甲基纖維素對大豆分離蛋白乳濁液穩(wěn)定性的影響

甲基纖維素對大豆分離蛋白乳濁液穩(wěn)定性的影響

甲基纖維（mc）是一種親水、具有稀疏水和改進(jìn)的親水分子。由于具有表面活性及溶于冷水而受熱形成可逆凝膠的獨(dú)特性能,甲基纖維素廣泛用于許多工業(yè)。在食品工業(yè)中甲基纖維素用作乳化劑,增稠劑,保水劑等。有文獻(xiàn)報(bào)道甲基纖維素能和十二烷基磺酸鈉(SDS)及Tween類等親水小分子表面活性劑結(jié)合形成復(fù)合物。這種復(fù)合物對乳濁液穩(wěn)定性的影響因分散相的極性不同而不同。對于具有一定極性的油相如大豆油,復(fù)合物增加了乳濁液的穩(wěn)定性;而對于非極性分散相如烷烴類則降低了乳濁液的穩(wěn)定性。Dipak等研究了甲基纖維素對牛血清蛋白(BSA)作為乳化劑的正己烷乳濁液穩(wěn)定性的影響。也認(rèn)為甲基纖維素與BSA結(jié)合形成復(fù)合物。在甲基纖維素濃度較低時(shí),有利于體系的乳析穩(wěn)定性。而在較高濃度時(shí)置換出液滴表面上的BSA,降低了液滴的剛性,最終導(dǎo)致液滴聚結(jié)。但甲基纖維素沒有增加體系的絮凝現(xiàn)象。本文研究了甲基纖維素對大豆分離蛋白乳濁液穩(wěn)定性的影響,探討了其作用機(jī)理。1材料和方法1.1儀器和設(shè)備甲基纖維素(食品級,55RT600)泰安瑞泰纖維素有限公司;廚寶粟米油購自本地超市;碩森大豆分離蛋白哈爾濱黎明植物蛋白廠;氯化鈉,磷酸二氫鈉,磷酸氫二鈉,氫氧化鈉,鹽酸,疊氮鈉均為分析純。FJ-200高速分散均質(zhì)器上海標(biāo)本模型廠;高壓均質(zhì)機(jī)上海張堰輕工機(jī)械廠;pHS-3C精密pH計(jì)上海雷磁儀器廠;XS-18型實(shí)驗(yàn)室生物顯微鏡南京江南光電(集團(tuán))有限公司;Nikon995數(shù)碼相機(jī)日本;BrookfieldDigitalViscometerDV-Ⅰ美國;Mastersizer2000MalvernInstrumentsLtd.英國。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1均質(zhì)器分散將一定量的甲基纖維素(含水量6.60%,wt)加到85℃的少量20mmol/L的磷酸鹽緩沖液中,用均質(zhì)器分散。然后逐漸加入4℃的相同濃度的緩沖液到預(yù)定的甲基纖維素濃度。此時(shí)形成澄清透明的多糖溶液。1.2.2壓力的確定將1.5%的大豆分離蛋白分散于甲基纖維素緩沖液中,用1.0mol/L的NaOH和HCl調(diào)節(jié)pH到預(yù)定值。加入0.04%的疊氮鈉抑制微生物繁殖,密封放置過夜。向大豆分離蛋白分散液中加入油:水=1:9的粟米油。用高速分散均質(zhì)器分散預(yù)均質(zhì)。然后用高壓均質(zhì)機(jī)一次均質(zhì)(均質(zhì)前用同pH條件的緩沖液清洗均質(zhì)機(jī),均質(zhì)壓力為:一級30MPa,二級10MPa)。新鮮制備的乳濁液經(jīng)調(diào)節(jié)pH值和NaCl濃度后備用。1.2.3乳液分析的穩(wěn)定性試驗(yàn)取上述新鮮制備的乳濁液10ml于具塞刻度試管中。25℃靜置,定期記錄乳析層高度。