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)從2%進(jìn)一步增加到4%、6%,WPI界面蛋白吸附量為68.16%、68.43%其對(duì)WPI界面蛋白吸附量輕微下降,中鏈菊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到8%時(shí),WPI界面蛋白吸附量下降至64.34%,有研究表明,雖然菊粉對(duì)蛋白質(zhì)的界面性質(zhì)并無明顯的影響,但其對(duì)WPI的疏水基團(tuán)暴露,使WPI能夠吸附較大的界面面積[33]。

圖4 不同濃度短鏈菊粉和中鏈菊粉的WPI乳液界面蛋白吸附量圖Fig.4 WPI interfacial protein adsorption capacity of short-chain inulin and medium-chain inulin at different concentrations

2.5 乳化性質(zhì)分析

EAI和ESI反映了WPI-菊粉在油水界面吸附和乳狀液形成過程中油滴擴(kuò)散和聚集的能力[28]。圖5研究了不同聚合度下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的菊粉(0%、2%、4%、6%、8%)制成乳液的乳化性質(zhì)。高壓均質(zhì)機(jī)作用下的機(jī)械力暴露了更多蛋白表面的疏水基團(tuán)[34],從熒光光譜分析疏水基團(tuán)的暴露與菊粉濃度的高低有關(guān),因此高壓均質(zhì)后的低濃度菊粉乳液具有更高的乳化性。從圖5中可以看出隨著菊粉濃度的增加,乳液的EAI在2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))下達(dá)到最高值5.734、5.689 m2/g而后下降,結(jié)合熒光光譜分析WPI-菊粉使得WPI的疏水基團(tuán)暴露,使空間結(jié)構(gòu)更舒展,說明在低濃度菊粉的環(huán)境下,WPI-菊粉乳液的穩(wěn)定性增加,油滴分散。高濃度菊粉環(huán)境下,WPI-菊粉乳液的EAI為3.703 m2/g,乳化能力明顯降低,導(dǎo)致其乳化活性降低的原因是高濃度菊粉的加入使疏水基團(tuán)暴露減少,其空間結(jié)構(gòu)不如低濃度菊粉乳液舒展,乳化能力及穩(wěn)定性差,這與激光共聚焦所顯示的微觀結(jié)構(gòu)一致。短鏈菊粉和天然菊粉在低質(zhì)量分?jǐn)?shù)下(2%)對(duì)乳液的乳化穩(wěn)定性影響最為顯著,乳液的ESI相比單獨(dú)使用WPI乳液的ESI 68.71%增加了9.59%以及8.55%,二者的乳化能力最好并無明顯差異,短鏈菊粉和天然菊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的乳液,其ESI分別為62.15%和60.34%,乳化能力與乳劑穩(wěn)定性最差。

圖5 不同濃度短鏈菊粉與中鏈菊粉對(duì)乳液EAI和ESI的影響Fig.5 Effects of different concentrations of short chain inulin and medium chain inulin on the EAI and ESI of lotion

2.6 儲(chǔ)存過程中粒徑的變化

圖6顯示了顆粒體積(d4,3)和Sauter(d3,2)直徑在0、1、3、7、14 d存儲(chǔ)時(shí)間的變化函數(shù)。一般來講,d3,2作為與乳液不穩(wěn)定過程相關(guān)的液滴尺寸變化的測(cè)定手段如液滴的聚集、絮凝等[35],也可以反映出乳液的乳化能力[36]。顆粒體積(d4,3)直徑的大小與乳液的穩(wěn)定性相關(guān),一般較小的粒徑具有較好的穩(wěn)定性[34]。

圖6 不同濃度短鏈菊粉和中鏈菊粉儲(chǔ)藏14 d d4,3 以及d3,2的變化Fig.6 Changes in d4,3 and d3,2 of short chain inulin and natural inulin stored at different concentrations for 14 days

