不飽和脂肪酸單甘油酯對大豆蛋白飲料穩定性的影響

曹 璐，王 瑞，陳芳莉，陸 青，肖宗林，張桂菊，王 楠，徐寶財

(北京工商大學 食品學院，北京市食品風味化學重點實驗室，北京市食品添加劑工程技術研究中心，北京 100048)

脂肪酸單甘油酯具有乳化、分散、防止淀粉老化等作用，可改善食品組織和口感，同時能完全降解為無毒的甘油和脂肪酸，因而被廣泛應用于食品、藥品、化妝品等行業，是世界各國用量最大的食品乳化劑[1-2]。不飽和脂肪酸單甘油酯是指連接在甘油上的脂肪酸為不飽和脂肪酸，如油酸和亞油酸等[3-5]。研究發現，與飽和脂肪酸單甘油酯相比，不飽和脂肪酸單甘油酯具有更好的乳化分散性[6]，尤其是應用于冰淇淋，具有更好的抗融化性能[7]。同時，不飽和脂肪酸還具有保健功能，如預防心腦血管疾病等，可滿足現代人們對健康的需求[8]。

大豆中富含油脂、蛋白質、磷脂，其中油脂主要為不飽和脂肪酸，大豆磷脂中含有85%～90%的磷脂酰膽堿以及磷脂酰乙醇胺，且不含膽固醇，具有防止動脈粥樣硬化、腦出血及抗血栓等保健作用。大豆中蛋白質含量可達38%以上，是谷類食物的4～5倍，大豆蛋白氨基酸組成與牛奶蛋白相近[9-10]。由于大豆蛋白的等電點為4.4～4.6，因此大豆蛋白飲料在酸性條件下會出現蛋白凝聚、沉淀、脂肪上浮等現象[11]。增稠劑和乳化劑被作為穩定劑應用于植物蛋白飲料中，其中增稠劑能夠增加分散體系的黏度，降低體系中顆粒的遷移速度，從而增加體系的穩定性[12]。乳化劑是一類分子內具有親水和親油基團的表面活性物質，能夠降低油水界面張力，減小分散體系勢能，防止相鄰分散相液滴聚集，從而使分散體系趨于穩定。研究表明，采用復合乳化劑，如脂肪酸單甘油酯(主要為硬脂酸單甘油酯)與蔗糖酯復配使用可以獲得很好的穩定效果[13-14]。對于不飽和脂肪酸單甘油酯應用于植物蛋白飲料的研究鮮見文獻報道。

評價植物蛋白飲料穩定性的方法主要分為直接法和間接法等。例如，觀察法、分光光度計法、顯微鏡法和電導率檢測法等可以對蛋白飲料的穩定性指標進行直接分析，但是需要等蛋白飲料出現穩定性問題后，才能準確反映其穩定性，因此檢測速度慢。離心法分析速度快，且被廣泛應用，但是受人為因素影響較大，其結果的準確性和可靠性相對較低。而電泳、Zeta電位、粒度分布、黏度及密度檢測法等為間接分析方法，通過測定蛋白飲料的相關指標間接估測樣品穩定性的變化，檢測速度快，但是準確性、直觀性和可靠性相對較差[12]。

本文采用分光光度法研究了不飽和脂肪酸單甘油酯的乳化性能，將其作為乳化劑應用于大豆蛋白飲料的制備，并與蔗糖酯復配使用，采用Turbiscan Tower穩定性分析儀，利用多重光散射原理，研究不飽和脂肪酸單甘油酯對大豆蛋白飲料穩定性的影響，該法樣品無需稀釋、離心及其他預處理，直接對樣品進行整體掃描，可以快速、準確、直觀、可靠地分析樣品在真實狀態下的穩定性。另外，還采用離心分析法對大豆蛋白飲料的穩定性進行了對比研究，以期為不飽和脂肪酸單甘油酯在植物蛋白飲料中的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料與試劑

亞油酸單甘油酯(純度99.4%)、油酸單甘油酯(純度99.7%)和硬脂酸單甘油酯(純度99.0%)為實驗室酶催化合成并采用柱層析或重結晶的方法提純得到[15-16]。羧甲基纖維素鈉、黃原膠、檸檬酸均為食品級，鄭州安華食品添加劑有限公司；蔗糖酯(純度98%)，上海麥克林生化科技有限公司；十二烷基硫酸鈉(SDS), 國藥集團化學試劑公司；大豆油(一級)，中糧集團；大豆購于當地超市。