1.2.4水相環(huán)境條件移取1ml放置6d后的乳濁液到燒杯中,同等水相環(huán)境條件稀釋50倍。在顯微鏡下以400倍率觀察脂肪滴絮凝體的變化,用Nikon995數(shù)碼相機(jī)拍片。1.2.5滴的平均粒徑用Mastersizer2000(MalvernInstrumentsLtd.,UK)粒度測定儀測定室溫放置9d的乳濁液液滴的平均粒徑d3,2(μm)。測定參數(shù)設(shè)定為:分析模式:常規(guī)分析附件名稱:Hydro2000MU(A)液滴粒子折射率:1.530水折射率:1.330相對折射率:1.530/1.330=1.150測定粒徑范圍:0.020~2000.0μm乳濁液粒子吸光度:0.1體-面平均粒徑(averagevolume-surfacediameter)d3,2:其中ni為直徑為di的液滴的數(shù)量。2結(jié)果與分析2.1mc濃度對乳析層相對高度的影響不同pH條件下甲基纖維素對大豆分離蛋白乳濁液穩(wěn)定性的影響見圖1。在pH6.5時(shí),隨著多糖濃度的增加,體系的乳析層相對高度呈現(xiàn)U型變化。在MC濃度≤0.13%的范圍內(nèi),隨著MC濃度的增加,體系的乳析層相對高度逐漸下降。當(dāng)MC濃度增加到0.18%以上時(shí),體系的乳析層相對高度急劇增加。此時(shí)體系宏觀上分為三層:上部為乳白色的乳析層,中部為較清的漿液層,而下部為沉淀層。pH7.0的體系乳析層相對高度隨MC濃度的變化也表現(xiàn)出與pH6.5的體系相似的U型曲線。但在MC濃度達(dá)到0.25%時(shí)才出現(xiàn)乳析層相對高度急劇增加的現(xiàn)象,此時(shí)的體系宏觀上也分成乳析層、漿液層和沉淀層。當(dāng)體系pH值增加到7.5時(shí),隨著MC濃度的增加,體系的乳析層相對高度在0.005%~0.01%時(shí)比未加MC的體系稍有增加,然后隨著MC濃度的增加而逐漸下降。在實(shí)驗(yàn)的濃度范圍內(nèi)未出現(xiàn)宏觀上分成三層的現(xiàn)象。從圖中還可以看出,在MC濃度為0.04%~0.13%的范圍內(nèi),乳析層的相對高度不明顯依賴于pH值的變化。2.2ph對體系絮凝穩(wěn)定性的影響甲基纖維素對大豆分離蛋白乳濁液液滴絮凝穩(wěn)定性的影響見圖2~5。由圖2看出,含0.005%的甲基纖維素的體系絮凝程度較輕。隨著濃度增加到0.04%,體系的絮凝程度進(jìn)一步降低,但出現(xiàn)大粒徑的液滴(圖3),當(dāng)多糖濃度為0.25%時(shí),體系的液滴絮凝程度加劇,同時(shí)出現(xiàn)較多的大粒徑液滴。pH7.0的體系絮凝現(xiàn)象與pH6.5的體系相似(照片未刊出),極少量的MC不能顯著降低體系液滴的絮凝現(xiàn)象,當(dāng)MC濃度達(dá)到0.04%時(shí),能有效的抑制絮凝現(xiàn)象,同時(shí)體系也出現(xiàn)大粒徑的液滴,隨著MC濃度達(dá)到0.25%,體系的絮凝現(xiàn)象加劇,大粒徑的液滴也增多(圖4)。當(dāng)pH值增加到7.5時(shí),甲基纖維素濃度為0.005%的體系出現(xiàn)輕度絮凝,而濃度為0.04%的體系表現(xiàn)出良好的絮凝穩(wěn)定性,液滴較均勻的分散于水相中,也未見大粒徑的液滴出現(xiàn)(圖5)。濃度為0.25%的體系的絮凝現(xiàn)象也不明顯,但已經(jīng)出現(xiàn)大粒徑的液滴。