研究菊粉濃度對(duì)儲(chǔ)存中粒徑變化的影響時(shí),低濃度菊粉乳液總是比單獨(dú)使用WPI乳液的粒徑小,所有短鏈菊粉乳液均表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)目咕奂€(wěn)定性,因?yàn)轭w粒體積(d4,3)直徑在這段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定,可能原因是蛋白-多糖吸附在油滴表面形成黃色環(huán)狀結(jié)構(gòu)使油滴不容易聚集[29]。高濃度短鏈菊粉乳液在第14天有一定上升的趨勢(shì),蛋白質(zhì)分子在油滴表面吸附后,油水界面上展開重新排列,所導(dǎo)致的粒徑增大[37]。中鏈菊粉乳液除了低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(2%)在儲(chǔ)存時(shí)間內(nèi)相當(dāng)穩(wěn)定,其余的濃度梯度雖在前3天保持穩(wěn)定,7 d后呈現(xiàn)了上升的趨勢(shì),可能原因是天然菊粉的線性結(jié)構(gòu)和分子的平均聚合度要高于短鏈菊粉[38],所以其平均粒徑要大于短鏈菊粉乳。圖6-c、圖6-d,d3,2低濃度短鏈菊粉、中鏈菊粉(2%)在14 d內(nèi)保持著相同的態(tài)勢(shì),擁有良好的乳化能力,另一方面,菊粉含量的增加導(dǎo)致d3,2的增加,這表明高濃度菊粉乳液乳化能力的降低。這些結(jié)果可能與之前發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)疏水基團(tuán)的暴露的多少有關(guān),這與熒光光譜分析一致。

2.7 氧化穩(wěn)定性分析

油脂的氧化酸敗影響著乳制品的口感和風(fēng)味,圖7表示不同聚合度下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)菊粉(0%、2%、4%、6%、8%)對(duì)初級(jí)氧化產(chǎn)物的影響,油脂的氧化程度隨加速氧化時(shí)間而變深,橄欖油和乳液的氫過氧化物值不斷增大。從圖7中可以看出,短鏈菊粉的加入對(duì)油脂氧化有抑制作用,不同濃度短鏈菊粉乳液之間在前12天的氫過氧化物值并沒有很大差異。不同濃度的中鏈菊粉乳液6 d后的初級(jí)氧化產(chǎn)物值存在明顯差異,圖8表示不同聚合度下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)菊粉(0%、2%、4%、6%、8%)對(duì)次級(jí)氧化產(chǎn)物的影響,圖中橄欖油在50 ℃加速氧化的15 d內(nèi),次級(jí)氧化產(chǎn)物硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid,TBARS)不斷升高,加入菊粉的樣品均低于橄欖油,短鏈菊粉乳液之間的TBARS值無明顯差異,從圖7、圖8中可以看出,中鏈菊粉乳液中菊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%時(shí)氧化穩(wěn)定性最好,其油脂氧化產(chǎn)物值最低,這是因?yàn)榈蜐舛鹊闹墟溇辗墼龃罅薟PI在油水界面的吸附面積,能夠有效地減緩乳液中油脂的氧化[39]。此外,從激光共聚焦的結(jié)果來看,蛋白在吸附油滴時(shí)形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)阻隔了介質(zhì)中的氧化劑[29]。因此,中鏈菊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%時(shí),乳液的氧化穩(wěn)定性最佳。

a-不同濃度SCI;b-不同濃度MCI圖7 不同濃度菊粉對(duì)初級(jí)氧化產(chǎn)物的影響Fig.7 Effects of different concentrations of inulin on primary oxidation products

3 結(jié)論

乳液中菊粉的存在改變了WPI原有的物理化學(xué)性質(zhì),WPI-菊粉的相互作用產(chǎn)生的效益影響乳液的穩(wěn)定性。連續(xù)相的Zeta電位隨著菊粉濃度的增加,多糖對(duì)WPI產(chǎn)生的電荷屏蔽效益增大,Zeta電位的絕對(duì)值減小,低質(zhì)量分?jǐn)?shù)菊粉(2%,質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)擁有良好的電動(dòng)勢(shì),對(duì)形成乳液后的穩(wěn)定性起到良好的作用[36]。菊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí),乳液的平均粒徑最小,在14 d的儲(chǔ)存中顆粒體積(d4,3)和Sauter(d3,2)直徑均保持在相同的趨勢(shì)范圍內(nèi),并沒有明顯的增大,低濃度短鏈菊粉和中鏈菊粉的ESI分別增加了9.59%以及8.55%,其對(duì)WPI的乳化能力有明顯的提升。在15 d的加速氧化中,2%中鏈菊粉乳液表現(xiàn)出了更好的氧化穩(wěn)定性。因此,短鏈菊粉和中鏈菊粉在2%時(shí)可以提高WPI乳液的乳化性以及穩(wěn)定性,2%中鏈菊粉乳液具有更好的氧化穩(wěn)定性。這些結(jié)果支持了商業(yè)食品乳液中使用菊粉等益生元成分,突出了其作為穩(wěn)定劑的作用以及與所使用的乳化劑相互作用的重要性。