1.1.2 儀器與設備

XHF-DY高速分散器，寧波新芝生物科技股份有限公司；UV-3600紫外可見近紅外光譜儀，日本島津公司；Panda Plus 2000高壓均質機，意大利Niro Soavi公司；Turbiscan Tower穩定性分析儀，法國Formulaction公司；Sigma 2-16P離心機，北京科譽興業科技發展有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 乳化性能測定

稱取一定量的大豆油于燒杯中，并加入一定質量的脂肪酸單甘油酯，置于60℃的恒溫水浴中，攪拌至完全溶解。加入60℃的去離子水，用高速分散器均質分散10 min(13 000 r/min)，得乳白色乳液，待用。

乳化性能測定參考文獻[17]，采用分光光度法測定脂肪酸單甘油酯的乳化能力。用移液槍取出1 mL乳液移至100 mL容量瓶中，用去離子水定容，從中取出1 mL溶液，用0.1% SDS溶液定容至10 mL容量瓶，用紫外可見近紅外光譜儀測定245 nm的吸光度，以0.1% SDS溶液作為空白對照。

1.2.2 大豆蛋白飲料的制備

配料：大豆 3%，羧甲基纖維素鈉 0.05%，黃原膠0.05%，檸檬酸0.05%，鹽0.05%，白砂糖2%，加去離子水至100%，乳化劑(添加量根據實驗設定)。

制作方法：將大豆提前泡發，加入3/4去離子水，于豆漿機磨制，用200目濾網過篩，去除豆渣。豆漿中加入乳化劑及羧甲基纖維素鈉、檸檬酸、黃原膠、砂糖等配料混勻，并加入剩余的去離子水，用高速分散器均質5 min(13 000 r/min)，再用高壓均質機在35 MPa下均質3次，然后在121℃、105 kPa下高溫高壓滅菌15 min，得大豆蛋白飲料，待分析。

1.2.3 大豆蛋白飲料穩定性分析

1.2.3.1 多重光散射法

將制備的大豆蛋白飲料緩慢倒入圓柱形玻璃樣品池中，裝樣過程中要保證玻璃樣品池內壁上不粘樣品，外壁干凈無指紋，液面平整，樣品內部無氣泡。采用穩定性分析儀，利用多重光散射原理(波長880 nm) 對樣品進行掃描。實驗中對大豆蛋白飲料樣品的總掃描時間為24 h，每15 min掃描1次，在25℃下掃描樣品的特性變化情況，用背散射光的變化值分析大豆蛋白飲料的穩定性，通過儀器自帶軟件分析得到穩定性動力學指數(TSI)和平均粒徑。

1.2.3.2 離心分析法

采用離心分析法對大豆蛋白飲料的穩定性進行研究，分別測定離心沉淀率、離心懸浮比和穩定性系數。

離心沉淀率：將大豆蛋白飲料放置20 h以上，搖勻，稱取10 g，將離心機設置為轉速3 000 r/min，時間20 min，稱取離心沉淀物的質量。

離心沉淀率=沉淀物質量/離心樣品質量×100%

(1)

離心懸浮比：將大豆蛋白飲料放置20 h以上，分別取上層和下層各10 g，將離心機設置為轉速3 000 r/min，時間20 min，稱取離心沉淀物的質量。

離心懸浮比=上層沉淀質量/下層沉淀質量× 100%

(2)

穩定性系數：取大豆蛋白飲料10 mL于離心管中，將離心機設置為轉速3 000 r/min，時間20 min，取上清液稀釋100倍，取2 mL稀釋液，測定其在245 nm處的吸光度，記為A2。離心前的乳液同上述方法稀釋，測定吸光度，記為A1。

穩定性系數=A2/A1

(3)