與pH6.5和7.5的體系相比,大液滴的數(shù)量和粒徑都顯著下降。2.3體系ph值對體系耐堿的影響NaCl中和蛋白質(zhì)表面的電荷,因而降低液滴間排斥位能,從而導(dǎo)致液滴間的絮凝現(xiàn)象加劇。對MC-大豆分離蛋白乳濁液體系乳析層相對高度的影響見圖6~8。由圖6看出,pH6.5時(shí),0.1mol/L的NaCl對乳濁液的乳析層相對高度有顯著的影響。隨著MC濃度的增加,體系的乳析層相對高度先增加,然后急劇下降,在濃度為0.04%時(shí)體系乳析層相對高度達(dá)到最小值,然后隨著MC濃度的增加急劇增加,最后漸趨恒定。MC濃度達(dá)到0.08%以上時(shí),0.1mol/L的NaCl使體系底部出現(xiàn)沉淀層,而未加NaCl的體系在MC濃度超過0.18%時(shí)才出現(xiàn)沉淀層。pH7.0時(shí),0.1mol/L的NaCl使體系乳析層相對高度的最低值出現(xiàn)在0.04%~0.08%的MC濃度范圍(圖7)。隨著MC濃度增加到0.13%,乳析層相對高度急劇增加,同時(shí)體系底部出現(xiàn)沉淀層。當(dāng)pH值增加到7.5時(shí),0.1mol/L的NaCl導(dǎo)致體系乳析層相對高度最低值出現(xiàn)在0.04%~0.13%的MC范圍,隨著MC濃度的進(jìn)一步增加(高于0.13%),體系的乳析層高度急劇增加,同時(shí)體系底部出現(xiàn)沉淀層(圖8)。比較圖6~8的結(jié)果可以看出,體系pH值從6.5變化到7.5時(shí),含有MC的體系對NaCl引起的絮凝作用的耐受性區(qū)域逐漸增大。在pH6.5時(shí),體系僅在0.04%的MC濃度時(shí)表現(xiàn)出良好的抵抗NaCl引起的絮凝作用的能力。當(dāng)pH值增加到7.0時(shí),MC的濃度范圍增加到0.04%~0.08%,而當(dāng)pH值為7.5時(shí),MC的濃度范圍更擴(kuò)大到0.04%~0.13%。2.4mc對體系粒徑的影響NaCl對乳濁液體系絮凝穩(wěn)定性的影響見圖9~14。在pH7.0時(shí),觀測乳析層高度典型變化的0.005%、0.08%和0.25%的體系液滴的絮凝現(xiàn)象。圖9看出,在MC濃度為0.005%時(shí),未加NaCl的體系表現(xiàn)出輕度絮凝,當(dāng)加入0.1mol/L的NaCl時(shí),體系呈現(xiàn)較強(qiáng)烈的絮凝(圖10)。MC濃度為0.08%時(shí),未加NaCl的體系表現(xiàn)出良好的絮凝穩(wěn)定性(圖11)。而含有0.1mol/LNaCl的體系也沒有發(fā)生明顯的絮凝,但出現(xiàn)了大粒徑的液滴(圖12)。當(dāng)MC的濃度增加到0.25%時(shí),體系都呈現(xiàn)較強(qiáng)烈的絮凝現(xiàn)象,并且都出現(xiàn)很明顯的大粒徑的液滴(圖13、14)。pH6.5的體系也表現(xiàn)出如pH7.0的體系相似的絮凝特性,0.1mol/L的NaCl沒有引起MC濃度為0.04%的體系明顯的絮凝,其他MC濃度時(shí)發(fā)生的絮凝現(xiàn)象比pH7.0的體系強(qiáng)烈,大粒徑的液滴也比pH7.0的體系更多,粒徑也更大。