2024年3月12日发(作者：怎样格式化c盘不删除系统)

黄原胶对大豆分离蛋白乳状液聚集稳定性的影响

杨晋杰;何余堂;韩金莲;张明;刘贺;邵国强;王胜男;赵玲玲;董田田;潘杨;杨立娜;朱力杰;

李君

【摘 要】本研究以大豆分离蛋白(soy protein isolate,SPI)和黄原胶(xanthan

gum,XG)为乳化剂及稳定剂制备了水包油乳状液.通过测定14 d储藏期内乳状液

的流变学特性,并结合粒径和Zeta-电位,考察了XG浓度对SPI-XG水包油乳状液流

变学特性及稳定性的影响.结果表明,XG的添加,明显增加了乳状液的黏度,改善了乳

状液的黏弹性行为,促进了凝胶类乳液的形成.其中,XG浓度为0.10％时,在14 d储

藏期内粒径变化程度较小,Zeta-电位绝对值较大,频率扫描和降温过程中储能模量

(G')和损耗模量(G")相对稳定,赋予了乳状液良好的储藏稳定性;随着XG浓度的增

加,形成的乳状液的粒径增大,G'和G"相对不稳定,流变学特性不佳.

【期刊名称】《中国粮油学报》

【年(卷),期】2019(034)007

【总页数】6页(P20-25)

【关键词】黄原胶;大豆分离蛋白;水包油乳状液;流变学特性

【作 者】杨晋杰;何余堂;韩金莲;张明;刘贺;邵国强;王胜男;赵玲玲;董田田;潘杨;杨立

娜;朱力杰;李君

【作者单位】渤海大学食品科学与工程学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工

程学院,锦州 121013;盘锦宋大房食品有限公司,盘锦124000;锦州亿和豆业有限公

司,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与

工程学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程学院,锦州 121013;渤海大学食品

科学与工程学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程学院,锦州 121013;渤海大

学食品科学与工程学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程学院,锦州 121013;