2 結果與討論

2.1 不飽和脂肪酸單甘油酯的乳化性能

采用分光光度法研究油酸單甘油酯和亞油酸單甘油酯的乳化性能，并以硬脂酸單甘油酯作為對照，測定了不同大豆油與去離子水質量比(油水比)(1∶2，1∶4，1∶6，1∶8，1∶10，1∶12)、乳化劑添加量1.2%條件下制備的乳液在245 nm處的吸光度，結果如圖1(A)所示。另外，在油水比1∶8條件下，改變乳化劑添加量(0.3%，0.5%，0.7%，1.0%，1.5%，2.0%)制備乳液，并測定在245 nm處的吸光度，結果如圖1(B)所示。

乳液在245 nm處的吸光度可以反映乳化劑的乳化性能優劣，吸光度越高，說明乳化性能越好。由圖1(A)可以看出，不同油水比的乳液在245 nm處的吸光度隨著水相比例的增加先增大后減小。水量的增加有利于乳化劑的分散，從而促進乳液的形成，但是水量進一步增加會降低乳液黏度，乳化性能降低[17]。當油水比為1∶8時，吸光度最大，即3種脂肪酸單甘油酯在油水比為1∶8時的乳化性能最好。

圖1 不同油水比(A)和不同乳化劑添加量(B)對乳化性能的影響

由圖1(B)可以看出，當油水比相同時，乳液在245 nm處的吸光度隨著乳化劑添加量的增加而增大，即乳化劑添加量越多，乳化性能越好。但是當乳化劑添加量達到1.5%之后，吸光度增幅減緩，有的甚至有下降的趨勢。在低濃度條件下，油水界面張力隨著乳化劑濃度增加而迅速降低，而當乳化劑增加到一定值時，乳化劑在油水界面的吸附達到飽和，乳化能力趨于穩定，再繼續增加乳化劑的量對其乳化性能影響不大[18]。

由圖1可以看出，不飽和脂肪酸單甘油酯的乳化性能優于硬脂酸單甘油酯的。

2.2 大豆蛋白飲料的穩定性研究

2.2.1 添加單一乳化劑時大豆蛋白飲料的穩定性

將油酸單甘油酯、亞油酸單甘油酯作為乳化劑，應用于大豆蛋白飲料，并與常用于植物蛋白飲料的硬脂酸單甘油酯做對比研究。分別添加油酸單甘油酯、亞油酸單甘油酯和硬脂酸單甘油酯(添加量分別為0.1%，0.2%，0.3%)，按照1.2.2制備大豆蛋白飲料，用穩定性分析儀測定其穩定性。

ΔBS代表某一測試時刻的背散射光與初始的背散射光值之差，ΔBS的變化值越小，樣品越穩定[19]。將每個樣品在測試時間為24 h時的頂部和底部的背散射光變化值ΔBS與未添加乳化劑的空白樣品對照，分析大豆蛋白飲料的穩定性。分別添加油酸單甘油酯、亞油酸單甘油酯及硬脂酸單甘油酯的大豆蛋白飲料在24 h時的背散射光變化如圖2所示。

注：NS無顯著性差異；*差異顯著；**差異非常顯著。下同。

從圖2(A)和(B)可以看出，相對于沒有添加乳化劑的空白樣品來說，添加油酸單甘油酯和亞油酸單甘油酯作為乳化劑的大豆蛋白飲料樣品頂部和底部的背散射光變化均較小，即沉淀和澄清的不穩定現象均得到了很好的抑制，說明乳化劑起到了良好的乳化穩定作用。而圖2(C)中添加硬脂酸單甘油酯的大豆蛋白飲料樣品底部的背散射光變化較小，當添加量為0.1%時頂部的背散射光較空白樣品變化小，但是當添加量為0.2%和0.3%時，頂部的背散射光相對于空白來說變化更大，即底部的沉淀現象得到了較好的抑制，而頂部的澄清現象比空白樣品更突出。

樣品的穩定性動力學指數(TSI)能定量、直觀地反映體系的穩定性，在掃描時間相同時，TSI值越小，分散體系的穩定性越好[20]。分別添加油酸單甘油酯、亞油酸單甘油酯及硬脂酸單甘油酯的大豆蛋白飲料的TSI值隨測試時間的變化如圖3所示。