pH7.5時(shí),0.1mol/L的NaCl對MC濃度為0.04%~0.13%的體系的絮凝現(xiàn)象沒有負(fù)面影響。整個(gè)實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi),MC能較有效地抑制體系的絮凝現(xiàn)象,但在較高M(jìn)C濃度時(shí),體系都出現(xiàn)大粒徑的液滴。不同條件下MC對液滴平均粒徑的影響見表1。在實(shí)驗(yàn)的pH值范圍內(nèi),隨著MC濃度的增加,液滴的平均粒徑一般都降低。不同的是pH6.5時(shí)含0.005%MC的體系粒徑顯著高于未加MC的體系,這可能是此濃度下MC吸附到液滴表面引起橋連絮凝的緣故。NaCl對0.04%MC的體系液滴平均粒徑的影響不太明顯,由表1看出NaCl僅稍微增加液滴的平均粒徑。3甲基纖維素在乳濁液中的吸附行為及其體系的穩(wěn)定性通過研究可以得到以下結(jié)論:在低濃度時(shí),甲基纖維素增加了體系的穩(wěn)定性,對NaCl引起的液滴絮凝也有很好的抑制作用。而高濃度的甲基纖維素導(dǎo)致pH6.5和7.0的體系同時(shí)發(fā)生乳析和蛋白質(zhì)沉積現(xiàn)象。其作用機(jī)理可能是,在低濃度時(shí)甲基纖維素吸附到液滴蛋白質(zhì)層的外圍形成次級保護(hù)層,增加了體系的穩(wěn)定性,而高濃度時(shí)則可能置換出液滴的蛋白質(zhì)吸附層。甲基纖維素在較低濃度時(shí)能顯著增加大豆分離蛋白乳濁液的乳析穩(wěn)定性,并且隨著多糖濃度的增加,乳析穩(wěn)定性逐步增加。Dipak等認(rèn)為甲基纖維素能和蛋白質(zhì)結(jié)合形成復(fù)合物。在蛋白質(zhì)乳濁液體系中,如果存在較低濃度的甲基纖維素,則被吸附到液滴的蛋白質(zhì)吸附層上形成復(fù)合膜。這種復(fù)合膜穩(wěn)定液滴不發(fā)生絮凝。當(dāng)甲基纖維素濃度較高時(shí),甲基纖維素可以置換出液滴表面的蛋白質(zhì)。由圖1和表1說明,加入較低濃度的甲基纖維素導(dǎo)致體系的乳析穩(wěn)定性明顯增加,液滴的平均粒徑顯著降低。顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)體系具有良好的的絮凝穩(wěn)定性。這可能是甲基纖維素吸附到液滴的蛋白質(zhì)吸附層而形成一個(gè)次級吸附層,從而保護(hù)液滴不發(fā)生絮凝。同時(shí),體系對NaCl引起的絮凝作用具有良好的抗性,這進(jìn)一步說明甲基纖維素的次級吸附層對蛋白質(zhì)吸附層具有一定的保護(hù)作用,降低了NaCl的靜電屏蔽。較高濃度的甲基纖維素值導(dǎo)致pH6.5的體系發(fā)生蛋白質(zhì)沉積現(xiàn)象。顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)體系的絮凝現(xiàn)象并不很明顯,但卻形成了粒徑遠(yuǎn)比蛋白質(zhì)包被的液滴大的高亮度大液滴。這種大液滴可能是甲基纖維素置換出蛋白質(zhì)而形成的。因?yàn)樵趐H6.5時(shí),大豆分離蛋白的乳化活性較低,而甲基纖維素是具有良好乳化活性的多糖。因此,兩種乳化劑共存與同一體系而發(fā)生競爭吸附的可能性是存在的。加入NaCl導(dǎo)致體系的大粒徑液滴數(shù)目增加,同時(shí)