渤海大学食品科学与工程学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程学院,锦州

121013

【正文语种】中 文

【中图分类】TS214.2

乳状液由两种互不混溶的液体相互分散形成，是一种热力学不稳定的多相体系[1]。

食品乳状液中常添加蛋白质和多糖作为稳定剂。蛋白质和多糖可通过静电作用或氢

键形成复合物，多糖促进蛋白质在界面上的吸附，提高乳状液的稳定性[2]。

大豆分离蛋白作为一种天然高分子乳化剂，乳化活性高，但其形成的乳状液易受温

度、pH等因素的影响，导致乳状液易失稳[3]。黄原胶是一种由细菌

Xanthomonas campestris产生的具有三糖侧链的刚性线性阴离子多糖，其特定

的聚集态结构及分子间作用力，赋予了其增加乳状液分散相黏度、形成凝胶网络和

良好的流变学特性(如假塑性、剪切稀化行为和高模量等)，从而抵抗油滴的布朗运

动或重力引起的分层等，提高乳状液的稳定性，已被广泛应用于食品乳状液中[4]。

流变学特性是研究食品最重要的性质之一，通过测定流体食品的流变学特性，包括

黏度随剪切速率的变化，以及振荡流变特性(储能和损耗模量)随温度和频率的变化，

可用于研究不同条件下蛋白质-多糖间相互作用的变化[5]。黏弹性等流变行为作为

评估乳状液性质的重要手段，可以表征乳状液液滴的聚集，广泛用于乳状液稳定性

的预测。Vázquez-Solorio等[6]运用流变学对冷藏期间乳蛋白-黄原胶复合水包油

乳状液的性质进行了表征，发现黄原胶流变学在乳状液流变学中占主导地位。

Moschakis等[7]运用流变学研究了XG对酪蛋白酸钠稳定的乳状液的相分离的时

间依赖性演变，发现低于0.02% (m/V)的XG对乳状液的流变性影响不显著，而

0.03%～0.05% (m/V)的XG，产生了具有高低应力剪切黏度的凝胶状网络，抑制

了相分离。

目前，关于XG对SPI凝胶性的影响及二者水溶液间的互作的研究较多，而对XG-

SPI乳化体系流变特性的研究并不多见。因此，本研究通过分析和表征乳状液储藏

过程中流变学特性的变化，再结合粒径和Zeta-电位，明确不同浓度的XG对SPI-

XG乳状液流变学特性及稳定性的影响，以期为改良食品乳状液加工工艺和功能特

性方面的研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

SPI；非转基因大豆油；XG；叠氮化钠；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

FJ-200高速分散均质机；FB-110S高压均质机；DHR-1流变仪；BT-9300激光

粒度分布仪；Nano-ZS90马尔文激光粒度仪；GB-2A磁力搅拌器。

1.3 方法

1.3.1 乳状液的制备

将SPI配制成0.067 g/mL的水溶液，然后取60 mL SPI溶液与40 mL大豆油混

合，形成初级乳状液；再将XG分别配制成0、0.002、0.003、0.004、0.005、

0.006 g/mL的水溶液，磁力搅拌过夜至完全水合，然后分别取100 mL XG溶液

与初级乳状液以1∶1混合后，利用高速剪切机在10 000 r/min下剪切2 min，

再通过高压均质机在50 MPa下均质3次，最终使乳状液包含2%SPI、20%大豆

油和0～0.3%XG，最后添加0.02%的叠氮钠抑制微生物的生长，制成的乳状液在

4 ℃下储藏，每7 d进行取样分析，检测14 d。将未添加XG的SPI乳状液作为

对照组[8]。

1.3.2 粒径大小及分布测定

利用BT-9300ST激光粒度分布仪测定乳状液的粒径大小及分布情况，取0.5 mL

乳状液于样品池中，参数设置如下：通用分析模式，以水为分散剂，颗粒折射率

1.520，分散剂折射率1.333，激光波长633 nm。采用面积平均径(d3,2)和体积

平均径(d4,3)来表征液滴粒径大小[9]。

1.3.3 Zeta-电位测定

利用Nano-ZS90马尔文激光粒度仪测定乳状液的Zeta-电位，取1 mL稀释10

000倍的乳状液于样品池中，测试温度为25 ℃ [10]。

1.3.4 流变学特性测定

1.3.4.1 黏度测定

利用DHR-1流变仪对乳状液黏度进行测定，取1 mL乳状液于样品台上，25 ℃

下采用40 mm平行板，剪切速率为0.01～100 s-1[5]。

1.3.4.2 频率扫描测定

取1 mL乳状液于样品台上，25 ℃下采用40 mm平行板，扫描频率为0.01～3

Hz，应力为0.8 Pa，检测整个过程乳化体系的模量变化，实验过程中加盖密封圈

以避免水分过度蒸发[11]。

1.3.4.3 降温扫描测定

取1 mL乳状液于样品台上，采用40 mm平行板，频率为1 Hz，温度以

2 ℃/min由85 ℃降温至25 ℃，检测整个过程乳化体系的模量变化，实验过程中

加盖密封圈以避免水分过度蒸发[12]。

1.3.5 统计分析

所有实验均重复3次，实验数据以表示，采用Origin 8.5软件作图，应用

SPSS19.0软件进行差异显著性分析，以P<0.05为显著性检验标准。

2 结果与分析

2.1 粒径分析

一般用d3,2评估新鲜制备的乳液的比表面积，d4,3用于表征乳液储藏过程中液滴

尺寸分布的变化[9]。由表1可知，第1天时，与对照组相比，添加XG后，随着

XG浓度的增加，乳状液的d3,2和d4,3呈现先增大后减小、再增大的变化趋势，

添加0.20%XG的乳状液的d3,2和d4,3最小，可能是由于0.10%～0.15%XG与

SPI交互作用产生的排斥絮凝作用大于静电稳定作用，导致粒径显著增加

(P<0.05)[13-14]；当XG浓度达到0.20%时，水相黏度持续的增加，抑制了SPI-

XG间的排斥絮凝作用，减少了液滴的运动和碰撞频率[15]；随着XG浓度的进一

步增大，液滴间絮凝引起的聚集可能导致了粒径的增加(P<0.05)[16]。储藏至7 d

时，所有乳状液的d4,3均显著增大，且随着XG浓度的增加，乳状液的d4,3也随

之显著增大(P<0.05)。储藏至14 d时，添加0.10%和0.20%XG的乳状液的d4,3

显著降低(P<0.05)，而随着XG浓度的增加，液滴间的聚集效应降低，絮凝效应增

强，导致乳状液的d4,3增大[16]。

表1 乳状液储藏期间内粒径的变化XG浓度/%储藏时间/d体积平均径d4,3/μm

面积平均径

d3,2/μm010.319±0.020Cf0.220±0.003Be72.420±0.393Bf0.942±0.032Af142.