圖3 添加單一乳化劑時大豆蛋白飲料的TSI值隨時間的變化

從圖3(A)和(B)可以看出，添加油酸單甘油酯和亞油酸單甘油酯的大豆蛋白飲料的TSI值較空白樣品有顯著降低，且在24 h測試時間內大部分TSI值小于0.5，說明分散體系的穩定性良好，不穩定現象不明顯。而圖3(C)中，當硬脂酸單甘油酯添加量為0.1%時TSI值較空白樣品小，但是當添加量為0.2%和0.3%時，大豆蛋白飲料的TSI值相對于空白樣品來說更大，該結果與圖2(C)中樣品頂部的背散射光變化的趨勢一致。

分散體系的平均粒徑及粒度分布反映了乳液體系中分散相顆粒的大小及均一程度，顆粒越小、均一程度越高說明體系越穩定[10, 21]，因此分散體系的平均粒徑也是樣品穩定性的影響因素之一。分別添加油酸單甘油酯、亞油酸單甘油酯及硬脂酸單甘油酯的大豆蛋白飲料的平均粒徑隨時間和乳化劑添加量的變化如圖4所示。

圖4 添加單一乳化劑時大豆蛋白飲料的粒徑隨時間的變化

從圖4可以看出，當不添加乳化劑時，空白樣品的平均粒徑約為1.95 μm，且隨著時間的延長，平均粒徑有增加的趨勢。添加乳化劑之后，大豆蛋白飲料的平均粒徑較空白樣品減小，且在24 h測試時間內基本保持不變。乳化劑添加量對大豆蛋白飲料的平均粒徑也有一定影響，但是對于添加不同乳化劑時的變化趨勢不一致。總體來說，添加油酸單甘油酯和亞油酸單甘油酯作為乳化劑時的大豆蛋白飲料平均粒徑小于硬脂酸單甘油酯作為乳化劑時的平均粒徑。一般來說，平均粒徑越小，分散體系越穩定。但是對于不同乳化劑添加量的大豆蛋白飲料的平均粒徑對于穩定性的影響趨勢與圖3中TSI值的變化趨勢也不一致，一方面可能是由于粒徑對于穩定性的影響不僅僅取決于平均粒徑大小，還取決于粒徑的分布，但是本實驗的方法僅能得出平均粒徑大小，并不能反映出分散相的均一程度；另一方面可能是由于平均粒徑只是穩定性的影響因素之一，而不是唯一的影響因素。

2.2.2 添加單一乳化劑時大豆蛋白飲料的穩定性指標

對于添加3種單一乳化劑的大豆蛋白飲料進行了穩定性指標測定，包括離心沉淀率、離心懸浮比和穩定性系數，結果如圖5所示。

分散體系的離心沉淀率、離心懸浮比和穩定性系數均可以反映體系的穩定性[12]。離心沉淀率越高，說明分散體系中易于團聚、沉淀的顆粒越多，體系越不穩定。離心懸浮比是指分散體系上層與下層的沉淀量之比，該數值越大，說明上下層顆粒分布越均勻，體系越穩定。而穩定性系數越大，體系越穩定。

從圖5(A)可以看出，當乳化劑添加量一致時，油酸單甘油酯作為乳化劑的大豆蛋白飲料離心沉淀率最小，說明體系相對較穩定，即油酸單甘油酯的乳化效果較好。圖5(B)表明，對于離心懸浮比，添加油酸單甘油酯和亞油酸單甘油酯的大豆蛋白飲料相差不大，其體系穩定性均優于添加硬酯酸單甘油酯的大豆蛋白飲料。圖5(C)表明，添加油酸單甘油酯的大豆蛋白飲料的穩定性系數最高，即體系最穩定，而添加硬脂酸單甘油酯的大豆蛋白飲料穩定性相對較差。

由圖5可以看出，添加脂肪酸單甘油酯作為乳化劑的大豆蛋白飲料，相對于空白樣品來說穩定性得到了很大的提高。綜合離心沉淀率、離心懸浮比及穩定性系數，添加3種單一乳化劑時，油酸單甘油酯和亞油酸單甘油酯的體系穩定性優于硬脂酸單甘油酯，其中油酸單甘油酯對于大豆蛋白飲料的乳化穩定效果最好。乳化劑添加量對于體系的穩定性影響不大，但是相對來說，乳化劑添加量為0.2%時，體系較穩定。

