微流化对大豆分离蛋白乳液凝胶乳液特性、流变性质和微结构特性的影响及其胶凝机理

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　　蛋白质稳定的水包油乳液是食品工业中最常用的胶体体系之一，其稳定性pH、离子强度、除蛋白以外的其他成分、蛋白质浓度和油体积分数等因素的影响。凝胶状结构形成的机理是由于胶体的去稳定作用，尤其是通过乳液液滴之间强吸引力相互作用引起的液滴聚集。如果液滴的聚集速率远高于系统中的乳化率，则可能会形成液滴的空间填充网络，即形成凝胶。

 

　　本文报道了在可控条件下通过微流化乳化制备的经过热处理的大豆分离蛋白（SPI）乳液凝胶的流变性能和微观结构。通过流动和动态振荡测量来评估其流变性能，同时使用激光共聚焦（CLSM）来分析其微观结构。研究了在2% SDS浓度下，添加不同浓度的NaCl后乳液粒径分布和平均粒径大小，揭示了乳液失稳的机理。

 

　　02

 

　　制备浓度为6%的SPI原液，室温下用磁力搅拌器搅拌2h，然后在4℃下冷藏过夜，使其进行充分的水合作用。加入叠氮化钠（0.02% w/v）作为抗菌剂。其他蛋白浓度的SPI悬浮液（0.5-4.0%）均由去离子水稀释SPI原液获得。将水合后的SPI分散液在95℃的水浴中加热15min，然后立即在冰浴中冷却至室温，在搅拌条件下逐渐加入NaCl粉，使其达到特定的NaCl浓度（50-500 mM）。用高速分散乳化装置将未进行预热处理和预热过的SPI分散液与不同油体积分数（F） （0.2-0.6）的大豆油混合，在40 MPa的压力水平下再进行微流射处理，对预均质化的分散液做进一步处理，制备好的乳液在4℃下保存备用。

 

　　对制备好的乳液进行粒径、电位、起泡性、流变性能的测定，并用激光共聚焦（CLSM）进行观察。

 

　　03

 

　　SPI分散液浓度为6%，油相比例为0.3，将未经预热处理和预热处理（95℃，15min）的乳液在特定的NaCl浓度（0或300mM）下形成的凝胶进行比较，经过预热处理后乳液形成的凝胶更像搅拌型酸奶。这一现象表明，虽然预热处理不是SPI形成乳液凝胶的先决条件，但可以极大地促进凝胶状网络的形成。

　　图1 预热处理后不同NaCl浓度下大豆蛋白乳液凝胶状态（蛋白浓度为6% （w/v），油相比例为0.3，A-G的NaCl浓度分别为0、50、100、200、300、400和500 mM）

 

　　如图1，在蛋白质浓度（6%）和油相比例（0.3）条件下，SPI经预热处理后，随着NaCl浓度从0增加到500 mM，乳液形态由溶胶状态变为凝胶状态。所形成的乳液凝胶可以发生变形，其形态和流动行为类似搅拌型酸奶。

　　图2 SPI乳液表观粘度随剪切速率的变化（A为未预热处理，B为预热处理）

 

　　图2显示了在NaCl浓度为300 mM时，不同油相比例下（0.2-0.6），未进行预热处理和预热的SPI乳液的表观粘度（η）和存储模量（G0）分别与剪切速率和频率的关系。

 

　　图3显示在所有的情况下都可以观察到凝胶状的网络结构，但不同油相比例和是否经过预热处理生成的凝胶结构有很大的变化。在所有未预热样品中观察到的网络结构主要由聚集的油滴组成，尽管在油相比例较低（如0.2）时，大量的蛋白质也参与了网络的形成（图3a）。当油相比例增大到0.4时，凝胶网络更加均匀致密（图3c），此时可以清晰地观察到油滴聚集形成的凝胶网络。

　　图4 乳液凝胶微观结构CLSM图像（95℃预热处理15min，a-f的NaCl浓度为0，50，100，200，300，500mM，油相比例0.3，油相为绿色，蛋白为红色）

 

　　如图4，在特定油相比例（0.3）下，没有NaCl时，用CLSM没有观察到明显的凝胶网络，在这种情况下，只观察到一些蛋白质团块和个别油滴（图4a）。在50-500 mM NaCl的存在下，可以观察到明显的凝胶网络，但微观结构随NaCl浓度变化很大（图 4b-e）。随着NaCl浓度从50 mM增加到300 mM，颗粒束的尺寸逐渐增大，网络结构更均匀致密（图4b-e），表明凝胶网络增强。特别是在200和300 mM NaCl下，可观察到由宏观聚集的油滴组成的网络微观结构。NaCl浓度增加到500 mM时，可以观察到细股、均匀的网络微观结构（图4f）。

 

 

　　本文结果表明，大豆蛋白是一种很好的蛋白质材料，可以通过微流化的方法形成一种冷的、凝胶状的乳剂。研究结果对植物蛋白凝胶体系开发具有重要意义。