951±0.189Ae0.919±0.023Af0.1011.141±0.017Cd0.873±0.011Cc72.798±0.0

63Ae1.758±0.036Ae142.414±0.040Bf1.523±0.030Be0.1511.510±0.050Cc0.9

63±0.019Cb73.848±0.052Bd2.377±0.038Ad144.346±0.023Ad2.280±0.051B

d0.2010.741±0.027Ce0.598±0.024Cd74.928±0.041Ac2.524±0.056Ac144.54

2±0.074Bc2.404±0.020Bc0.2513.344±0.009Cb2.178±0.003Ca75.838±0.066

Bb2.932±0.033Bb146.479±0.085Ab2.994±0.033Ab0.3013.407±0.012Ca2.17

5±0.001Ba78.066±0.194Ba3.448±0.021Aa1410.237±0.140Aa3.436±0.007A

a

注：同列不同小写字母表示同一时间不同样品间的差异显著性，同列不同大写字母

表示不同时间下同一样品的差异显著性，P<0.05。余同。

表2 乳状液储藏期间内Zeta-电位的变化Zeta-电位/mVXG质量分数

/%00.100.150.200.250.30储藏1 d-17.533±0.061Aa-45.607±0.137Fc-

24.410±0.254Bab-32.243±0.060Cc-43.557±0.172Ec-38.973±0.221Db储藏7

d-19.417±0.300Ab-30.075±0.045Ca-22.523±5.140ABa-19.480±0.020Aa-

22.630±0.279ABb-25.765±0.125Ba储藏14 d-23.175±0.415Cc-

31.005±0.115Fb-29.565±0.435Eb-20.505±0.045Bb-1.345±0.675Aa-

25.427±0.753Da

2.2 Zeta-电位分析

Zeta-电位通过反映液滴间的带电性质表征乳状液的稳定性，Zeta-电位绝对值越

高，液滴间斥力越大，乳状液的聚集稳定性越高[17]。由表2可知，第1天时，

对照组乳状液的Zeta-电位绝对值最小，为17.60 mV；添加XG后，乳状液的

Zeta-电位绝对值显著增大(P<0.05)，表明XG的添加提高了乳状液的聚集稳定性，

可能原因是XG与SPI间的排斥絮凝作用，阻碍了液滴的聚集[13]。其中，添加

0.10%XG的乳状液的Zeta-电位绝对值最大，为45.70 mV，表明其所形成的乳

状液的稳定性较高；随着XG浓度的增加，乳状液的Zeta-电位绝对值呈先减小后

增大的变化趋势，可能是因为过多的XG与SPI间的热力学不相容，随着聚合物浓

度的增加，分子间的静电斥力逐渐增大[14]。随着储藏时间的延长，添加

0.10%XG的乳状液的Zeta-电位绝对值虽然降低，但均比添加0.15%～0.30%XG

的乳状液的Zeta-电位绝对值大，表现出较高的稳定性。

2.3 流变学特性分析

2.3.1 黏度分析

由图1可知，对照组乳状液黏度较低(0.1 Pa·s)。而在低剪切速率下，添加XG的

所有乳状液的黏度增加，应力较低；随着剪切速率的增加，克服了液滴间的布朗运

动，降低了流动阻力，乳状液的黏度均逐渐减小，应力均逐渐增加。第1天时，

与对照组(黏度接近于0)相比，添加XG的乳状液的黏度均明显增大，且随着XG

浓度的增加，乳状液的黏度也随之增大，归因于XG处于分散状态时，其可能通过

氢键和聚合物形成聚集体，产生高度有序的结构，因此在低剪切速率下表现出较高

的黏度；随着剪切速率的增加，聚集体逐渐被破坏，乳状液表现出高度假塑性[18-

19]。但第7天时，添加0.10%XG的乳状液在0.01～100 s-1内表现出较高的黏

度，可能归因于0.10%XG引发的乳状液液滴间的排斥絮凝，表现出较高的屈服应

力，导致其黏度更大，减缓了液滴间的聚集速率，乳状液形成的粒径相对较小[13]。

随着储藏期的延长，添加XG乳状液的黏度均有所降低，可能是由于液滴聚集在乳

状液储藏前期占主导地位，后期液滴絮凝增强的结果[16]。

注：正方形、三角形、菱形、圆形、五角星、五边形对应的XG质量分数分别为