2.2.3 添加復合乳化劑對大豆蛋白飲料穩定性的影響

在實際應用中，通常是選擇硬脂酸單甘油酯與蔗糖酯復配使用，通過上述的研究結果發現，不飽和脂肪酸單甘油酯的乳化效果優于硬脂酸單甘油酯，而油酸單甘油酯的乳化效果與亞油酸單甘油酯相當。本實驗中選擇的3種乳化劑的添加量對于大豆蛋白飲料的穩定性影響不大，從經濟效益方面考慮，選擇乳化劑總添加量為0.1%。綜合考慮對于大豆蛋白飲料的穩定效果和成本，選擇油酸單甘油酯與蔗糖酯進行復配使用，研究其對大豆蛋白飲料穩定性的影響。分別選用油酸單甘油酯與蔗糖酯質量比為1∶5、1∶2、1∶1、2∶1和5∶1作為乳化劑，按照1.2.2方法制備大豆蛋白飲料，用穩定性分析儀測試其穩定性，結果如圖6所示。

圖6 不同油酸單甘油酯與蔗糖酯質量比對大豆蛋白飲料穩定性的影響

脂肪酸單甘油酯為親油性乳化劑，蔗糖酯的親水性較強，兩者按一定比例復配作為植物蛋白飲料的復合乳化劑，可在油水界面上吸附形成復合界面膜，定向排列緊密，從而可以很好地防止聚結，增加分散體系的穩定性[22]。從圖6(A)可以看出，樣品底部的背散射光變化值(測試時間24 h)隨著油酸單甘油酯比例的增加而增大，即底部沉淀現象更明顯，而樣品頂部的背散射光變化值油酸單甘油酯與蔗糖酯質量比為1∶1和2∶1時較小，說明體系較穩定。從圖6(B)可以看出，隨著油酸單甘油酯比例的增加，體系的TSI值先減小后增大。與單獨添加0.1%油酸單甘油酯的樣品相比，TSI值在油酸單甘油酯與蔗糖酯質量比為1∶1和2∶1時較小，即體系更穩定。從圖6(C)可以看出，不同乳化劑復配比例的大豆蛋白飲料的平均粒徑均小于單獨添加0.1%油酸單甘油酯的樣品(約1.6 μm)，說明油酸單甘油酯與蔗糖酯復配可以降低分散相的平均粒徑，達到增加體系穩定性的目的。

另外，采用離心分析法對于大豆蛋白飲料的穩定性指標，包括離心沉淀率、離心懸浮比、穩定性系數也進行了研究，結果如圖7所示。

圖7 添加復合乳化劑的大豆蛋白飲料的穩定性系數、離心懸浮比、離心沉淀率

從圖7可以看出，離心懸浮比、穩定性系數隨著油酸單甘油酯比例的增加先增大后減小，離心沉淀率先減小后增大，即大豆蛋白飲料的穩定性隨著油酸單甘油酯比例的增加先增大后減小，這與多重光光散射法的穩定性動力學指數(TSI值)變化趨勢一致。當油酸單甘油酯與蔗糖酯質量比為1∶1時，大豆蛋白飲料的穩定性最好，且優于添加單一乳化劑的乳化穩定效果。

3 結 論

不飽和脂肪酸單甘油酯的乳化性能隨著水相比例的增加先增大后減小，最佳油水比為1∶8；油水比相同時，脂肪酸單甘油酯的乳化性能隨著添加量的增加而增大，乳化劑添加量為1.5%之后乳化性能變化不大；不飽和脂肪酸單甘油酯的乳化性能優于硬脂酸單甘油酯。

將脂肪酸單甘油酯作為乳化劑應用于大豆蛋白飲料，研究其對大豆蛋白飲料穩定性的影響。添加單一乳化劑時，油酸單甘油酯及亞油酸單甘油酯的乳化穩定效果優于硬脂酸單甘油酯，乳化劑添加量對于大豆蛋白飲料的穩定性影響不明顯。將油酸單甘油酯與植物蛋白飲料中常用的乳化劑蔗糖酯復配使用，質量比為1∶1和2∶1時，大豆蛋白飲料分散體系的穩定性較好，且優于單獨添加油酸單甘油酯的大豆蛋白飲料穩定性。不飽和脂肪酸單甘油酯應用于大豆蛋白飲料，乳化穩定效果好，兼具保健功能，具有良好的應用前景，但是其乳化穩定機理還有待進一步研究。