0%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%。实心符号为黏度，空心符号为应

力。图1 XG浓度对乳状液黏度和应力的影响

2.3.2 扫描频率分析

不同扫描频率下XG浓度对乳状液G′和G″ 的影响如图2所示。由图2可知，对

照组乳状液的G′和G″基本为0；添加XG后，乳状液的G′和G″明显增大，乳状

液的G′和G″均呈频率依赖性，且储能模量(G′)大于损耗模量(G″)， 显示出黏弹性，

表明一种高絮凝的液滴网络结构或XG自身在连续相中凝胶结构的形成[5]；随着

XG浓度的增加，乳状液的G″稳定增长，但G′增长较快，表明凝胶网络结构的提

高[20]，这一现象可能是由于多糖网络的形成，也可能是因为蛋白与多糖间的相互

作用[16]。其中，第1天时，随着XG浓度的增加，乳状液的G′和G″之间的差距

明显增加，表明乳状液的弹性行为逐渐改善，这一结果遵循XG自身分散体显著的

黏弹性行为，或在连续相中形成凝胶状结构[21]。随着储藏时间的延长，添加

0.10%XG的乳状液的G′呈现先增大后降低的变化趋势，而G″基本保持不变，可

能归因于乳状液储存过程中促进了XG弱凝胶网络中的分子重排[21]；添加

0.15%～0.25%XG的乳状液的G′和G″表现出逐渐降低的趋势，可能归因于乳状

液的相分离导致了其凝胶网络结构的破坏；添加0.30%XG的乳状液的G′和G″却

不断增加，表明其高度絮凝的液滴网络的形成，每个液滴上的小浮力不足以克服周

围弱凝胶网络的有效屈服应力[16]。

注：圆形、正三角形、菱形、五角星、倒三角形、五边形对应的XG质量分数分别

为0%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%。实心符号为G′，空心符号为

G″，下同。图2 XG浓度对乳状液储能模量和损耗模量的影响

2.3.3 降温过程流变特性分析

由图3可知，在降温过程中，对照组G′和G″接近0，而添加XG的乳状液的G′和

G″明显增大，且乳状液的G′明显大于G″，与扫描频率测量结果一致。第1天时，

随着温度的降低，添加0.10%～0.20%XG的乳状液的G′逐渐降低，G″基本保持

不变；而添加0.25%～0.30%XG的乳状液的G′呈现先降低后升高的趋势，G″缓

慢升高，可能是因为在65 ℃以上，初始阶段形成的凝胶网络结构易被破坏，出现

“凝胶弱化”现象，当温度降至65 ℃以下时，较高浓度的XG形成相对较强的凝

胶网络，表现出较强的黏弹性行为[5]。储藏至7 d时，在降温过程中，添加

0.10%～0.15%XG乳状液的G′和G″保持相对稳定；而添加0.20%～0.30%XG的

乳状液的G′呈先减小后增大的变化趋势，G″呈缓慢增大的趋势。随着储藏时间的

进一步延长，14 d时，添加0.10%～0.15%XG乳状液的G′和G″还是保持相对稳

定的变化趋势，但是有所降低，表明凝胶网络强度降低；添加0.20%XG的乳状液

的G′呈缓慢降低的趋势，G″呈缓慢上升的趋势；而添加0.25%和0.30%XG的乳

状液的G′和G″均呈现缓慢增加的趋势。因此，在降温过程中，添加0.10%和

0.15%XG的乳状液在14 d储藏期内表现出相对稳定的黏弹性行为；随着XG浓

度的增加，虽然提高了凝胶网络强度，但是在相对较高的温度下，表现出相对降低

的黏弹性行为，出现“凝胶弱化”效，可能是因为油滴的可逆絮凝，导致凝胶网络

经历重组或局部塌陷[7]。

图3 XG浓度对乳状液降温程序中储能模量的影响

3 结论

本研究通过测定并分析XG浓度对SPI稳定的水包油乳状液在14 d储藏期内流变

学特性、粒径和Zeta-电位的变化。结果表明，XG的添加，提高了乳状液的黏度，

使乳状液表现出高度假塑性和良好的黏弹性行为，促进了凝胶类乳液的形成。其中，

XG浓度为0.10%时，乳状液的Zeta-电位绝对值较高，粒径较小，在14 d储藏

期内乳状液的G′和G″表现出较好的频率依赖性和在降温过程中相对稳定的凝胶结

构，赋予了乳状液良好的储藏稳定。XG浓度对SPI乳状液流变学特性的具体作用

机制及二者之间的关系有待进一步研究。

参考文献

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